संमिश्र द्रव्ये : (संमिश्र सामग्री). दोन किंवा दोनपेक्षा जास्त विजातीय द्रव्ये (कार्बनी, अकार्बनी किंवा धातवीय द्रव्ये) एकत्र करून संमिश्र द्रव्ये तयार होतात. वेगवेगळे धातू, घडाईची माती, काच, बहुवारिके [→ प्लॅस्टिक व उच्च बहुवारिके] यांचा बहुतांशी यासाठी उपयोग करतात. ही वेगवेगळी द्रव्ये एकत्र केल्यावर त्यांच्यात रासायनिक क्रिया मात्र होत नाही. अशा मिश्रणाने तयार होणाऱ्या संमिश्र द्रव्याचे गुण मूळ घटकांच्या गुणांपेक्षा खूपच वेगळे होतात. ते घटक सूक्ष्म स्तरावर एकमेकांपासून वेगळेच असतात बाह्यतः मात्र वरवर ते एकच द्रव्य वाटते. या दोन द्रव्यांपैकी एकाला ‘आधार द्रव्य’ व दुसऱ्यास ‘ प्रबलक (बळकटी आणणारे) द्रव्य ’ असे म्हणतात. प्रबलक द्रव्यामुळे पदार्थास ताकद (बळ) व कठीणपणा येतो, तर आधार द्रव्यामुळे पदार्थ एकसंध होतो आणि पदार्थावर पडणारा कोणताही भार सर्व पदार्थांवर विभागला जातो.
वैशिष्टये : अनेक पदार्थांना संमिश्र द्रव्येच म्हणता येईल. ते एकमेकांपासून भिन्न असलेल्या द्रव्यांपासून बनविलेले असतात परंतु यांपैकी जे उदयोगधंदयांत वापरले जातात त्यांच्याच बाबतीत जास्त लक्ष दिले जाते. यांपैकी काही निसर्गात आढळणारे तर काही मानवनिर्मित आहेत. निसर्गात मिळणाऱ्या पदार्थाचे उत्तम उदाहरण म्हणजे लाकूड यामध्ये सेल्युलोजाचे तंतू लिग्निनामध्ये आढळतात. उदयोजकांनी प्रबलक द्रव्य व आधार द्रव्य ही कल्पना संमिश्र द्रव्य बनविण्यासाठी इतकी यशस्वीपणे वापरली की, वापरल्या जाणाऱ्या परंपरागत पदार्थांपेक्षाही सरस अशी संमिश्र द्रव्ये तयार होऊ लागली.
संमिश्र द्रव्याचे महत्त्वाचे वैशिष्टय म्हणजे पबलक द्रव्य व आधार द्रव्य यांच्या मूळ अवस्था अगदी भिन्न असतात आणि मिश्रण तयार झाल्यावर त्याचे गुणधर्म मूळच्या द्रव्यांपेक्षा खूप भिन्न, पण चांगले व उपयुक्त असे होतात.
संमिश्र द्रव्य बनविण्यासाठी बहुधा काच, धातू , बहुवारिके, घडाईची माती हे आधार द्रव्य म्हणून आणि वेगवेगळे तंतू, तंतूंपासून बनविलेले दोर, कापड, कापडाचे लहान लहान तुकडे हे प्रबलक द्रव्य म्हणून वापरतात. कोणत्या तऱ्हेची द्रव्ये वापरावयाची हे कोणत्या गुणधर्मांचे संमिश्र द्रव्य पाहिजे आणि कसे व कोठे वापरावयाचे यांवर अवलंबून असते. सर्वसाधारणपणे तयार होणारे संमिश्र द्रव्य सहज तयार होणारे, चिवट, बाहेरील हवामानाचा परिणाम न होणारे, स्वस्त, सहज हाताळता येईल असे, थोडक्यात सर्वगुणसंपन्न असावे, अशी अपेक्षा असते.
बहुवारिकांचा आधार द्रव्य म्हणून मोठया प्रमाणावर उपयोग होतो. यातही उष्णतेने घट्ट होणारा व उष्णतेने पातळ होणारा असे दोन प्रकार आहेत. इतर आधार द्रव्ये म्हणून वापरात येणारी द्रव्ये म्हणजे वेगवेगळे धातू, लोखंड, ॲल्युमिनियम, काच, घडाईची माती वगैरे. आधार द्रव्याचा तापमानावर, सभोवतीच्या परिसरावर आणि वस्तू तयार करण्याच्या पद्धतीवर परिणाम होतो. त्याचबरोबर ते प्रबलक द्रव्याशी जुळणारी आणि एकमेकांस सहज चिकटून बसणारे असे असणे आवश्यक असते त्यामुळे मिश्रण एकजीव होते.
अपेक्षित काही गुणधर्म असलेले संमिश्र द्रव्य बनविता आल्यास त्याचा उपयोग मोठया प्रमाणावर वाढतो. काही आश्चर्यजनक गुणधर्म असलेले संमिश्र द्रव्य बनविता येणे शक्य झाले आहे. उदा., त्यांच्यावर जोर लावल्यास ते वाकडे होतील किंवा वाकडे करताना त्यांच्यात प्रसरण किंवा आकुंचन होईल. संमिश्र द्रव्यांपासून निरनिराळ्या वस्तूंची जुळणी करण्याच्या बऱ्याच पद्धती वापरात आहेत. त्यांच्यामुळे उत्पादनाचा वेळ व पैसा वाचू शकतो.
घटक द्रव्ये : यांमध्ये अनेक रासायनिक पदार्थ असू शकतात, ते भरण द्रव्य म्हणून वापरलेले असतात आणि त्यांच्यामुळे वस्तू बनविणे सोपे जाते. आधार द्रव्य व प्रबलक द्रव्य यांच्यात रासायनिक क्रिया होत नाही व त्यांची भौतिक अवस्था बदलत नाही. आदर्श अवस्था म्हणजे प्रबलक द्रव्य सर्व आधार द्रव्यामध्ये सारख्या प्रमाणात पसरलेले (विखुरलेले) असणे. दोन्ही द्रव्यांच्या गुणधर्मांच्या बेरजेने नवीन पदार्थाची वैशिष्टये तयार होतात.
आधार द्रव्य : आधार द्रव्याच्या गुणधर्मांचा संमिश्र द्रव्याच्या भौतिक व रासायनिक गुणधर्मांवर परिणाम होतो. ताण सामर्थ्य, यंगचा गुणांक, प्रसरण गुणांक, विशिष्ट गुरूत्व यांसारख्या गुणधर्मांत खूप फरक दिसून येतो. या आधार द्रव्यामुळे प्रबलक द्रव्याला बाह्य वातावरणापासून व हानिकारक रसायनांपासून संरक्षण मिळते. आधार द्रव्याच्या गुणधर्मांचा भार (वजन) कमी करण्यावर खूपच परिणाम होतो. बहुवारिक पदार्थ रासायनिक प्रक्रियेने निर्माण करतात. या पदार्थांना नावेही रासायनिक प्रक्रियेतील विक्रियाशील गटावरून दिली जातात. उदा., एपॉक्सी, पॉलि-एस्टर वगैरे. अशा बहुवारिक पदार्थांत भर म्हणून काही पदार्थ मिसळले जातात. त्यामुळे निर्माण होणाऱ्या संमिश्र द्रव्याच्या श्यानतेसारख्या (दाटपणासारख्या) काही गुणधर्मांत बदल घडून येतात. अनेक पदार्थांत घातलेल्या भरीने गुणधर्मांत होणारा बदल किती प्रमाणात होतो, हे आता कळू शकते.
प्रबलक द्रव्य : संमिश्र द्रव्यातील दुसरा महत्त्वाचा घटक म्हणजे प्रबलक द्रव्य होय. यासाठी अनेक पदार्थांचा उपयोग केला जातो. आखूड, लांब विणलेले, कासरा केलेले धागे मोठया प्रमाणावर संमिश्र द्रव्य बनविण्यासाठी वापरतात. यामुळे संमिश्र द्रव्यास बळकटी व चिवटपणा येतो. काच, ग्रॅफाइट, बहुवारिक तंतू हे सूक्ष्मतंतूंपासून बनविल्यासारखेच आहेत. हे तंतू त्याचे द्रव्य तप्तावस्थेत ओढून बनवितात. नंतर थंड झाल्यावर त्यांची गुंडाळी करतात. त्यांच्या बाहेरील भागावर संरक्षणात्मक प्रक्रिया करतात. नंतर ते आधार द्रव्याशी एकजीव करतात. आधार द्रव्याचे यावर आवरण होते. नंतर प्रक्रिया करून बनविलेल्या या धाग्यापासून काढणी बनवितात. यांचा पुन्हा संमिश्र द्रव्य तयार करण्यासाठी उपयोग करतात.
संमिश्र द्रव्यातील वजन पेलण्याचे काम मुख्यतः प्रबलक द्रव्य करते. त्यामुळे पदार्थास ताकद व कठीणपणा येतो. प्रबलक द्रव्य जेवढे जास्त तेवढी ताकद व कठीणपणा जास्त असून ते आधार द्रव्यामध्ये मिसळून एकजीव होण्याने हे शक्य होते.
काच, बोरॉन, कार्बन आणि केल्व्हार या तंतुरूप प्रबलक द्रव्यांचे यांत्रिक गुणधर्म चांगले असतात. प्रचलित द्रव्यांपेक्षा त्यांची घनता कमी असते. आधार द्रव्यातील तंतू अखंड किंवा आखूड असू शकतात. तंतूंच्या लांबीचा यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम होत असतो. या तंतुरूप प्रबलक द्रव्यांचे काही फायदे व तोटे आहेत. उदा., काचतंतू फार स्वस्त असतात परंतु त्यांचा प्रतिबल निर्देशांक कमी असतो बोरॉन तंतूंना अति-उच्च विशिष्ट बल असते परंतु ते महाग असतात केल्व्हार तंतू कोठी ताप-मानाला उत्कृष्ट गुणधर्म दाखवितात परंतु ते बहुवारिक असल्यामुळे त्यांचा उष्णतारोध फार चांगला नसतो कार्बन तंतूंची आयामवर्धनक्षमता कमी असते परंतु ते पोलादापेक्षा अधिक मजबूत व दृढ असतात. [→ काच, तंतुरूप तंतु, कृत्रिम].
संमिश्र द्रव्य तयार करण्याच्या पद्धती : आधार द्रव्य व प्रबलक द्रव्य यांच्यापासून संमिश्र द्रव्य तयार करताना ती एकमेकांत मिसळतात. काही वस्तू तयार करीत असतानाच मिश्रण करतात किंवा आधी संमिश्र द्रव्य तयार करून नंतर त्यापासून वस्तू बनवितात. तंतूंचा उपयोग करून काही पत्रे बनवावयाचे असतील, तर आधी संमिश्र द्रव्य तयार करून नंतर त्यापासून पत्रे बनवितात किंवा तंतूंचे जाळे तयार करून त्यावर आधार द्रव्याचा थर देऊन पत्रे तयार करतात.
मोठे तक्ते तयार करताना प्रबलक द्रव्याचे मोठे तुकडे रेझिनामध्ये बुडवून दोन पत्र्यांच्या मध्ये ठेवतात. नंतर हे सर्व लाटण यंत्रातील रूळां-मधून काढून त्यांतील जादा पदार्थ काढून घेतला जातो व त्याची जाडी पाहिजे तेवढी करता येते. नंतर त्यावर औष्णिक प्रक्रिया करून टिकाऊपणा आणतात [→ प्लायवुड लॅमिनेट]
संमिश्र द्रव्य तयार केल्यानंतर त्यापासून वेगवेगळ्या वस्तू तयार करण्याच्या अनेक पद्धती आहेत. उदयोगधंदयांत वेगवेगळ्या तृहांची संमिश्र द्रव्ये वापरली जातात. त्यांतही रेझिनाचा आधार द्रव्य म्हणून उपयोग केलेली संमिश्र द्रव्येच जास्त आहेत [→ रेझिने]. तेव्हा त्यांच्यापासून वस्तू बनविण्याच्या पद्धती दोन गटांत विभागल्या आहेत. पहिली खुली घडाई व दुसरी बंदिस्त घडाई. पहिल्या पद्धतीत साचाचा एकच भाग असतो. वस्तू तयार करताना दाब नियमनाची जरूरी नसते. खुल्या वातावरणात वस्तू साचाच्या साहाय्याने बनविता येतात. बंदिस्त साचाचे मात्र अर्धेअर्धे दोन भाग असतात व वस्तू तयार करताना बलाची जरूरी लागते. भट्टीमध्ये भाजून वस्तू तयार करण्याची पद्धत ही खुल्या घडाई पद्धतीतच मोडते.
आवर्तित धागे (गुंडाळ्या) बनविणे ही बऱ्याच उदयोगांची गरज झालेली आहे. कारण असे आवर्तित धागे एखादया पदार्थाभोवती गुंडाळल्यास किंवा त्याचे वेष्टन केल्यास त्या भांड्याची ताकद मोठया प्रमाणावर वाढते. त्यामुळे कमी वजनाची भांडी वापरणे शक्य होते. या आवर्तित धाग्यांचा चिकटपणा व कठीणपणा यांमुळे भांड्यास कठीणपणा येतो. हे धागे तयार करताना प्रथम पातळ अशा रेझिनामधून काढतात, त्यामुळे त्यावर रेझिनाचा पातळ थर बसतो. नंतर औष्णिक प्रक्रिया करून त्यात टिकाऊपणा आणतात.
खंडित काचतंतू व अखंड काचतंतू चटया यांनी प्रबलित केलेली रेझीन आधार द्रव्ये वापरलेल्या संमिश्र द्रव्यापासून तयार केलेल्या वस्तू वाहतूक धंदयांत मोठया प्रमाणावर उपयोगात येत आहेत. कारण यापासून तयार केलेले सुटे भाग वजनाला हलके पण मजबूत असतात. याच्या महत्त्वाच्या गंजरोधी गुणधर्मामुळे याचा सार्वत्रिक उपयोग झाला आहे. त्यापासून ट्रक, टेम्पो, ट्रेलर वगैरेंसारख्यांचे लहान-मोठे सुटे भाग व त्यांची कायाही बनविणे शक्य झाले आहे.
इमारत बांधणीमध्येही या संमिश्र द्रव्यांचा मोठा उपयोग सुरू झाला आहे. समुद्रावरील लहान बोटी, पाण्याचे मोठे हौद, खेळाच्या लहानसहान वस्तू , मासेमारीची उपकरणे, जाळ्या, गोल्फची काठी, टेबल टेनिस, बॅडमिंटन, लॉन टेनिस या खेळांकरिता लागणारी रॅकेटे नवीन संमिश्र द्रव्यांपासून बनवितात. त्या वजनाने हलक्या झाल्यामुळे खेळाडूंचा दर्जाही सुधारत आहे. शस्त्रदलासाठी व वायुसेनेसाठी लागणाऱ्या बहुसंख्य वस्तू संमिश्र द्रव्यांपासून बनवितात. कमी झीज, चिवटपणा, बळकटपणा, कमी देखभाल यांकरिता जेथे वस्तू बनविण्यासाठी वजनदार पदार्थ वापरले जायचे, त्याऐवजी वजनाला हलक्या नवीन संमिश्र द्रव्यांमुळे त्याच वस्तूंचे वजन २५-३० टक्क्यांनी कमी झाले आहे. संमिश्र द्रव्यांपासून बनविलेली घराची दारे, खिडक्या, चौकटी व फर्निचर बाजारात मिळू लागले आहे.
विमान बांधणीच्या उदयोगात संमिश्र द्रव्यांचा मोठया प्रमाणावर वापर करण्यात येतो. ⇨ ग्रॅफाइट हा वापरण्यात येणारा महत्त्वाचा पदार्थ धाग्याच्या रूपात खनिज तेल उदयोगात कोळशापासून रासायनिक प्रक्रियेने तयार होतो. रेयॉन, पॉलिॲकिलोनायट्राइट यांचे धागे ताण देऊन खूप वरच्या तापमानाला तापवितात. त्यामुळे त्यांतील काही रेणू बाहेर पडतात, राहिलेले कार्बन अणू ग्रॅफाइटाच्या स्फटिकरूपात येतात. त्यामुळे हे अतिशय कठीण असे धागे बनतात. त्यानंतर ते एपॉक्सी रेझिनामध्ये टाकून त्यापासून लांब पट्ट्या, रूळ बनवितात. वेगवान विमानासाठी बळकट पण वजनाला हलकी असणारी संमिश्र द्रव्ये विकसित करण्यात आली आहेत. ग्रॅफाइट तंतूंवर एपॉक्सी रेझिनाचा लेप देऊन नियंत्रित तापमानात बनविलेले संमिश्र द्रव्य उभ्या दिशेत वा कमी अंतरात उड्डाण व अवतरण करणाऱ्या (V/S TOL) प्रकारच्या नौसेनेतील विमानांमध्ये वापरतात. विमानाच्या नियंत्रक पृष्ठभागांसाठीही केल्व्हार हे संमिश्र द्रव्य वापरतात.[→ विमानांचा अभिकल्प व रचना].
उत्कृष्ट विद्युत् निरोधन, आकारक्षमता आणि कमी किंमत असलेल्या काचतंतूंव्दारे प्रबलित केलेल्या प्लॅस्टिकांचा (GFRP) वापर विद्युत् आणि इलेक्ट्रॉनीय उपयोजनांमध्ये करतात. त्यांचा वापर विद्युत् चलित्रे व विद्युत् जनित्रे यांपासून आकाशक व मुद्रित मंडल फलकांपर्यंत होत आहे.
कार्बनतंतूंव्दारे प्रबलित केलेले प्लॅस्टिक (CFRP) हे संमिश्र द्रव्य GFRP सारखेच आहे. त्यामानाने हे हलके व झीज कमी होणारे आहे. यामध्ये कृत्रिम धाग्यांचा वापर करतात.
रेयॉनाचे ⇨ उत्ताप विच्छेदन करून कार्बन कापड आणि ⇨ फेल्ट तयार करतात. या पदार्थाची रेझिनाच्या साहाय्याने स्तररचना केल्यास संमिश्र द्रव्य तयार होते. हे द्रव्य उष्णतेपासून उत्कृष्ट संरक्षण करते. अवकाशयानाचा वातावरणात पुन:प्रवेश होताना निर्माण होणारे उच्च तापमान सहन करण्याकरिता या संमिश्र द्रव्याचा वापर करतात.
प्लॅस्टिकपासून फेसासमान अतिशय हलका पदार्थ तयार करतात. द्रव स्थितीत फेस तयार होतो व त्याच स्थितीत घट्ट होतो. यामध्ये खूपशी हवा अडकून राहिल्यामुळे तो उत्तम उष्णतारोधक होतो. त्याचा संमिश्र द्रव्यात उपयोग होतो.
पहा : काच, तंतुरूप प्लॅस्टिक व उच्च बहुवारिके प्लायवुड रेझिने लॅमिनेट.
संदर्भ : 1. Lubin, G. (Ed.), Handbook of Composites, 1982.
2. Schwartz,.M.MCompositeMaterialsHandbook,1992.
3.Weeton,J. W. (Ed.), Engineer’s Guide to Composite Materials, 1986.
साठे, ल. ना.