Сварка пластика стала прочнее: учёные нашли молекулярную причину

Сварка пластика — ключевой процесс в инженерных конструкциях, особенно для предотвращения утечек в подземных водопроводных и газовых трубах. Инженеры давно знали, что качественный сварной шов на полиэтиленовой трубе может быть не менее прочным, чем сама труба, но причина этого оставалась загадкой. Об этом сообщает издание Phys.org.

Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, провела команда под руководством Микеле Вальсекки из Колумбийского университета в Нью-Йорке. Учёные использовали детальные компьютерные симуляции, чтобы понять молекулярные основы явления. Результаты могут помочь промышленности сваривать пластик надёжнее, включая переработанные материалы.

Полиэтилен состоит из длинных запутанных молекулярных цепей. Когда две нагретые поверхности соединяются, цепи должны переплестись и восстановить прочность. В стеклоподобных пластиках шов остаётся слабым, если цепи не смешиваются должным образом. Но при охлаждении полиэтилена участки цепей образуют упорядоченные кристаллические структуры, придающие материалу прочность.

Симуляции показали, что на линии шва остаточные следы исходной ориентации поверхности служат центрами дополнительного роста кристаллов. Это делает шов более кристаллическим и жёстким, чем окружающая труба. Под нагрузкой такой шов не трескается, а смещает разрушение в более мягкий материал трубы.

Команда Вальсекки предполагает, что разрыв трубы рядом со швом — признак качественной сварки. Регулируя температуру нагрева и скорость охлаждения, можно усилить этот эффект. Механизм работает и с переработанным полиэтиленом, что подтверждает безопасность использования вторичного пластика в трубопроводах.