Физики поняли, почему сварные швы полиэтилена прочнее самого пластика
Обычно место соединения двух деталей, даже из одного материала — слабая точка изделия. Но правильно сваренные друг с другом куски полиэтилена это правило нарушали, хотя ученые и не понимали почему.
Полиэтилен — важный и широко используемый сегодня пластик, хорошо подходящий для переработки. Из него сделаны флаконы для жидкостей, упаковочная пленка и современные трубы коммунальных коммуникаций. В обычных бытовых условиях он не разрушается под действием щелочей и кислот, но, как и все пластики, боится ультрафиолетового излучения.
На молекулярном уровне полиэтилен — длинная цепочка из –CH2– (пара таких компонентов составляет обычный этилен). При нагреве он становится пластичным, полиэтиленовые детали могут менять форму, склеиваться друг с другом и быстро застывать в новом состоянии. При этом требуемый нагрев невелик — для формовки хватает температур порядка 120 градусов Цельсия.
В затвердевшем виде полиэтилен, например, в трубах, имеет кристаллическое строение: атомы и молекулы внутри материала расположены в предсказуемом порядке. Когда две нагретые полиэтиленовые поверхности спрессовывают вместе, цепочки полимеров деталей переплетаются и формируют ту же кристаллическую структуру. Это необычное свойство, не все пластики в месте соединения обретают прочность.
Физики в деталях смоделировали процессы кристаллизации полиэтилена на месте сварного шва. Им пришлось провести крупномасштабные симуляции молекулярной динамики, включающие взаимодействия миллионов связанных частиц в полимерных цепях, их слияние и процессы, происходящие при охлаждении материала.
Оказалось, что на самой границе соединения материал даже в нагретом виде не полностью разжижался и терял кристаллическую структуру, в нем оставались подсказки об ориентации молекул и связей. Они сработали как зародыши кристаллизации и указали остывающему материалу энергетически выгодное кристаллическое состояние. В процессе охлаждения шов становится даже более упорядоченным, чем материал вокруг него.
Увеличенная жесткость соединения оказалась полезна и тем, что хорошо выдерживает напряжения — сварной шов не принимает весь стресс на себя, а перераспределяет его в окружающий, менее кристаллический полиэтилен. Детали симуляции опубликованы в статье в журнале Physical Review Letters.
Команда исследователей считает, что их вычисления можно использовать, чтобы правильно выбирать температуру нагрева и скорость охлаждения шва так, чтобы усилить естественный эффект упрочнения материала. Авторы также надеются, что их работа поможет инженерам меньше опасаться переработанного полиэтилена. Их работа показывает, что расплавление и соединение труб из этого полимера создают прочную, готовую к нагрузкам деталь.
Telegram 
Дзен 
VK Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Современная космология до недавнего времени опиралась на так называемый космологический принцип, по которому у Вселенной нет какого-то выделенного направления. И наблюдатель в любой ее точке должен видеть однородную в этом смысле картину. Астроном из Северокавказской астрофизической обсерватории показал, что это не так даже для очень древней Вселенной.
За всю свою историю радиус Меркурия мог уменьшиться намного больше, чем считалось. Поскольку часть следов этого процесса до сих пор оставалась незамеченной, прежние оценки могли быть серьезно занижены.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Особо чистый германий — полупроводниковый материал с минимальным содержанием примесей, который активно используют в ядерной физике, медицине и оборонной промышленности. Российские ученые предложили новую технологию, позволяющую получить монокристаллы германия особой чистоты.
Современная космология до недавнего времени опиралась на так называемый космологический принцип, по которому у Вселенной нет какого-то выделенного направления. И наблюдатель в любой ее точке должен видеть однородную в этом смысле картину. Астроном из Северокавказской астрофизической обсерватории показал, что это не так даже для очень древней Вселенной.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии