Kada se dva komada polietilenske cevi pravilno zavare, inženjeri već dugo znaju da spoj može biti toliko čvrst da će cev pod ekstremnim opterećenjem pre pući nekoliko centimetara dalje nego na samom mestu vara. Taj rezultat godinama je bio praktično potvrđen, ali nije bilo potpuno jasno zašto se događa. Novo istraživanje pokazalo je da plastika na molekularnom nivou zadržava svojevrsno „sećanje“ na nekadašnju slobodnu površinu čak i nakon što se dva dela istope i spoje. Phys.org je 29. avgusta predstavio simulacije istraživača koje pokazuju da upravo to molekularno sećanje podstiče stvaranje dodatno kristalisane zone na mestu spoja, čineći var krućim i u određenim situacijama otpornijim od okolnog materijala.
Polietilen je napravljen od veoma dugih molekularnih lanaca koji podsećaju na ogromnu gomilu zapletenih konaca. Kada se dve površine zagreju i pritisnu jedna uz drugu, lanci počinju da prelaze granicu između dva komada i ponovo se zapliću. Kod nekih vrsta plastike upravo količina tog mešanja određuje čvrstoću vara – ako molekuli ne prodru dovoljno duboko, spoj ostaje slab. Polietilen se ponaša zanimljivije zato što deo njegovih lanaca tokom hlađenja prelazi u uređene kristalne oblasti. Istraživači su napravili veoma velike računarske modele sa milionima povezanih čestica kako bi pratili šta se dešava tačno na liniji spoja. Otkrili su da orijentacija molekula sa nekadašnje površine ne nestaje potpuno kada se materijal istopi. Taj mali ostatak strukture kasnije funkcioniše kao mesto na kojem kristali lakše počinju da rastu.
Rezultat je var sa nešto većim stepenom kristalnosti i većom lokalnom krutošću. Kada se cev rastegne, naprezanje se zato ne koncentriše nužno na samom spoju, već može biti „gurnuto“ u mekši deo materijala pored njega. To objašnjava pojavu koju inženjeri ponekad vide tokom testiranja: pravilno zavaren spoj ostane čitav, dok plastika pukne izvan njega. Zanimljivo je da istraživanje menja čak i način na koji se takav kvar može tumačiti. Ako uzorak pukne nekoliko centimetara od vara, to nije dokaz da je spoj bio loše napravljen – naprotiv, može biti vrlo dobar znak da je zona varenja postala dovoljno jaka da više nije najslabija tačka sistema.
Praktična vrednost ovoga je velika jer se polietilenske cevi koriste za vodu, gas i druge infrastrukturne sisteme koji treba da ostanu pouzdani decenijama. Još važnije, isti mehanizam može da funkcioniše i kod recikliranog materijala, što je posebno zanimljivo u trenutku kada industrija pokušava da koristi više sekundarne plastike bez kompromisa po pitanju bezbednosti. Ako se precizno zna kako temperatura zagrevanja, vreme kontakta i brzina hlađenja utiču na kristalizaciju spoja, postupak se može optimizovati umesto da se zasniva samo na empirijskim pravilima. Plastika tako ispada mnogo manje „zaboravna“ nego što smo pretpostavljali. Površina može fizički nestati kada se istopi, ali raspored molekula ostavlja dovoljno jak trag da kasnije utiče na mesto na kojem će nastati novi kristali.
S.B.
