8月30日消息，据Phys.org报道，哥伦比亚大学Michele Valsecchi领导的团队在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表研究（DOI: 10.1103/dbck-v8nm），通过大规模计算机模拟揭示了塑料焊接强度之谜的分子起源。

塑料焊接是日常工程的关键环节，尤其对防止地下水管和燃气管泄漏至关重要。数十年来工程师们知道，聚乙烯管道的合格焊接接头可以和管材本身一样坚固甚至更强，但原因一直是谜。聚乙烯由长而缠结的分子链构成，两个加热表面压合时，两侧分子链需要在接缝处重新互穿缠结以恢复强度；冷却时分子链片段锁定为有序的类晶体结构，赋予材料韧性。

研究团队构建了大尺度分子动力学模拟，以数百万个相连粒子代表聚乙烯链，追踪两层熔融材料合并与冷却的全过程。模拟揭示：在焊缝线上，原始表面分子取向的细微残留痕迹充当了额外结晶生长的种子，使接缝处的结晶度高于周围管材、因而更刚硬。这种刚度反而对接头有利——焊缝受应力时不会自身开裂，而是将破坏推向焊缝之外的软质管材。团队据此提出一个反直觉的工程判据：管道从焊缝处断开以外的位置断裂，反而应被视为焊接质量良好的标志。

实践意义有二：其一，通过调节加热温度与冷却速度，可进一步放大这种自然强化效应；其二，该机制不依赖原生新料，回收聚乙烯重新熔融焊接时同样生效——为工程师使用回收塑料不牺牲管网安全关键强度提供了依据。 （来源：Phys.org）