Nedidelis užsikabinimas vienus drabužius gali „išardyti“ akyse, o kitame audinyje beveik nieko nepakeisti. Japonijos mokslininkai siūlo aiškesnį paaiškinimą: svarbiausia yra ne vien siūlo tvirtumas, o tai, kaip kilpos ir gijos topologiškai susijungia tarpusavyje.
Tyrėjų komanda, vadovaujama Ritsumeikano universiteto mokslininko Daisuke Shimamoto, parengė metodą, leidžiantį tekstilės struktūras klasifikuoti pagal tai, kaip jose plinta defektai. Darbe dalyvavo ir Tohoku bei Aoyama Gakuin universitetų atstovai, o rezultatai publikuoti žurnale Physical Review X.
Kas vyksta, kai atsiranda defektas?
Audiniai ir trikotažas kuriami pagal pasikartojančius pynimo ar mezgimo raštus, o jų geometrija lemia elastingumą ir stabilumą. Mokslininkai pabrėžia, kad šias savybes galima nagrinėti taikant mazgų teoriją, kuri analizuoja susipynusias kreives ir jų sujungimų logiką.
Tyrime tekstilė buvo modeliuojama kaip dvimatė susietų kilpų struktūra, į kurią įvedami defektai, t. y. reguliaraus rašto sutrikdymai. Svarbu tai, kad defektas nebūtinai reiškė fizinį siūlo nutrūkimą: pakako matematiškai pakeisti sujungimų schemą ir stebėti, kaip tai veikia aplinkines kilpas.
Tuomet modeliai buvo tikrinami, ar jie atitinka mezginio tipo struktūrą. Tam jie buvo „uždedami“ ant torą primenančio paviršiaus ir vertinama, ar susipynimą įmanoma išskaidyti į paprastas kilpas neperkerpant jungčių, t. y. ar defektas neišprovokuoja grandininės reakcijos.
Kodėl vieni audiniai ima irti?
Gauti rezultatai parodė, kad skirtinguose raštuose defektai plinta nevienodai: vienur sutrikimas lieka lokalus, kitur gali „keliauti“ per didelę medžiagos dalį. Tai paaiškina, kodėl kai kurie trikotažo tipai yra linkę greitai prarasti vientisumą, net jei pažeidimas iš pirmo žvilgsnio atrodo menkas.
Tyrėjai taip pat parodė, kad galima projektuoti struktūras, kurios riboja defektų plitimą, ir tokias, kurios jį palengvina. Praktinė reikšmė aiški: tinkamai parinktas sujungimų raštas leidžia valdyti atsparumą irimui net nekeičiant pačios žaliavos ar verpalų tipo.
Ką tai gali pakeisti madoje ir pramonėje?
Drabužių pramonėje toks požiūris gali prisidėti prie ilgaamžiškesnių gaminių kūrimo ir mažesnio poreikio dažnai keisti rūbus, kas svarbu ir tvarumo kontekste. Ilgesnis naudojimo laikas reiškia mažesnį tekstilės atliekų kiekį ir efektyvesnį išteklių panaudojimą.
Panašūs principai gali būti pritaikomi ir už mados ribų, pavyzdžiui, polimerų, biologinių audinių ar minkštosios robotikos medžiagų tyrimuose. Visais atvejais lemiamas veiksnys išlieka tas pats: kaip elementai sujungti ir kaip topologija diktuoja, ar defektas išsisklaido, ar virsta irimo grandine.