Prirodno drvo i metal su bili neophodni građevinski materijali za ljude hiljadama godina. Sintetički polimeri koje nazivamo plastika su nedavni izum koji je eksplodirao u 20. veku.
I metali i plastika imaju svojstva koja su prikladna za industrijsku i komercijalnu upotrebu. Metali su jaki, kruti i općenito otporni na zrak, vodu, toplinu i stalni stres. Međutim, oni također zahtijevaju više resursa (što znači skuplje) da bi proizvode i rafiniraju svoje proizvode. Plastika pruža neke od funkcija metala dok zahtijeva manju masu i vrlo je jeftina za proizvodnju. Njihova svojstva mogu se prilagoditi za gotovo svaku upotrebu. Međutim, jeftina komercijalna plastika čini užasne strukturne materijale: plastični uređaji nisu dobra stvar, i niko ne želi da živi u plastičnoj kući. Osim toga, često se rafinišu od fosilnih goriva.
U nekim aplikacijama, prirodno drvo može se takmičiti s metalima i plastikom. Većina porodičnih kuća je izgrađena na drvenim okvirima. Problem je u tome što je prirodno drvo previše mekano i previše lako oštećeno vodom da bi većinu vremena zamijenilo plastiku i metal. Nedavni rad objavljeno u časopisu Matter istražuje stvaranje očvrslog drvenog materijala koji prevazilazi ova ograničenja. Ovo istraživanje kulminiralo je stvaranjem drvenih noževa i eksera. Koliko je dobar drveni nož i hoćete li ga uskoro koristiti?
Vlaknasta struktura drveta sastoji se od približno 50% celuloze, prirodnog polimera sa teoretski dobrim svojstvima čvrstoće. Preostala polovina drvene strukture je uglavnom lignin i hemiceluloza. Dok celuloza formira duga, žilava vlakna koja drvu daju okosnicu njegovog prirodnog snagu, hemiceluloza ima malo koherentne strukture i stoga ništa ne doprinosi čvrstoći drveta. Lignin popunjava praznine između celuloznih vlakana i obavlja korisne zadatke za živo drvo. prepreka.
U ovoj studiji, prirodno drvo je napravljeno u kaljeno drvo (HW) u četiri koraka. Prvo, drvo je prokuvano u natrijum hidroksidu i natrijum sulfatu da bi se uklonio deo hemiceluloze i lignina. Nakon ove hemijske obrade, drvo postaje gušće pritiskom. to u preši nekoliko sati na sobnoj temperaturi. Ovo smanjuje prirodne praznine ili pore u drvetu i poboljšava hemijsku vezu između susjednih celuloznih vlakana. Zatim se drvo još nekoliko tlači na 105°C (221°F) sati do završetka zgušnjavanja, a zatim se suši. Na kraju, drvo se uranja u mineralno ulje na 48 sati kako bi gotov proizvod bio vodootporan.
Jedno mehaničko svojstvo strukturalnog materijala je tvrdoća udubljenja, što je mjera njegove sposobnosti da se odupre deformaciji kada se stisne silom. Dijamant je tvrđi od čelika, tvrđi od zlata, tvrđi od drveta i tvrđi od pjene za pakiranje. Među mnogim inženjerskim testovi koji se koriste za određivanje tvrdoće, kao što je Mohsova tvrdoća koja se koristi u gemologiji, Brinellov test je jedan od njih. Njegov koncept je jednostavan: čvrsti metalni kuglični ležaj se utiskuje u ispitnu površinu određenom silom. Izmjerite prečnik kružnog udubljenje koje stvara kuglica. Vrijednost Brinellove tvrdoće se izračunava korištenjem matematičke formule; grubo govoreći, što je veća rupa koju lopta udari, to je materijal mekši. U ovom testu, HW je 23 puta tvrđi od prirodnog drveta.
Većina neobrađenog prirodnog drveta će apsorbirati vodu. Ovo može proširiti drvo i na kraju uništiti njegova strukturna svojstva. Autori su koristili dvodnevno natapanje mineralima kako bi povećali vodootpornost HW-a, čineći ga hidrofobnijim („plaši se vode“). Test hidrofobnosti uključuje stavljanje kapi vode na površinu. Što je površina hidrofobnija, to kapljice vode postaju sfernije. Hidrofilna („vodoljubiva“) površina, s druge strane, raširi kapljice ravno (i kasnije lakše upija vodu). Stoga, mineralno natapanje ne samo da značajno povećava hidrofobnost HW-a, već i sprečava da drvo upija vlagu.
U nekim inženjerskim testovima, HW noževi su pokazali nešto bolje od metalnih noževa. Autori tvrde da je nož HW oko tri puta oštriji od komercijalno dostupnog noža. Međutim, postoji upozorenje za ovaj zanimljiv rezultat. Istraživači upoređuju stolne noževe, ili ono što bismo mogli nazvati noževima za puter. Oni nisu zamišljeni da budu posebno oštri. Autori pokazuju video snimak njihovog noža koji reže odrezak, ali razumno jaka odrasla osoba bi vjerovatno mogla rezati isti odrezak tupom stranom metalne viljuške, i nož za odreske bi radio mnogo bolje.
Šta je sa ekserima? Jedan HW ekser se očigledno može lako zabiti u snop od tri daske, iako ne tako detaljan jer je relativna lakoća u poređenju sa gvozdenim ekserima. Drveni klinovi onda mogu da drže daske zajedno, odupirući se sili koja bi se rastrgala Međutim, u njihovim testovima daske su u oba slučaja otkazale prije nego što je otpao bilo koji ekser, tako da jači ekseri nisu bili izloženi.
Da li su HW ekseri bolji na druge načine? Drveni klinovi su lakši, ali težina konstrukcije nije prvenstveno vođena masom klinova koji je drže zajedno. Drveni klinovi neće rđati. Međutim, neće biti otporni na vodu ili biodekomponovati.
Nema sumnje da je autor razvio proces kako bi drvo postalo jače od prirodnog drveta. Međutim, korisnost hardvera za bilo koji određeni posao zahtijeva dalje proučavanje. Može li biti jeftina i bez resursa kao plastika? Može li se takmičiti sa jačim , atraktivniji, beskonačno višekratni metalni predmeti? Njihovo istraživanje postavlja zanimljiva pitanja. Tekući inženjering (i na kraju tržište) će odgovoriti na njih.
Vrijeme objave: Apr-13-2022
