Природно дрво и метал су били неопходни грађевински материјали за људе хиљадама година. Синтетички полимери које називамо пластика су недавни изум који је експлодирао у 20. веку.
И метали и пластика имају својства која су погодна за индустријску и комерцијалну употребу. Метали су јаки, крути и генерално отпорни на ваздух, воду, топлоту и стални стрес. Међутим, такође захтевају више ресурса (што значи и скупље) да би производе и рафинишу своје производе. Пластика пружа неке од функција метала док захтева мању масу и веома је јефтина за производњу. Њихова својства се могу прилагодити за скоро сваку употребу. Међутим, јефтина комерцијална пластика чини ужасне структурне материјале: пластични уређаји нису добра ствар, и нико не жели да живи у пластичној кући. Осим тога, често се рафинишу од фосилних горива.
У неким применама, природно дрво може да се такмичи са металима и пластиком. Већина породичних кућа је изграђена на дрвеним оквирима. Проблем је у томе што је природно дрво превише меко и превише лако оштећено водом да би већину времена заменило пластику и метал. Недавни рад објављено у часопису Маттер истражује стварање очврслог дрвеног материјала који превазилази ова ограничења. Ово истраживање је кулминирало стварањем дрвених ножева и ексера. Колико је добар дрвени нож и да ли ћете га ускоро користити?
Влакнаста структура дрвета се састоји од приближно 50% целулозе, природног полимера са теоретски добрим својствима чврстоће. Преостала половина дрвене структуре је углавном лигнин и хемицелулоза. Док целулоза формира дуга, жилава влакна која дрвету пружају окосницу његовог природног снагу, хемицелулоза има мало кохерентне структуре и стога ништа не доприноси чврстоћи дрвета. Лигнин попуњава празнине између целулозних влакана и обавља корисне задатке за живо дрво. препрека.
У овој студији, природно дрво је направљено у каљено дрво (ХВ) у четири корака. Прво, дрво се кува у натријум хидроксиду и натријум сулфату да би се уклонио део хемицелулозе и лигнина. Након овог хемијског третмана, дрво постаје гушће притиском. у преси неколико сати на собној температури. Ово смањује природне празнине или поре у дрвету и побољшава хемијску везу између суседних целулозних влакана. Следеће, дрво је под притиском на 105°Ц (221°Ф) још неколико сати да се заврши згушњавање, а затим се осуши. На крају, дрво се потопи у минерално уље на 48 сати да би готов производ био водоотпоран.
Једно механичко својство структуралног материјала је тврдоћа удубљења, што је мера његове способности да се одупре деформацији када се притисне силом. Дијамант је тврђи од челика, тврђи од злата, тврђи од дрвета и тврђи од пене за паковање. Међу многим инжењерским тестови који се користе за одређивање тврдоће, као што је Мохсова тврдоћа која се користи у гемологији, Бринелов тест је један од њих. Његов концепт је једноставан: чврсти метални куглични лежај се утискује у испитну површину са одређеном силом. Измерите пречник кружног удубљење које ствара куглица. Вредност тврдоће по Бринелу се израчунава коришћењем математичке формуле; грубо говорећи, што је већа рупа коју лопта удари, то је мекши материјал. У овом тесту, ХВ је 23 пута тврђи од природног дрвета.
Већина необрађеног природног дрвета ће апсорбовати воду. Ово може проширити дрво и на крају уништити његове структурне особине. Аутори су користили дводневно натапање минералима да повећају водоотпорност ХВ, чинећи га хидрофобнијим („плаши се воде“). Тест хидрофобности укључује стављање капи воде на површину. Што је површина хидрофобнија, то капљице воде постају сферније. Хидрофилна („волољубива“) површина, с друге стране, рашири капљице равно (и касније лакше упија воду). Према томе, натапање минералима не само да значајно повећава хидрофобност ХВ, већ и спречава да дрво апсорбује влагу.
У неким инжењерским тестовима, ХВ ножеви су били нешто бољи од металних ножева. Аутори тврде да је ХВ нож око три пута оштрији од комерцијално доступног ножа. Међутим, постоји упозорење за овај занимљив резултат. Истраживачи упоређују столне ножеве, или оно што бисмо могли назвати ножевима за путер. Они нису замишљени да буду посебно оштри. Аутори показују видео снимак њиховог ножа који сече бифтек, али разумно јака одрасла особа би вероватно могла да исече исти бифтек тупом страном металне виљушке, и нож за одреске би радио много боље.
Шта је са ексерима? Један ХВ ексер се очигледно може лако забити у сноп од три даске, иако не тако детаљан колико је релативна лакоћа у поређењу са гвозденим ексерима. Дрвени клинови могу да држе даске заједно, одупирући се сили која би се поцепала У њиховим тестовима, међутим, даске су у оба случаја отказале пре него што је отпао ниједан ексер, тако да јачи ексери нису били изложени.
Да ли су ХВ ексери бољи на друге начине? Дрвени клинови су лакши, али тежина конструкције није првенствено вођена масом клинова који је држе заједно. Дрвени клинови неће рђати. Међутим, неће бити отпорни на воду или биоразградити.
Нема сумње да је аутор развио процес како би дрво постало јаче од природног дрвета. Међутим, корисност хардвера за сваки одређени посао захтева даље проучавање. Може ли бити јефтина и без ресурса као пластика? Може ли се такмичити са јачим , атрактивнији, бесконачно вишекратни метални предмети? Њихово истраживање поставља занимљива питања. Текући инжењеринг (и на крају тржиште) ће одговорити на њих.
Време поста: 13. април 2022
