Lemnul natural și metalul au fost materiale de construcție esențiale pentru oameni de mii de ani. Polimerii sintetici pe care îi numim plastice sunt o invenție recentă care a explodat în secolul al XX-lea.
Atât metalele, cât și materialele plastice au proprietăți care sunt potrivite pentru uz industrial și comercial. Metalele sunt puternice, rigide și, în general, rezistente la aer, apă, căldură și stres constant. Cu toate acestea, necesită, de asemenea, mai multe resurse (ceea ce înseamnă mai scump) pentru produc și perfecționează produsele lor. Plasticul asigură unele dintre funcțiile metalului, în timp ce necesită o masă mai mică și este foarte ieftin de produs. Proprietățile lor pot fi personalizate pentru aproape orice utilizare. Cu toate acestea, materialele plastice comerciale ieftine fac materiale structurale groaznice: aparatele din plastic nu sunt un lucru bun și nimeni nu vrea să trăiască într-o casă de plastic. În plus, acestea sunt adesea rafinate din combustibili fosili.
În unele aplicații, lemnul natural poate concura cu metalele și materialele plastice. Cele mai multe case de familie sunt construite pe structură din lemn. Problema este că lemnul natural este prea moale și prea ușor deteriorat de apă pentru a înlocui plasticul și metalul de cele mai multe ori. O lucrare recentă publicat în revista Matter explorează crearea unui material lemnos întărit care depășește aceste limitări. Această cercetare a culminat cu crearea de cuțite și cuie din lemn. Cât de bun este cuțitul din lemn și îl vei folosi în curând?
Structura fibroasă a lemnului constă din aproximativ 50% celuloză, un polimer natural cu proprietăți de rezistență teoretic bune. Jumătatea rămasă a structurii lemnului este în principal lignină și hemiceluloză. În timp ce celuloza formează fibre lungi și dure, care oferă lemnului coloana vertebrală naturală. rezistență, hemiceluloza are o structură puțin coerentă și, prin urmare, nu contribuie cu nimic la rezistența lemnului. Lignina umple golurile dintre fibrele celulozice și îndeplinește sarcini utile pentru lemnul viu. Dar pentru scopul oamenilor de a compacta lemnul și de a le lega mai strâns fibrele de celuloză, lignina a devenit o piedică.
În acest studiu, lemnul natural a fost transformat în lemn călit (HW) în patru etape. Mai întâi, lemnul este fiert în hidroxid de sodiu și sulfat de sodiu pentru a îndepărta o parte din hemiceluloză și lignină. După acest tratament chimic, lemnul devine mai dens prin presare. într-o presă timp de câteva ore la temperatura camerei. Acest lucru reduce golurile naturale sau porii din lemn și îmbunătățește legătura chimică dintre fibrele de celuloză adiacente. În continuare, lemnul este presurizat la 105 ° C (221 ° F) pentru încă câteva ore până la densificarea completă, apoi se usucă. În cele din urmă, lemnul este scufundat în ulei mineral timp de 48 de ore pentru a face produsul finit impermeabil.
O proprietate mecanică a unui material structural este duritatea indentării, care este o măsură a capacității sale de a rezista la deformare atunci când este strâns cu forță. Diamantul este mai dur decât oțelul, mai dur decât aurul, mai dur decât lemnul și mai dur decât spuma de ambalare. Printre multele inginerie testele utilizate pentru a determina duritatea, cum ar fi duritatea Mohs folosită în gemologie, testul Brinell este unul dintre ele. Conceptul său este simplu: un rulment cu bile din metal dur este presat în suprafața de testare cu o anumită forță. Măsurați diametrul circularului. indentarea creată de minge. Valoarea durității Brinell este calculată folosind o formulă matematică;aproximativ vorbind, cu cât gaura în care mingea este mai mare, cu atât materialul este mai moale. În acest test, HW este de 23 de ori mai dur decât lemnul natural.
Majoritatea lemnului natural netratat va absorbi apa. Acest lucru poate extinde lemnul și, în cele din urmă, îi poate distruge proprietățile structurale. Autorii au folosit o înmuiare minerală de două zile pentru a crește rezistența la apă a HW, făcându-l mai hidrofob („se frică de apă”). Testul de hidrofobic implică plasarea unei picături de apă pe o suprafață. Cu cât suprafața este mai hidrofobă, cu atât picăturile de apă devin mai sferice. O suprafață hidrofilă („iubitoare de apă”), pe de altă parte, răspândește picăturile plane (și ulterior absoarbe apa mai ușor). Prin urmare, înmuierea cu minerale nu numai că crește semnificativ hidrofobicitatea HW, dar împiedică și lemnul să absoarbă umiditatea.
În unele teste de inginerie, cuțitele HW au funcționat puțin mai bine decât cuțitele metalice. Autorii susțin că cuțitul HW este de aproximativ trei ori mai ascuțit decât un cuțit disponibil comercial. Cu toate acestea, există o avertizare la acest rezultat interesant. Cercetătorii compară cuțitele de masă, sau ceea ce am putea numi cuțite pentru unt. Acestea nu sunt menite să fie deosebit de ascuțite. Autorii arată un videoclip cu cuțitul lor tăind o friptură, dar un adult destul de puternic ar putea probabil să taie aceeași friptură cu partea plictisită a unei furculițe de metal și un cuțit de friptură ar funcționa mult mai bine.
Dar cuiele? Un singur cui HW se pare că poate fi ușor ciocănit într-un teanc de trei scânduri, deși nu este atât de detaliat, deoarece este relativ ușor în comparație cu cuiele de fier. Cu toate acestea, în testele lor, plăcile în ambele cazuri s-au defectat înainte ca oricare dintre cuie să cedeze, astfel încât cuiele mai puternice nu au fost expuse.
Cuiele HW sunt mai bune în alte moduri? Cuiele de lemn sunt mai ușoare, dar greutatea structurii nu este determinată în primul rând de masa cuielor care o țin împreună. se biodescompune.
Nu există nicio îndoială că autorul a dezvoltat un proces pentru a face lemnul mai puternic decât lemnul natural. Cu toate acestea, utilitatea feroneriei pentru orice activitate anume necesită studii suplimentare. Poate fi la fel de ieftin și fără resurse ca plasticul? Poate concura cu mai puternice. , obiecte metalice mai atractive, infinit reutilizabile?Cercetarea lor ridică întrebări interesante. Ingineria în curs (și în cele din urmă piața) le va răspunde.
Ora postării: 13-apr-2022
