Doğal ahşap ve metal binlerce yıldır insanlar için vazgeçilmez yapı malzemeleri olmuştur. Plastik dediğimiz sentetik polimerler ise 20. yüzyılda patlama yaşayan yeni bir buluştur.
Hem metaller hem de plastikler endüstriyel ve ticari kullanıma çok uygun özelliklere sahiptir. Metaller güçlüdür, serttir ve genellikle havaya, suya, ısıya ve sürekli strese karşı dayanıklıdır. Ancak aynı zamanda daha fazla kaynağa (bu da daha pahalı anlamına gelir) ihtiyaç duyarlar. Plastik, metalin bazı işlevlerini yerine getirirken daha az kütle gerektirir ve üretimi çok ucuzdur. Özellikleri hemen hemen her kullanım için özelleştirilebilir. Ancak ucuz ticari plastikler berbat yapısal malzemeler oluşturur: plastik aletler bir iyi bir şey ve kimse plastik bir evde yaşamak istemez. Ayrıca bunlar genellikle fosil yakıtlardan arıtılır.
Bazı uygulamalarda doğal ahşap, metaller ve plastiklerle rekabet edebilir. Çoğu aile evi ahşap çerçeve üzerine inşa edilir. Sorun, doğal ahşabın çok yumuşak olması ve çoğu zaman plastik ve metalin yerini alamayacak kadar sudan kolayca zarar görmesidir. Yakın zamanda yayınlanan bir makale Matter dergisinde yayınlanan bir makale, bu sınırlamaların üstesinden gelen sertleştirilmiş bir ahşap malzemenin yaratılmasını araştırıyor. Bu araştırma, ahşap bıçakların ve çivilerin yaratılmasıyla sonuçlandı. Tahta bıçak ne kadar iyidir ve onu yakın zamanda kullanacak mısınız?
Ahşabın lifli yapısı, teorik olarak iyi mukavemet özelliklerine sahip doğal bir polimer olan yaklaşık %50 selülozdan oluşur. Ahşap yapının geri kalan yarısı esas olarak lignin ve hemiselülozdan oluşur. Selüloz ise ahşaba doğal yapısının omurgasını sağlayan uzun, sert lifler oluşturur. Dayanıklılığı nedeniyle, hemiselülozun tutarlı bir yapısı yoktur ve bu nedenle ahşabın gücüne hiçbir katkısı yoktur. Lignin, selüloz lifleri arasındaki boşlukları doldurur ve canlı odun için yararlı görevler gerçekleştirir. Ancak insanların ahşabı sıkıştırmak ve selüloz liflerini birbirine daha sıkı bağlamak amacıyla lignin, bir engel.
Bu çalışmada, doğal ahşap dört aşamada sertleştirilmiş ahşap (HW) haline getirildi. İlk olarak ahşap, sodyum hidroksit ve sodyum sülfatta kaynatılarak hemiselüloz ve ligninin bir kısmı uzaklaştırılır. Bu kimyasal işlemden sonra ahşap preslenerek yoğunlaştırılır. oda sıcaklığında birkaç saat boyunca preste tutulur. Bu, ahşaptaki doğal boşlukları veya gözenekleri azaltır ve bitişik selüloz lifleri arasındaki kimyasal bağı güçlendirir. Daha sonra ahşap, birkaç dakika daha 105° C'de (221° F) basınç altına alınır. yoğunlaştırmanın tamamlanması birkaç saat sürer ve ardından kurutulur. Son olarak ahşap, bitmiş ürünün su geçirmez hale getirilmesi için 48 saat boyunca mineral yağa batırılır.
Yapısal bir malzemenin mekanik özelliklerinden biri, kuvvetle sıkıldığında deformasyona direnme yeteneğinin bir ölçüsü olan girinti sertliğidir. Elmas çelikten daha sert, altından daha sert, ahşaptan daha sert ve ambalaj köpüğünden daha serttir. Pek çok mühendislik arasında Gemolojide kullanılan Mohs sertliği gibi sertliği belirlemek için kullanılan testler arasında Brinell testi de bunlardan biridir. Konsepti basittir: sert metal bir bilye belirli bir kuvvetle test yüzeyine bastırılır. Daireselin çapını ölçün. topun oluşturduğu girinti. Brinell sertlik değeri matematiksel bir formül kullanılarak hesaplanır; Kabaca söylemek gerekirse, topun çarptığı delik ne kadar büyük olursa malzeme o kadar yumuşak olur. Bu testte HW, doğal ahşaptan 23 kat daha serttir.
İşlenmemiş doğal ahşapların çoğu suyu emecektir. Bu, ahşabı genişletebilir ve sonunda yapısal özelliklerini yok edebilir. Yazarlar, HW'nin suya direncini artırmak ve onu daha hidrofobik ("sudan korkmak") hale getirmek için iki günlük bir mineral banyosu kullandılar. Hidrofobiklik testi, bir yüzeye bir damla su yerleştirmeyi içerir. Yüzey ne kadar hidrofobik olursa, su damlacıkları o kadar küresel hale gelir. Öte yandan hidrofilik (“suyu seven”) bir yüzey, damlacıkları düz bir şekilde yayar (ve ardından suyu daha kolay emer). Bu nedenle, mineral ıslatma sadece HW'nin hidrofobikliğini önemli ölçüde arttırmakla kalmaz, aynı zamanda ahşabın nemi emmesini de önler.
Bazı mühendislik testlerinde HW bıçakları metal bıçaklardan biraz daha iyi performans gösterdi. Yazarlar, HW bıçağının ticari olarak satılan bir bıçaktan yaklaşık üç kat daha keskin olduğunu iddia ediyor. Ancak bu ilginç sonuca ilişkin bir uyarı var. Araştırmacılar sofra bıçaklarını karşılaştırıyor, veya tereyağ bıçakları diyebileceğimiz bıçaklar. Bunların özellikle keskin olması amaçlanmamıştır. Yazarlar, bıçaklarının bir bifteği keserken çekilmiş bir videosunu gösteriyorlar, ancak oldukça güçlü bir yetişkin muhtemelen aynı bifteği metal bir çatalın kör tarafıyla kesebilir ve bir biftek bıçağı çok daha iyi iş görür.
Çiviler ne olacak? Tek bir HW çivisi, demir çivilerle karşılaştırıldığında göreceli olarak daha kolay olduğu kadar ayrıntılı olmasa da, görünüşe göre üç kalas yığınına kolaylıkla çakılabilir. Tahta çiviler daha sonra kalasları bir arada tutabilir ve yırtılmaya neden olacak kuvvete direnebilir. Demir çivilerle hemen hemen aynı sağlamlığa sahip olacak şekilde birbirlerinden ayrıldılar. Ancak testlerinde, her iki durumda da tahtalar, her iki çivi de kırılmadan önce başarısız oldu, bu nedenle daha güçlü çiviler açığa çıkmadı.
HW çivileri başka yönlerden daha mı iyi? Tahta çiviler daha hafiftir, ancak yapının ağırlığı öncelikle onu bir arada tutan çivilerin kütlesine bağlı değildir. Ahşap çiviler paslanmayacaktır. Bununla birlikte, suya veya suya karşı dayanıklı olmayacaktır. biyolojik olarak parçalanır.
Yazarın ahşabı doğal ahşaptan daha güçlü hale getirmek için bir süreç geliştirdiğine şüphe yoktur. Ancak herhangi bir iş için donanımın kullanışlılığı daha fazla araştırma gerektirir. Plastik kadar ucuz ve kaynaksız olabilir mi? Daha güçlü ahşapla rekabet edebilir mi? , daha çekici, sonsuza kadar yeniden kullanılabilen metal nesneler? Araştırmaları ilginç soruları gündeme getiriyor. Devam eden mühendislik (ve nihayetinde pazar) bunlara cevap verecektir.
Gönderim zamanı: Nis-13-2022
