Doğal ahşap ve metal, binlerce yıldır insanoğlunun temel yapı malzemeleri olmuştur. Plastik dediğimiz sentetik polimerler ise 20. yüzyılda büyük bir patlama yaşayan yeni bir buluştur.
Hem metaller hem de plastikler, endüstriyel ve ticari kullanıma uygun özelliklere sahiptir. Metaller güçlü, sert ve genellikle havaya, suya, ısıya ve sürekli strese dayanıklıdır. Ancak, ürünlerini üretmek ve rafine etmek için daha fazla kaynak (yani daha pahalı) gerektirirler. Plastik, metalin bazı işlevlerini sağlarken daha az kütle gerektirir ve üretimi çok ucuzdur. Özellikleri neredeyse her türlü kullanım için özelleştirilebilir. Ancak, ucuz ticari plastikler berbat yapı malzemeleridir: plastik aletler iyi bir şey değildir ve kimse plastik bir evde yaşamak istemez. Ayrıca, genellikle fosil yakıtlardan rafine edilirler.
Bazı uygulamalarda doğal ahşap, metaller ve plastiklerle rekabet edebilir. Çoğu aile evi ahşap iskelet üzerine inşa edilmiştir. Sorun, doğal ahşabın çok yumuşak olması ve sudan çok kolay zarar görmesidir, çoğu zaman plastik ve metalin yerini alamaz. Matter dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir makale, bu sınırlamaların üstesinden gelen sertleştirilmiş bir ahşap malzemenin yaratılmasını araştırıyor. Bu araştırma, ahşap bıçakların ve çivilerin yaratılmasıyla sonuçlandı. Ahşap bıçak ne kadar iyi ve yakın zamanda kullanacak mısınız?
Ahşabın lifli yapısı yaklaşık %50 oranında selülozdan oluşur. Selüloz, teorik olarak iyi mukavemet özelliklerine sahip doğal bir polimerdir. Ahşabın geri kalan yarısı ise esas olarak lignin ve hemiselülozdur. Selüloz, ahşaba doğal mukavemetinin omurgasını oluşturan uzun ve sert lifler oluştururken, hemiselüloz çok az tutarlı yapıya sahiptir ve bu nedenle ahşabın mukavemetine hiçbir katkıda bulunmaz. Lignin, selüloz lifleri arasındaki boşlukları doldurur ve canlı odun için yararlı görevler görür. Ancak insanların ahşabı sıkıştırma ve selüloz liflerini daha sıkı bir şekilde birbirine bağlama amacı için lignin bir engel haline gelmiştir.
Bu çalışmada, doğal ahşap dört adımda sertleştirilmiş ahşaba (HW) dönüştürülmüştür. İlk olarak, ahşap hemiselüloz ve ligninin bir kısmını uzaklaştırmak için sodyum hidroksit ve sodyum sülfatta kaynatılır. Bu kimyasal işlemden sonra, ahşap oda sıcaklığında birkaç saat boyunca bir preste preslenerek daha yoğun hale getirilir. Bu, ahşaptaki doğal boşlukları veya gözenekleri azaltır ve bitişik selüloz lifleri arasındaki kimyasal bağı güçlendirir. Ardından, ahşap yoğunlaşmayı tamamlamak için birkaç saat daha 105° C'de (221° F) basınçlandırılır ve ardından kurutulur. Son olarak, ahşap bitmiş ürünü su geçirmez hale getirmek için 48 saat boyunca mineral yağa daldırılır.
Yapısal bir malzemenin mekanik özelliklerinden biri, kuvvetle sıkıldığında deformasyona direnme kabiliyetinin bir ölçüsü olan girinti sertliğidir. Elmas çelikten, altından, tahtadan ve paketleme köpüğünden daha serttir. Sertliği belirlemek için kullanılan birçok mühendislik testi arasında, gemolojide kullanılan Mohs sertliği gibi, Brinell testi de bunlardan biridir. Kavramı basittir: Sert bir metal bilye, belirli bir kuvvetle test yüzeyine bastırılır. Bilyenin oluşturduğu dairesel girintinin çapını ölçün. Brinell sertlik değeri matematiksel bir formül kullanılarak hesaplanır; kabaca söylemek gerekirse, bilyenin çarptığı delik ne kadar büyükse, malzeme o kadar yumuşaktır. Bu testte, HW doğal ahşaptan 23 kat daha serttir.
İşlenmemiş doğal ahşabın çoğu suyu emer. Bu, ahşabın genleşmesine ve sonunda yapısal özelliklerinin bozulmasına neden olabilir. Yazarlar, HW'nin su direncini artırmak ve onu daha hidrofobik ("sudan korkan") hale getirmek için iki günlük bir mineral ıslatma kullandılar. Hidrofobisite testi, bir yüzeye bir damla su damlatmayı içerir. Yüzey ne kadar hidrofobik olursa, su damlacıkları o kadar küresel hale gelir. Diğer yandan hidrofilik ("su seven") bir yüzey, damlacıkları düz bir şekilde yayar (ve sonrasında suyu daha kolay emer). Bu nedenle, mineral ıslatma HW'nin hidrofobisitesini önemli ölçüde artırmakla kalmaz, aynı zamanda ahşabın nemi emmesini de önler.
Bazı mühendislik testlerinde, HW bıçakları metal bıçaklardan biraz daha iyi performans gösterdi. Yazarlar, HW bıçağının piyasada satılan bir bıçaktan yaklaşık üç kat daha keskin olduğunu iddia ediyor. Ancak, bu ilginç sonuca dair bir uyarı var. Araştırmacılar, sofra bıçaklarını veya tereyağı bıçakları diyebileceğimiz bıçakları karşılaştırıyor. Bunlar özellikle keskin olmak için tasarlanmamıştır. Yazarlar, bıçaklarının biftek kestiği bir videoyu gösteriyorlar, ancak makul derecede güçlü bir yetişkin muhtemelen aynı bifteği metal bir çatalın kör tarafıyla kesebilir ve bir biftek bıçağı çok daha iyi iş görür.
Peki ya çiviler? Tek bir HW çivi, görünüşe göre üç tahtadan oluşan bir yığına kolayca çakılabilir, ancak demir çivilere kıyasla göreceli kolaylığı nedeniyle o kadar ayrıntılı değildir. Tahta çiviler daha sonra tahtaları bir arada tutabilir, onları parçalayacak kuvvete karşı koyabilir ve demir çivilerle hemen hemen aynı sağlamlığa sahiptir. Ancak testlerinde, her iki durumda da tahtalar çivilerden önce kırıldı, bu nedenle daha güçlü çiviler açığa çıkmadı.
HW çivileri başka açılardan daha mı iyidir?Ahşap dübeller daha hafiftir, ancak yapının ağırlığı esas olarak onu bir arada tutan dübellerin kütlesinden kaynaklanmaz.Ahşap dübeller paslanmaz.Ancak suya dayanıklı veya biyolojik olarak parçalanabilir değildir.
Yazarın, ahşabı doğal ahşaptan daha güçlü hale getirmek için bir süreç geliştirdiğine şüphe yok. Ancak, herhangi bir özel iş için donanımın kullanışlılığı daha fazla çalışma gerektiriyor. Plastik kadar ucuz ve kaynaksız olabilir mi? Daha güçlü, daha çekici ve sonsuza kadar tekrar kullanılabilir metal nesnelerle rekabet edebilir mi? Araştırmaları ilginç soruları gündeme getiriyor. Devam eden mühendislik (ve nihayetinde pazar) bu sorulara cevap verecektir.
Gönderim zamanı: 13 Nis 2022
