Природното дрво и металот се основни градежни материјали за луѓето илјадници години. Синтетичките полимери што ги нарекуваме пластика се неодамнешен изум што доживеа експлозија во 20 век.
И металите и пластиката имаат својства што се погодни за индустриска и комерцијална употреба. Металите се силни, крути и генерално отпорни на воздух, вода, топлина и постојан стрес. Сепак, тие исто така бараат повеќе ресурси (што значи поскапи) за производство и рафинирање на нивните производи. Пластиката обезбедува некои од функциите на металот, а бара помала маса и е многу евтина за производство. Нивните својства можат да се прилагодат за речиси секоја употреба. Сепак, евтините комерцијални пластики се ужасни структурни материјали: пластичните апарати не се добра работа и никој не сака да живее во пластична куќа. Дополнително, тие често се рафинираат од фосилни горива.
Во некои апликации, природното дрво може да се натпреварува со метали и пластика. Повеќето семејни куќи се изградени на дрвена рамка. Проблемот е што природното дрво е премногу меко и премногу лесно се оштетува од вода за да ги замени пластиката и металот поголемиот дел од времето. Неодамнешен труд објавен во списанието Matter истражува создавање на стврднат дрвен материјал што ги надминува овие ограничувања. Ова истражување кулминираше со создавање дрвени ножеви и шајки. Колку е добар дрвениот нож и дали ќе го користите наскоро?
Влакнестата структура на дрвото се состои од приближно 50% целулоза, природен полимер со теоретски добри својства на цврстина. Останатата половина од дрвената структура е главно лигнин и хемицелулоза. Додека целулозата формира долги, цврсти влакна кои му обезбедуваат на дрвото 'рбетот на неговата природна цврстина, хемицелулозата има мала кохерентна структура и затоа не придонесува ништо за цврстината на дрвото. Лигнинот ги пополнува празнините помеѓу целулозните влакна и извршува корисни задачи за живото дрво. Но, за целите на луѓето да го набијат дрвото и поцврсто да ги врзат неговите целулозни влакна, лигнинот стана пречка.
Во оваа студија, природното дрво беше претворено во стврднато дрво (HW) во четири чекори. Прво, дрвото се вари во натриум хидроксид и натриум сулфат за да се отстрани дел од хемицелулозата и лигнинот. По овој хемиски третман, дрвото станува погусто со притискање во преса неколку часа на собна температура. Ова ги намалува природните празнини или пори во дрвото и го подобрува хемиското поврзување помеѓу соседните целулозни влакна. Потоа, дрвото се става под притисок на 105° C (221° F) уште неколку часа за да се заврши згуснувањето, а потоа се суши. Конечно, дрвото се потопува во минерално масло 48 часа за да се направи готовиот производ водоотпорен.
Едно механичко својство на структурен материјал е тврдоста на вдлабнување, што е мерка за неговата способност да се спротивстави на деформацијата кога е притиснат со сила. Дијамантот е потврд од челик, потврд од злато, потврд од дрво и потврд од пена за пакување. Меѓу многуте инженерски тестови што се користат за одредување на тврдоста, како што е Мосовата тврдост што се користи во гемологијата, тестот Бринел е еден од нив. Неговиот концепт е едноставен: топчесто лежиште од тврд метал се притиска во површината за тестирање со одредена сила. Измерете го дијаметарот на кружната вдлабнатина создадена од топката. Вредноста на тврдоста на Бринел се пресметува со помош на математичка формула; грубо кажано, колку е поголема дупката што ја погодува топката, толку е помек материјалот. Во овој тест, HW е 23 пати потврд од природното дрво.
Поголемиот дел од нетретираното природно дрво ќе апсорбира вода. Ова може да го прошири дрвото и на крајот да ги уништи неговите структурни својства. Авторите користеле дводневно минерално натопување за да ја зголемат водоотпорноста на материјалот за дрва, правејќи го похидрофобно („се плаши од вода“). Тестот за хидрофобност вклучува поставување капка вода на површина. Колку е похидрофобна површината, толку посферични стануваат капките вода. Хидрофилната („љубителна на вода“) површина, од друга страна, ги шири капките рамно (и последователно полесно ја апсорбира водата). Затоа, минералното натопување не само што значително ја зголемува хидрофобноста на материјалот за дрва, туку и го спречува дрвото да апсорбира влага.
Во некои инженерски тестови, ножевите за стекнување на бифтек покажаа малку подобри резултати од металните ножеви. Авторите тврдат дека ножот за стекнување на бифтек е околу три пати поостар од комерцијално достапниот нож. Сепак, постои забелешка за овој интересен резултат. Истражувачите споредуваат ножеви за маса, или она што би можеле да го наречеме ножеви за путер. Овие не се наменети да бидат особено остри. Авторите прикажуваат видео од нивниот нож како сече стек, но релативно силен возрасен човек веројатно би можел да го исече истиот стек со тапата страна на метална виљушка, а ножот за стек би функционирал многу подобро.
А што е со шајките? Една тешка шајка очигледно може лесно да се закова во куп од три штици, иако не е толку детално колку што е релативно лесно во споредба со железните шајки. Дрвените штици потоа можат да ги држат штиците заедно, спротивставувајќи се на силата што би ги искинала, со приближно иста цврстина како железните шајки. Меѓутоа, во нивните тестови, штиците во двата случаи откажале пред да се откаже која било шајка, така што посилните шајки не биле изложени.
Дали дрвените шајки се подобри на други начини? Дрвените штипки се полесни, но тежината на структурата не е првенствено предизвикана од масата на штипките што ја држат заедно. Дрвените штипки нема да 'рѓосуваат. Сепак, тие нема да бидат непропустливи на вода или биоразградување.
Нема сомнение дека авторот развил процес за да го направи дрвото поцврсто од природното дрво. Сепак, корисноста на хардверот за која било конкретна работа бара понатамошно проучување. Може ли да биде толку евтин и без ресурси како пластиката? Може ли да се натпреварува со посилни, попривлечни, бесконечно повеќекратно употребливи метални предмети? Нивното истражување покренува интересни прашања. Тековното инженерство (и на крајот на краиштата пазарот) ќе одговори на нив.
Време на објавување: 13 април 2022 година
