Looduslik puit ja metall on olnud inimestele olulised ehitusmaterjalid tuhandeid aastaid. Sünteetilised polümeerid, mida me nimetame plastideks, on hiljutine leiutis, mis levis plahvatuslikult 20. sajandil.
Nii metallidel kui ka plastidel on omadused, mis sobivad hästi tööstuslikuks ja kaubanduslikuks kasutamiseks. Metallid on tugevad, jäigad ja üldiselt vastupidavad õhule, veele, kuumusele ja pidevale pingele. Kuid nende valmistamiseks on vaja ka rohkem ressursse (mis tähendab, et need on kallimad). toota ja viimistleda oma tooteid.Plast täidab mõningaid metalli funktsioone, nõudes samal ajal vähem massi ja on väga odav toota.Nende omadusi saab kohandada peaaegu igaks kasutuseks.Odav kaubanduslik plast teeb aga kohutavaid konstruktsioonimaterjale: plastist seadmed ei ole hea asi ja keegi ei taha elada plastmajas.Lisaks on need sageli rafineeritud fossiilkütustest.
Mõnes rakenduses võib naturaalne puit konkureerida metallide ja plastidega.Enamik peremaju on ehitatud puitkarkassile.Probleemiks on see, et naturaalne puit on liiga pehme ja vee poolt liiga kergesti kahjustatav, et asendada enamasti plastikut ja metalli.Hiljutine paber Ajakirjas Matter avaldatud uurimuses käsitletakse karastatud puitmaterjali loomist, mis ületab need piirangud.See uurimistöö kulmineerus puidust nugade ja naelte loomisega.Kui hea on puidust nuga ja kas te kasutate seda lähiajal?
Puidu kiudstruktuur koosneb ligikaudu 50% ulatuses tselluloosist, mis on teoreetiliselt heade tugevusomadustega looduslik polümeer. Ülejäänud pool puitkonstruktsioonist on peamiselt ligniin ja hemitselluloos. Tselluloos moodustab aga pikki sitkeid kiude, mis annavad puidule selle loomuliku selgroo. tugevus, hemitselluloosil on vähe koherentset struktuuri ja seega ei aita see puidu tugevusse midagi kaasa.Ligniin täidab tselluloosikiudude vahel olevad tühimikud ja täidab kasulikke ülesandeid elavale puidule. Kuid inimeste jaoks, et puitu tihendada ja selle tselluloosikiude omavahel tihedamalt siduda, sai ligniin takistuseks.
Selles uuringus valmistati naturaalsest puidust neljas etapis karastatud puit (HW). Esmalt keedetakse puitu naatriumhüdroksiidis ja naatriumsulfaadis, et eemaldada osa hemitselluloosist ja ligniinist.Pärast seda keemilist töötlemist muutub puit pressimisel tihedamaks. seda mitmeks tunniks toatemperatuuril pressis.See vähendab puidu loomulikke lünki või poore ja suurendab keemilist sidet kõrvuti asetsevate tsellulooskiudude vahel.Järgmisel survestatakse puitu veel mõneks ajaks temperatuuril 105 °C (221 °F). tundi kuni täieliku tihendamiseni ja seejärel kuivatatakse.Lõpuks kastetakse puit 48 tunniks mineraalõlisse, et muuta valmistoode veekindlaks.
Konstruktsioonimaterjali üks mehaaniline omadus on süvendi kõvadus, mis mõõdab selle võimet taluda deformatsiooni jõuga pigistades.Teemant on kõvem kui teras, kõvem kui kuld, kõvem kui puit ja kõvem kui pakkevaht.Paljude tehniliste materjalide hulgas kõvaduse määramiseks kasutatavad testid, näiteks gemoloogias kasutatav Mohsi kõvadus, Brinelli test on üks neist.Selle kontseptsioon on lihtne: kõvametallist kuullaager surutakse katsepinnale teatud jõuga.Mõõtke ringikujulise kuju läbimõõt kuuli tekitatud taane. Brinelli kõvaduse väärtus arvutatakse matemaatilise valemi abil; jämedalt öeldes, mida suuremat auku pall tabab, seda pehmem on materjal.Selles testis on HW 23 korda kõvem kui looduslik puit.
Enamik töötlemata naturaalset puitu imab vett. See võib puitu laiendada ja lõpuks hävitada selle struktuursed omadused. Autorid kasutasid kahepäevast mineraalset leotust, et suurendada veekindlust, muutes selle hüdrofoobsemaks (“kardab vett”). Hüdrofoobsuse test hõlmab veetilga asetamist pinnale. Mida hüdrofoobsem on pind, seda sfäärilisemaks muutuvad veepiisad. Hüdrofiilne (“vett armastav”) pind seevastu hajutab tilgad tasaseks (ja seejärel). imab vett kergemini).Seetõttu ei suurenda mineraalide leotamine mitte ainult märkimisväärselt HW hüdrofoobsust, vaid takistab ka puidul niiskust imamast.
Mõnes insenerikatses toimisid HW-noad veidi paremini kui metallnoad.Autorid väidavad, et HW-nuga on umbes kolm korda teravam kui kaubanduslikult saadav nuga.Sellele huvitavale tulemusele on siiski lisatud hoiatus.Teadlased võrdlevad lauanugasid, või mida me võiksime nimetada võinugadeks. Need ei ole mõeldud olema eriti teravad. Autorid näitavad videot, kuidas nende noa lõikab pihvi, kuid üsna tugev täiskasvanud inimene võiks tõenäoliselt lõigata sama pihvi metallist kahvli tuhmi küljega ja steigi nuga töötaks palju paremini.
Kuidas on lood naeltega? Ühe HW naela saab ilmselt kergesti vasardada kolmest plangust koosnevaks virnaks, kuigi see pole nii detailne, kuna see on raudnaeltega võrreldes suhteliselt lihtne. Puitnaelad suudavad plangud koos hoida, jättes vastu jõule, mis rebeneb. need lahku, umbes sama sitkusega kui raudnaelad. Kuid nende katsetes ebaõnnestusid lauad mõlemal juhul enne, kui kumbki nael ebaõnnestus, seega jäid tugevamad naelad paljastamata.
Kas HW naelad on muul viisil paremad?Puitnaelad on kergemad, kuid konstruktsiooni raskust ei mõjuta eelkõige seda koos hoidvate naelte mass.Puitnaelad ei roosteta.Siiski ei ole see vett ega vett läbilaskev. biolaguneda.
Pole kahtlustki, et autor on välja töötanud protsessi, mille abil muuta puit naturaalsest puidust tugevamaks. Kuid riistvara kasulikkus iga konkreetse töö jaoks vajab täiendavat uurimist. Kas see võib olla sama odav ja ressursivaene kui plast? Kas see suudab tugevamaga konkureerida. , atraktiivsemad, lõpmatult korduvkasutatavad metallesemed?Nende uurimistöö tõstatab huvitavaid küsimusi.Käesolev inseneritöö (ja lõpuks turg) annab neile vastuse.
Postitusaeg: 13. aprill 2022
