Dabīgais koks un metāls ir bijuši būtiski celtniecības materiāli cilvēkiem tūkstošiem gadu. Sintētiskie polimēri, ko mēs saucam par plastmasu, ir nesens izgudrojums, kas eksplodēja 20. gadsimtā.
Gan metāliem, gan plastmasām ir īpašības, kas ir labi piemērotas rūpnieciskai un komerciālai lietošanai. Metāli ir stipri, stingri un parasti izturīgi pret gaisu, ūdeni, karstumu un pastāvīgu stresu. Tomēr to ražošanai ir nepieciešams arī vairāk resursu (tas nozīmē, ka tie ir dārgāki). ražot un pilnveidot savus produktus.Plastmasa nodrošina dažas metāla funkcijas, vienlaikus tai ir nepieciešama mazāka masa, un tās ražošana ir ļoti lēta.To īpašības var pielāgot gandrīz jebkuram lietojumam.Tomēr no lētas komerciālās plastmasas veido briesmīgus konstrukciju materiālus: plastmasas ierīces nav laba lieta, un neviens nevēlas dzīvot plastmasas mājā. Turklāt tie bieži tiek attīrīti no fosilā kurināmā.
Dažos gadījumos dabīgais koks var konkurēt ar metāliem un plastmasu.Lielākā daļa ģimenes māju ir būvēta uz koka karkasa.Problēma ir tā, ka dabīgais koks ir pārāk mīksts un pārāk viegli to sabojā ūdens, lai lielāko daļu laika aizstātu plastmasu un metālu. publicēts žurnālā Matter pēta rūdīta koka materiāla izveidi, kas pārvar šos ierobežojumus.Šis pētījums vainagojās ar koka nažu un naglu izveidi.Cik labs ir koka nazis un vai drīzumā to izmantosiet?
Koksnes šķiedraina struktūra sastāv no aptuveni 50% celulozes, dabīga polimēra ar teorētiski labām stiprības īpašībām. Atlikušo koka struktūras pusi galvenokārt veido lignīns un hemiceluloze. Celuloze veido garas, izturīgas šķiedras, kas nodrošina koksni ar tās dabiskās struktūras mugurkaulu. stiprība, hemicelulozei ir maz saskaņotas struktūras, un tādējādi tā neko neveicina koksnes stiprībā.Lignīns aizpilda tukšumus starp celulozes šķiedrām un veic dzīvai koksnei noderīgus uzdevumus. Taču cilvēka nolūks – sablīvēt koksni un ciešāk savienot tās celulozes šķiedras kopā, lignīns kļuva traucēklis.
Šajā pētījumā no dabīgā koka četros posmos tika izgatavota rūdīta koksne (HW). Vispirms koksni vāra nātrija hidroksīdā un nātrija sulfātā, lai noņemtu daļu no hemicelulozes un lignīna. Pēc šīs ķīmiskās apstrādes koksne kļūst blīvāka, presējot. to vairākas stundas istabas temperatūrā presē.Tas samazina dabiskās spraugas vai poras koksnē un uzlabo ķīmisko saikni starp blakus esošajām celulozes šķiedrām. Pēc tam koksne tiek pakļauta 105°C (221°F) spiedienam vēl dažus stundas, lai pabeigtu blīvēšanu, un pēc tam žāvē.Visbeidzot, koksni iegremdē minerāleļļā uz 48 stundām, lai padarītu gatavo produktu ūdensizturīgu.
Viena konstrukcijas materiāla mehāniskā īpašība ir iespieduma cietība, kas mēra tā spēju pretoties deformācijai, ja to saspiež ar spēku. Dimants ir cietāks par tēraudu, cietāks par zeltu, cietāks par koku un cietāks par iesaiņojuma putām. testus, ko izmanto cietības noteikšanai, piemēram, Mosa cietību, ko izmanto gemoloģijā, Brinela tests ir viens no tiem.Tā koncepcija ir vienkārša: cietmetāla lodīšu gultnis tiek iespiests testa virsmā ar noteiktu spēku.Izmēra apļa diametru. lodes radītais ievilkums. Brinela cietības vērtību aprēķina, izmantojot matemātisko formulu; rupji runājot, jo lielāku caurumu trāpa bumbiņa, jo mīkstāks ir materiāls.Šajā pārbaudē HW ir 23 reizes cietāks nekā dabīgais koks.
Lielākā daļa neapstrādāta dabīgā koka uzsūks ūdeni.Tas var paplašināt koksni un galu galā iznīcināt tās strukturālās īpašības. Autori izmantoja divu dienu minerālu mērcēšanu, lai palielinātu HW ūdensizturību, padarot to hidrofobāku (“baidās no ūdens”). Hidrofobitātes tests ietver ūdens piles uzlikšanu uz virsmas. Jo hidrofobāka ir virsma, jo sfēriskāki ūdens pilieni kļūst. Savukārt hidrofila (“ūdeni mīloša”) virsma izkliedē pilienus plakaniski (un pēc tam). vieglāk uzsūc ūdeni).Tāpēc minerālu mērcēšana ne tikai ievērojami palielina KV hidrofobitāti, bet arī neļauj koksnei absorbēt mitrumu.
Dažos inženiertehniskajos testos HW naži uzrādīja nedaudz labākus rezultātus nekā metāla naži. Autori apgalvo, ka HW nazis ir apmēram trīs reizes asāks nekā komerciāli pieejams nazis. Tomēr šim interesantajam rezultātam ir piebilde. Pētnieki salīdzina galda nažus, vai ko mēs varētu saukt par sviesta nažiem. Tie nav paredzēti īpaši asi. Autori rāda video, kurā viņu nazis griež steiku, taču pietiekami spēcīgs pieaugušais, iespējams, varētu sagriezt to pašu steiku ar metāla dakšas blāvo pusi, un steika nazis darbotos daudz labāk.
Kā ar naglām? Acīmredzot vienu HW naglu var viegli iesist trīs dēļu kaudzē, lai gan tas nav tik detalizēts, jo tas ir salīdzinoši viegli, salīdzinot ar dzelzs naglām. Pēc tam koka naglas var noturēt dēļus kopā, pretoties spēkam, kas plīstu. tos nošķirot, ar apmēram tādu pašu stingrību kā dzelzs tapām. Tomēr viņu pārbaudēs dēļi abos gadījumos neizdevās, pirms kāds no naglām sabojājās, tāpēc stiprākie nagi netika pakļauti.
Vai HW naglas ir labākas citos veidos?Koka naglas ir vieglākas, taču konstrukcijas svaru galvenokārt nenosaka to kopā saturošo tapu masa.Koka naglas nerūsēs.Tomēr tās nebūs ūdens vai ūdens necaurlaidīgas. bioloģiski sadalīties.
Nav šaubu, ka autors ir izstrādājis procesu, kā padarīt koku stiprāku par dabīgo koku. Tomēr aparatūras lietderība jebkuram konkrētam darbam ir jāturpina pētīt. Vai tā var būt tikpat lēta un mazāk resursu kā plastmasa? Vai tā var konkurēt ar stiprāku. , pievilcīgākus, bezgalīgi atkārtoti lietojamus metāla priekšmetus?Viņu pētījumi rada interesantus jautājumus.Notiekošā inženierija (un galu galā arī tirgus) uz tiem atbildēs.
Publicēšanas laiks: 13.04.2022
