Natuurlike hout en metaal is al duisende jare noodsaaklike boumateriaal vir mense. Die sintetiese polimere wat ons plastiek noem, is 'n onlangse uitvinding wat in die 20ste eeu ontplof het.
Beide metale en plastiek het eienskappe wat goed geskik is vir industriële en kommersiële gebruik. Metale is sterk, rigied en oor die algemeen bestand teen lug, water, hitte en konstante spanning. Hulle benodig egter ook meer hulpbronne (wat duurder beteken) om hul produkte te produseer en te verfyn. Plastiek bied sommige van die funksies van metaal terwyl dit minder massa benodig en baie goedkoop is om te produseer. Hul eienskappe kan vir byna enige gebruik aangepas word. Goedkoop kommersiële plastiek maak egter verskriklike strukturele materiale: plastiektoestelle is nie 'n goeie ding nie, en niemand wil in 'n plastiekhuis woon nie. Boonop word hulle dikwels uit fossielbrandstowwe verfyn.
In sommige toepassings kan natuurlike hout met metale en plastiek meeding. Die meeste gesinshuise word op houtraamwerk gebou. Die probleem is dat natuurlike hout te sag is en te maklik deur water beskadig word om plastiek en metaal meestal te vervang. 'n Onlangse artikel wat in die tydskrif Matter gepubliseer is, ondersoek die skepping van 'n verharde houtmateriaal wat hierdie beperkings oorkom. Hierdie navorsing het gelei tot die skepping van houtmesse en spykers. Hoe goed is die houtmes en sal jy dit binnekort gebruik?
Die veselagtige struktuur van hout bestaan uit ongeveer 50% sellulose, 'n natuurlike polimeer met teoreties goeie sterkte-eienskappe. Die oorblywende helfte van die houtstruktuur is hoofsaaklik lignien en hemisellulose. Terwyl sellulose lang, taai vesels vorm wat hout die ruggraat van sy natuurlike sterkte gee, het hemisellulose min samehangende struktuur en dra dus niks by tot die hout se sterkte nie. Lignien vul die leemtes tussen sellulosevesels en verrig nuttige take vir lewende hout. Maar vir die mens se doel om hout te kompakteer en sy sellulosevesels stywer aan mekaar te bind, het lignien 'n hindernis geword.
In hierdie studie is natuurlike hout in vier stappe in verharde hout (HW) verwerk. Eerstens word die hout in natriumhidroksied en natriumsulfaat gekook om van die hemisellulose en lignien te verwyder. Na hierdie chemiese behandeling word die hout digter deur dit vir 'n paar uur by kamertemperatuur in 'n pers te pers. Dit verminder die natuurlike gapings of porieë in die hout en verbeter die chemiese binding tussen aangrensende sellulosevesels. Vervolgens word die hout vir 'n paar uur by 105° C (221° F) onder druk geplaas om verdigting te voltooi, en dan gedroog. Laastens word die hout vir 48 uur in minerale olie gedompel om die finale produk waterdig te maak.
Een meganiese eienskap van 'n strukturele materiaal is indrukkinghardheid, wat 'n maatstaf is van sy vermoë om vervorming te weerstaan wanneer dit met geweld saamgedruk word. Diamant is harder as staal, harder as goud, harder as hout en harder as pakskuim. Onder die vele ingenieurstoetse wat gebruik word om hardheid te bepaal, soos die Mohs-hardheid wat in gemologie gebruik word, is die Brinell-toets een daarvan. Die konsep daarvan is eenvoudig: 'n harde metaalkogellager word met 'n sekere krag in die toetsoppervlak gedruk. Meet die deursnee van die sirkelvormige indrukking wat deur die bal geskep word. Die Brinell-hardheidswaarde word bereken met behulp van 'n wiskundige formule; rofweg gesproke, hoe groter die gat wat die bal tref, hoe sagter die materiaal. In hierdie toets is HW 23 keer harder as natuurlike hout.
Meeste onbehandelde natuurlike hout sal water absorbeer. Dit kan die hout uitbrei en uiteindelik sy strukturele eienskappe vernietig. Die outeurs het 'n tweedaagse mineraalweek gebruik om die waterweerstand van die hout te verhoog, wat dit meer hidrofobies ("bang vir water") maak. Die hidrofobisiteitstoets behels die plasing van 'n druppel water op 'n oppervlak. Hoe meer hidrofobies die oppervlak, hoe meer sferies word die waterdruppels. 'n Hidrofiliese ("waterliefhebbende") oppervlak, aan die ander kant, versprei die druppels plat (en absorbeer gevolglik water makliker). Daarom verhoog mineraalweek nie net die hidrofobisiteit van die hout aansienlik nie, maar verhoed ook dat die hout vog absorbeer.
In sommige ingenieurstoetse het HW-messe effens beter gevaar as metaalmesse. Die outeurs beweer dat die HW-mes omtrent drie keer so skerp is as 'n kommersieel beskikbare mes. Daar is egter 'n voorbehoud met hierdie interessante resultaat. Navorsers vergelyk tafelmesse, of wat ons bottermesse kan noem. Hierdie is nie bedoel om besonder skerp te wees nie. Die outeurs wys 'n video van hul mes wat 'n biefstuk sny, maar 'n redelik sterk volwassene kan waarskynlik dieselfde biefstuk met die dowwe kant van 'n metaalvurk sny, en 'n biefstukmes sal baie beter werk.
Wat van die spykers? 'n Enkele HW-spyker kan blykbaar maklik in 'n stapel van drie planke ingeslaan word, hoewel nie so gedetailleerd soos dit relatief maklik is in vergelyking met ysterspykers nie. Houtpenne kan dan die planke bymekaar hou en die krag wat hulle sou uitmekaar skeur, met ongeveer dieselfde taaiheid as ysterpenne weerstaan. In hul toetse het die planke egter in beide gevalle gefaal voordat enige spyker gefaal het, so die sterker spykers is nie blootgestel nie.
Is HW-spykers op ander maniere beter? Houtpenne is ligter, maar die gewig van die struktuur word nie hoofsaaklik gedryf deur die massa van die penne wat dit bymekaar hou nie. Houtpenne sal nie roes nie. Dit sal egter nie ondeurdringbaar wees vir water of bio-ontbinding nie.
Daar is geen twyfel dat die outeur 'n proses ontwikkel het om hout sterker as natuurlike hout te maak nie. Die nut van hardeware vir enige spesifieke werk vereis egter verdere studie. Kan dit so goedkoop en hulpbronloos soos plastiek wees? Kan dit meeding met sterker, aantrekliker, oneindig herbruikbare metaalvoorwerpe? Hul navorsing laat interessante vrae ontstaan. Voortgesette ingenieurswese (en uiteindelik die mark) sal dit beantwoord.
Plasingstyd: 13 Apr-2022
