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, styf en oor die algemeen bestand teen lug, water, hitte en konstante stres. Hulle benodig egter ook meer hulpbronne (wat duurder beteken) om produseer en verfyn hul produkte.Plastiek verskaf sommige van die funksies van metaal terwyl dit minder massa benodig en is baie goedkoop om te vervaardig.Hulle eienskappe kan aangepas word vir byna enige gebruik. Goedkoop kommersiële plastiek maak egter verskriklike strukturele materiale: plastiektoestelle is nie 'n goeie ding, 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 die meeste van die tyd te vervang. 'n Onlangse referaat gepubliseer in die joernaal Matter ondersoek die skepping van 'n geharde houtmateriaal wat hierdie beperkings oorkom. Hierdie navorsing het uitgeloop op die skepping van houtmesse en -spykers. Hoe goed is die houtmes en sal jy dit binnekort gebruik?
Die veselstruktuur 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 voorsien van die ruggraat van sy natuurlike sterkte, hemisellulose het min samehangende struktuur en dra dus niks tot die hout se sterkte by nie. Lignien vul die leemtes tussen sellulosevesels en verrig nuttige take vir lewende hout. Maar vir mense se doel om hout te verdig en sy sellulosevesels stywer saam te bind, het lignien geword 'n hindernis.
In hierdie studie is natuurlike hout in vier stappe tot geharde hout (HW) gemaak. 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 te druk dit in 'n pers vir 'n paar uur by kamertemperatuur. Dit verminder die natuurlike gapings of porieë in die hout en verbeter die chemiese binding tussen aangrensende sellulosevesels. Vervolgens word die hout by 105 ° C (221 ° F) onder druk geplaas vir nog 'n paar uur om verdigting te voltooi, en dan gedroog. Uiteindelik word die hout vir 48 uur in minerale olie gedompel om die finale produk waterdig te maak.
Een meganiese eienskap van 'n struktuurmateriaal is inkepingshardheid, wat 'n maatstaf is van sy vermoë om vervorming te weerstaan wanneer dit met krag gedruk word.Diamant is harder as staal, harder as goud, harder as hout en harder as verpakkingskuim.Onder die vele ingenieurswese toetse wat gebruik word om hardheid te bepaal, soos die Mohs-hardheid wat in gemologie gebruik word, die Brinell-toets is een daarvan. Die konsep daarvan is eenvoudig: 'n harde metaal kogellager word met 'n sekere krag in die toetsoppervlak gedruk. Meet die deursnee van die sirkelvorm inkeping wat deur die bal geskep word. Die Brinell-hardheidswaarde word met behulp van 'n wiskundige formule bereken; rofweg gesproke, hoe groter die gat wat die bal tref, hoe sagter is die materiaal. In hierdie toets is HW 23 keer harder as natuurlike hout.
Die meeste onbehandelde natuurlike hout sal water absorbeer. Dit kan die hout uitbrei en uiteindelik sy strukturele eienskappe vernietig. Die skrywers het 'n tweedaagse mineraalweek gebruik om die waterweerstand van die HW te verhoog, wat dit meer hidrofobies maak ("bang vir water"). Die hidrofobiese toets behels dat 'n druppel water op 'n oppervlak geplaas word. Hoe meer hidrofobies die oppervlak is, hoe meer bolvormig word die waterdruppels. 'n Hidrofiliese ("waterliefhebbende") oppervlak, aan die ander kant, versprei die druppels plat (en daarna absorbeer water makliker).Daarom verhoog mineraaldeurweek nie net die hidrofobisiteit van die HW aansienlik nie, maar verhoed ook dat die hout vog opneem.
In sommige ingenieurstoetse het HW-messe effens beter gevaar as metaalmesse. Die skrywers beweer dat die HW-mes ongeveer 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 skrywers wys 'n video van hul mes wat 'n steak sny, maar 'n redelik sterk volwassene kan waarskynlik dieselfde steak met die dowwe kant van 'n metaalvurk sny, en 'n steakmes sal baie beter werk.
Wat van die spykers?'n Enkele HW-spyker kan blykbaar maklik in 'n stapel van drie planke ingeslaan word, hoewel dit nie so gedetailleerd is nie, aangesien dit relatief maklik is in vergelyking met ysterspykers. Houtpenne kan dan die planke bymekaar hou, en weerstaan die krag wat sou skeur hulle uitmekaar, met omtrent dieselfde taaiheid as ysterpenne. In hul toetse het die planke in beide gevalle egter misluk voordat enige spyker onklaar geraak het, sodat die sterker spykers nie ontbloot is nie.
Is HW spykers op ander maniere beter?Houtpenne is ligter, maar die gewig van die struktuur word nie primêr aangedryf 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-ontbind.
Daar is geen twyfel dat die skrywer 'n proses ontwikkel het om hout sterker as natuurlike hout te maak nie. Die bruikbaarheid van hardeware vir enige spesifieke werk verg 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. Deurlopende ingenieurswese (en uiteindelik die mark) sal dit beantwoord.
Postyd: 13-Apr-2022
