Přírodní dřevo a kov jsou základními stavebními materiály pro lidi po tisíce let. Syntetické polymery, které nazýváme plasty, jsou nedávným vynálezem, který explodoval ve 20. století.
Jak kovy, tak plasty mají vlastnosti, které se dobře hodí pro průmyslové a komerční použití. Kovy jsou pevné, tuhé a obecně odolné vůči vzduchu, vodě, teplu a stálému namáhání. Vyžadují však také více zdrojů (což znamená dražší). vyrábět a zušlechťovat své výrobky.Plast poskytuje některé funkce kovu, vyžaduje přitom méně hmoty a jeho výroba je velmi levná.Jejich vlastnosti lze přizpůsobit pro téměř jakékoli použití.Nicméně levné komerční plasty tvoří hrozné konstrukční materiály: plastové spotřebiče nejsou dobrá věc a nikdo nechce bydlet v plastovém domě. Navíc se často rafinují z fosilních paliv.
V některých aplikacích může přírodní dřevo konkurovat kovům a plastům. Většina rodinných domů je postavena na dřevěném rámu. Problém je v tom, že přírodní dřevo je příliš měkké a příliš snadno se poškodí vodou, aby většinu času nahradilo plast a kov. publikováno v časopise Matter zkoumá vytvoření materiálu z tvrzeného dřeva, který překonává tato omezení. Tento výzkum vyvrcholil vytvořením dřevěných nožů a hřebíků. Jak dobrý je dřevěný nůž a budete ho v dohledné době používat?
Vláknitá struktura dřeva se skládá z přibližně 50 % celulózy, přírodního polymeru s teoreticky dobrými pevnostními vlastnostmi. Zbývající polovinu dřevěné struktury tvoří hlavně lignin a hemicelulóza. Zatímco celulóza tvoří dlouhá, houževnatá vlákna, která dřevu poskytují páteř jeho přirozené pevnost, hemicelulóza má málo soudržnou strukturu, a tak nic nepřispívá k pevnosti dřeva. Lignin vyplňuje mezery mezi celulózovými vlákny a plní užitečné úkoly pro živé dřevo. Ale pro lidské účely zhutnění dřeva a těsnější spojení jeho celulózových vláken k sobě se lignin stal překážkou.
V této studii bylo přírodní dřevo zpracováno na tvrzené dřevo (HW) ve čtyřech krocích. Nejprve se dřevo vaří v hydroxidu sodném a síranu sodném, aby se odstranila část hemicelulózy a ligninu. Po tomto chemickém ošetření dřevo lisováním zhustne. v lisu po dobu několika hodin při pokojové teplotě. Tím se zmenší přirozené mezery nebo póry ve dřevě a zlepší se chemická vazba mezi sousedními celulózovými vlákny. Dále je dřevo natlakováno na 105 ° C (221 ° F) po dobu několika dalších hodin k dokončení zhuštění a poté vysušení. Nakonec se dřevo ponoří na 48 hodin do minerálního oleje, aby byl hotový výrobek vodotěsný.
Jednou z mechanických vlastností konstrukčního materiálu je vtisková tvrdost, která je měřítkem jeho schopnosti odolávat deformaci při stlačení silou. Diamant je tvrdší než ocel, tvrdší než zlato, tvrdší než dřevo a tvrdší než obalová pěna. testy používané ke stanovení tvrdosti, jako je Mohsova tvrdost používaná v gemologii, Brinellův test je jedním z nich.Jeho koncept je jednoduchý: tvrdokovové kuličkové ložisko je vtlačeno do zkušebního povrchu určitou silou.Změřte průměr kruhového vtlačení vytvořené kuličkou. Hodnota tvrdosti podle Brinella se vypočítá pomocí matematického vzorce; zhruba řečeno, čím větší díru míček zasáhne, tím měkčí materiál. V tomto testu je HW 23krát tvrdší než přírodní dřevo.
Většina neošetřeného přírodního dřeva vodu absorbuje. To může dřevo roztáhnout a nakonec zničit jeho strukturální vlastnosti. Autoři použili dvoudenní minerální namáčení, aby zvýšili voděodolnost HW, čímž se stala hydrofobnější („bojí se vody“). Test hydrofobnosti spočívá v umístění kapky vody na povrch. Čím je povrch hydrofobnější, tím jsou kapičky vody kulovitější. Hydrofilní („vodu milující“) povrch naopak kapky rozprostře (a následně snadněji absorbuje vodu). Minerální máčení tedy nejen výrazně zvyšuje hydrofobnost HW, ale také zabraňuje dřevu absorbovat vlhkost.
V některých technických testech si HW nože vedly o něco lépe než kovové nože. Autoři tvrdí, že HW nůž je asi třikrát tak ostrý než komerčně dostupný nůž. K tomuto zajímavému výsledku však existuje výhrada. Výzkumníci srovnávají stolní nože, nebo to, co bychom mohli nazvat nožem na máslo. Ty nemají být nijak zvlášť ostré. Autoři ukazují video, jak jejich nůž krájí steak, ale přiměřeně silný dospělý by pravděpodobně tentýž steak mohl uříznout tupou stranou kovové vidličky a mnohem lépe by fungoval steakový nůž.
A co hřebíky? Jediný HW hřebík lze zjevně snadno zatlouct do stohu tří prken, i když ne tak detailní, protože je to relativně snadné ve srovnání s železnými hřebíky. Dřevěné kolíky pak mohou prkna držet pohromadě a odolávat síle, která by se roztrhla. byly od sebe, s přibližně stejnou houževnatostí jako železné kolíky. V jejich testech však desky v obou případech selhaly dříve, než selhal jeden hřebík, takže silnější hřebíky nebyly odhaleny.
Jsou HW hřebíky v jiných ohledech lepší?Dřevěné kolíčky jsou lehčí, ale hmotnost konstrukce není primárně poháněna hmotou kolíčků, které ji drží pohromadě. Dřevěné kolíčky nerezaví.Nebudou však nepropustné pro vodu ani biorozkládat.
Není pochyb o tom, že autor vyvinul postup, jak vyrobit dřevo pevnější než přírodní dřevo. Užitečnost hardwaru pro jakoukoli konkrétní práci však vyžaduje další studium. Může být stejně levné a bez zdrojů jako plast? Může konkurovat silnějším , atraktivnější, nekonečně znovu použitelné kovové předměty? Jejich výzkum vyvolává zajímavé otázky. Probíhající inženýrství (a nakonec i trh) na ně odpoví.
Čas odeslání: 13. dubna 2022
