Luonnonpuu ja metalli ovat olleet ihmisille välttämättömiä rakennusmateriaaleja tuhansia vuosia. Synteettiset polymeerit, joita kutsumme muoviksi, ovat uusi keksintö, joka räjähti 1900-luvulla.
Sekä metalleilla että muoveilla on ominaisuuksia, jotka soveltuvat hyvin teolliseen ja kaupalliseen käyttöön. Metallit ovat vahvoja, jäykkiä ja yleensä kestäviä ilmaa, vettä, lämpöä ja jatkuvaa rasitusta vastaan. Ne vaativat kuitenkin myös enemmän resursseja (eli kalliimpia). valmistaa ja jalostaa tuotteitaan.Muovi tarjoaa osan metallin toiminnoista, mutta vaatii vähemmän massaa ja on erittäin halpaa valmistaa.Niiden ominaisuudet voidaan räätälöidä melkein mihin tahansa käyttöön.Halvat kaupalliset muovit tekevät kuitenkin kauheita rakennemateriaaleja: muovilaitteet eivät ole hyvä asia, eikä kukaan halua asua muovitalossa.Lisäksi ne on usein jalostettu fossiilisista polttoaineista.
Joissakin sovelluksissa luonnonpuu voi kilpailla metallien ja muovien kanssa.Useimmat perhekodit on rakennettu puurungolle. Ongelmana on, että luonnonpuu on liian pehmeää ja liian helposti veden vaurioituvaa korvatakseen muovin ja metallin suurimman osan ajasta. Matter-lehdessä julkaistussa artikkelissa tutkitaan kovetetun puumateriaalin luomista, joka voittaa nämä rajoitukset.Tämä tutkimus huipentui puisten veitsien ja naulojen luomiseen.Kuinka hyvä puinen veitsi on ja aiotteko käyttää sitä lähiaikoina?
Puun kuiturakenne koostuu noin 50 % selluloosasta, luonnonpolymeeristä, jolla on teoreettisesti hyvät lujuusominaisuudet. Loput puurakenteesta on pääasiassa ligniiniä ja hemiselluloosaa. Selluloosa muodostaa pitkiä, sitkeitä kuituja, jotka antavat puulle sen luonnollisen selkärangan lujuus, hemiselluloosalla on vain vähän yhtenäistä rakennetta eikä se siten vaikuta puun lujuuteen.Ligniini täyttää selluloosakuitujen väliset tyhjiöt ja suorittaa hyödyllisiä tehtäviä elävälle puulle. Mutta ihmisten tarkoitukseen tiivistää puuta ja sitoa sen selluloosakuituja tiiviimmin yhteen, ligniinistä tuli esteenä.
Tässä tutkimuksessa luonnonpuusta valmistettiin karkaistua puuta (HW) neljässä vaiheessa. Ensin puu keitetään natriumhydroksidissa ja natriumsulfaatissa, jotta osa hemiselluloosasta ja ligniinistä poistuu. Tämän kemiallisen käsittelyn jälkeen puusta tulee tiheämpää puristamalla. se puristaa useita tunteja huoneenlämmössä. Tämä vähentää puun luonnollisia rakoja tai huokosia ja parantaa vierekkäisten selluloosakuitujen välistä kemiallista sitoutumista. Seuraavaksi puu paineistetaan 105 °C:ssa (221 °F) vielä muutaman ajan tuntia tiivistymisen loppuun saattamiseen ja sitten kuivataan. Lopuksi puu upotetaan mineraaliöljyyn 48 tunniksi, jotta lopputuotteesta tulee vedenpitävä.
Eräs rakennemateriaalin mekaaninen ominaisuus on painaumakovuus, joka mittaa sen kykyä vastustaa muodonmuutoksia, kun sitä puristetaan voimalla.Timantti on kovempaa kuin teräs, kovempi kuin kulta, kovempi kuin puu ja kovempi kuin pakkausvaahto.Monien tekniikan joukossa kovuuden määrittämiseen käytetyt testit, kuten gemologiassa käytetty Mohsin kovuus, Brinell-testi on yksi niistä. Sen idea on yksinkertainen: kovametallikuulalaakeri painetaan testipintaan tietyllä voimalla.Mittaa ympyrän halkaisija pallon luoma sisennys. Brinellin kovuusarvo lasketaan matemaattisen kaavan avulla; karkeasti sanottuna mitä isompaan reikään pallo osuu, sitä pehmeämpi materiaali on. Tässä testissä HW on 23 kertaa kovempaa kuin luonnonpuu.
Suurin osa käsittelemättömästä luonnonpuusta imee vettä. Tämä voi laajentaa puuta ja lopulta tuhota sen rakenteelliset ominaisuudet. Kirjoittajat käyttivät kahden päivän mineraaliliotusta lisätäkseen HW:n vedenkestävyyttä, mikä teki siitä hydrofobisemman ("pelkäävät vettä"). Hydrofobisuustestissä asetetaan vesipisara pinnalle. Mitä hydrofobisempi pinta on, sitä pallomaisempia vesipisarat muuttuvat. Hydrofiilinen ("vettä rakastava") pinta puolestaan levittää pisarat tasaiseksi (ja myöhemmin). imee vettä helpommin). Siksi mineraaliliotus ei ainoastaan lisää merkittävästi HW:n hydrofobisuutta, vaan myös estää puuta imemästä kosteutta.
Joissakin teknisissä testeissä HW-veitset suoriutuivat hieman paremmin kuin metalliveitset. Kirjoittajat väittävät, että HW-veitsi on noin kolme kertaa terävämpi kuin kaupallisesti saatavilla oleva veitsi.Tässä mielenkiintoisessa tuloksessa on kuitenkin varoitus.Tutkijat vertaavat pöytäveitsiä, tai mitä voisimme kutsua voiveitsiksi.Näiden ei ole tarkoitus olla erityisen teräviä. Kirjoittajat näyttävät videon, jossa heidän veitsensä leikkaa pihviä, mutta kohtuullisen vahva aikuinen voisi luultavasti leikata saman pihvin metallihaarukan tylsällä puolella, ja pihviveitsi toimisi paljon paremmin.
Entä naulat?Yksi HW-naula voidaan ilmeisesti helposti takoa kolmen lankun pinoksi, vaikkakaan se ei ole niin yksityiskohtainen kuin se on suhteellisen helppoa rautanauloihin verrattuna. Puiset tapit voivat sitten pitää lankut yhdessä, vastustaen repeytyvää voimaa. ne erillään, suunnilleen samalla sitkeydellä kuin rautatapit. Heidän testeissään levyt kuitenkin epäonnistuivat molemmissa tapauksissa ennen kuin kumpikaan naula epäonnistui, joten vahvemmat naulat eivät paljastuneet.
Ovatko HW-naulat paremmat muilla tavoilla?Puutapit ovat kevyempiä, mutta rakenteen paino ei ensisijaisesti vaikuta sitä yhdessä pitävien tappien massaan.Puutapit eivät ruostu. Se ei kuitenkaan ole vettä tai vettä läpäisemätön. biohajoaa.
Ei ole epäilystäkään siitä, että kirjoittaja on kehittänyt prosessin, jolla puusta tehdään luonnonpuuta vahvempaa. Laitteiden käyttökelpoisuus missä tahansa työssä vaatii kuitenkin lisätutkimusta. Voiko se olla yhtä halpaa ja resursseja vähemmän kuin muovi?Voiko se kilpailla vahvemman kanssa. , houkuttelevampia, loputtomasti uudelleenkäytettäviä metalliesineitä? Heidän tutkimuksensa herättää mielenkiintoisia kysymyksiä. Jatkuva suunnittelu (ja lopulta markkinat) vastaa niihin.
Postitusaika: 13.4.2022
