A természetes fa és fém már évezredek óta nélkülözhetetlen építőanyagok az emberek számára. A szintetikus polimerek, amelyeket műanyagoknak nevezünk, egy új találmány, amely a 20. században robbant ki.
Mind a fémek, mind a műanyagok olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek kiválóan alkalmasak ipari és kereskedelmi használatra. A fémek erősek, merevek, és általában ellenállnak a levegőnek, a víznek, a hőnek és az állandó igénybevételnek. Ugyanakkor több erőforrást (ami drágábbat) igényelnek. előállítják és finomítják termékeiket. A műanyag ellátja a fém funkcióinak egy részét, miközben kisebb tömeget igényel, és nagyon olcsó az előállítása.Tulajdonságaik szinte bármilyen felhasználásra testreszabhatók.Az olcsó kereskedelmi műanyagok azonban szörnyű szerkezeti anyagokat készítenek: a műanyag készülékek nem jó dolog, és senki sem akar műanyag házban élni. Ráadásul gyakran fosszilis tüzelőanyagokból finomítják.
Egyes alkalmazásokban a természetes fa felveheti a versenyt a fémekkel és a műanyagokkal. A legtöbb családi ház fa vázra épül. A probléma az, hogy a természetes fa túl puha, és túl könnyen károsítja a víz ahhoz, hogy a legtöbb esetben kiváltsa a műanyagot és a fémet. Egy friss cikk A Matter folyóiratban megjelent cikk egy olyan edzett faanyag létrehozását kutatja, amely legyőzi ezeket a korlátokat.Ez a kutatás fából készült kések és szögek megalkotásában csúcsosodott ki.Mennyire jó a fából készült kés, és hamarosan használni fogja?
A fa rostos szerkezete hozzávetőleg 50%-ban cellulózból áll, amely egy elméletileg jó szilárdsági tulajdonságokkal rendelkező természetes polimer. A faszerkezet fennmaradó fele főként ligninből és hemicellulózból áll. Míg a cellulóz hosszú, szívós rostokat képez, amelyek a fát természetes anyagának gerincével látják el. szilárdságú, a hemicellulóznak nincs koherens szerkezete, és így nem járul hozzá a fa szilárdságához. A lignin kitölti a cellulózszálak közötti üregeket, és hasznos feladatokat lát el az élő fa számára. De a fa tömörítése és cellulózrostjainak szorosabb egymáshoz kötése érdekében a lignin lett akadály.
Ebben a vizsgálatban a természetes fából négy lépésben edzett fát (HW) készítettek. Először a fát nátrium-hidroxidban és nátrium-szulfátban forralják, hogy eltávolítsák a hemicellulóz és a lignin egy részét. A kémiai kezelés után a fa préselés hatására sűrűbbé válik. présben több órán át szobahőmérsékleten.Ez csökkenti a természetes hézagokat vagy pórusokat a fában, és fokozza a kémiai kötést a szomszédos cellulózszálak között.Ezután a fát még néhány ideig 105°C-on (221°F) nyomás alá helyezik. órával a teljes tömörítésig, majd szárítjuk. Végül a fát 48 órára ásványolajba merítjük, hogy a késztermék vízálló legyen.
A szerkezeti anyagok egyik mechanikai tulajdonsága a benyomódási keménység, amely annak mértéke, hogy ellenáll-e a deformációnak, ha erővel összenyomják. A gyémánt keményebb, mint az acél, keményebb az aranynál, keményebb a fánál és keményebb, mint a csomagolóhab. a keménység meghatározására használt tesztek, mint például a gemológiában használt Mohs-keménység, ezek közé tartozik a Brinell-teszt. A koncepciója egyszerű: egy keményfém golyóscsapágyat egy bizonyos erővel a vizsgálati felületbe nyomnak.Mérje meg a kör átmérőjét a golyó által létrehozott bemélyedés.A Brinell-keménység értékét matematikai képlet segítségével számítjuk ki; durván szólva, minél nagyobb lyukat talál el a labda, annál puhább az anyag. Ebben a tesztben a HW 23-szor keményebb, mint a természetes fa.
A legtöbb kezeletlen természetes fa felszívja a vizet. Ez kiterjesztheti a fát, és végül tönkreteheti annak szerkezeti tulajdonságait. A szerzők kétnapos ásványi áztatást alkalmaztak a HW vízállóságának növelésére, így hidrofóbabbá tették ("fél a víztől"). A hidrofób vizsgálat során egy csepp vizet helyeznek a felületre. Minél hidrofóbabb a felület, annál gömbölyűbbé válnak a vízcseppek. A hidrofil („vízszerető”) felület ezzel szemben a cseppeket laposan (és ezt követően) szétteríti. könnyebben felszívja a vizet).Ezért az ásványi áztatás nemcsak jelentősen növeli a HW hidrofóbságát, hanem megakadályozza, hogy a fa nedvességet szívjon fel.
Egyes mérnöki tesztekben a HW kések valamivel jobban teljesítettek, mint a fémkések. A szerzők azt állítják, hogy a HW kés körülbelül háromszor olyan éles, mint egy kereskedelmi forgalomban kapható kés. Azonban van egy figyelmeztetés is erre az érdekes eredményre. A kutatók az asztali késeket hasonlítják össze, vagy amit vajkésnek nevezhetünk. Ezeket nem kifejezetten élesnek szánták. A szerzők egy videót mutatnak be a késükről, amint steaket vág, de egy meglehetősen erős felnőtt valószínűleg egy fémvilla tompa oldalával is meg tudja vágni ugyanazt a pecsenyét, és egy steak kés sokkal jobban működne.
Mi a helyzet a szögekkel? Egyetlen HW szög láthatóan könnyen kalapálható egy három deszkából álló kötegbe, bár nem olyan részletes, mint a vasszegekhez képest. A facsapok ezután össze tudják tartani a deszkákat, ellenállva a szakadást okozó erőnek. egymástól, nagyjából ugyanolyan szívóssággal, mint a vascsapok. A tesztek során azonban a táblák mindkét esetben tönkrementek, mielőtt bármelyik szög tönkrement volna, így az erősebb szögek nem kerültek szabaddá.
A HW szögek más szempontból jobbak?A facsapok könnyebbek, de a szerkezet súlyát nem elsősorban az azt összetartó csapok tömege határozza meg.A facsapok nem rozsdásodnak.Azonban nem lesz víz-, ill. biológiailag lebomlanak.
Kétségtelen, hogy a szerző kidolgozott egy eljárást, amellyel a fát erősebbé teheti, mint a természetes fát. Mindazonáltal a vasalatok használhatósága minden egyes munkához további tanulmányozást igényel. Lehet-e olyan olcsó és erőforrás-mentes, mint a műanyag? Versenyezhet-e az erősebbekkel. , vonzóbb, korlátlanul újrafelhasználható fémtárgyak?Kutatásuk érdekes kérdéseket vet fel.A folyamatban lévő mérnöki munka (és végső soron a piac) választ ad rájuk.
Feladás időpontja: 2022.04.13
