Ang natural na kahoy at metal ay mahahalagang materyales sa pagtatayo para sa mga tao sa loob ng libu-libong taon. Ang mga sintetikong polimer na tinatawag nating plastik ay isang kamakailang imbensyon na sumikat noong ika-20 siglo.
Ang mga metal at plastik ay parehong may mga katangiang angkop para sa industriyal at komersyal na paggamit. Ang mga metal ay matibay, matigas, at karaniwang nababanat sa hangin, tubig, init, at patuloy na stress. Gayunpaman, nangangailangan din sila ng mas maraming mapagkukunan (na nangangahulugang mas mahal) upang makagawa at makapagpino ng kanilang mga produkto. Ang plastik ay nagbibigay ng ilan sa mga tungkulin ng metal habang nangangailangan ng mas kaunting masa at napakamura upang magawa. Ang kanilang mga katangian ay maaaring ipasadya para sa halos anumang paggamit. Gayunpaman, ang mga murang komersyal na plastik ay gumagawa ng mga kakila-kilabot na materyales sa istruktura: ang mga plastik na kagamitan ay hindi isang magandang bagay, at walang gustong tumira sa isang plastik na bahay. Bukod pa rito, ang mga ito ay madalas na pino mula sa mga fossil fuel.
Sa ilang aplikasyon, ang natural na kahoy ay maaaring makipagkumpitensya sa mga metal at plastik. Karamihan sa mga tahanan ng pamilya ay itinayo sa mga balangkas na gawa sa kahoy. Ang problema ay ang natural na kahoy ay masyadong malambot at madaling masira ng tubig upang palitan ang plastik at metal sa halos lahat ng oras. Isang kamakailang papel na inilathala sa journal na Matter ang nagsasaliksik sa paglikha ng isang pinatigas na materyal na kahoy na nakakalampas sa mga limitasyong ito. Ang pananaliksik na ito ay nagtapos sa paglikha ng mga kutsilyo at pako na gawa sa kahoy. Gaano kahusay ang kutsilyong gawa sa kahoy at gagamitin mo ba ito anumang oras sa lalong madaling panahon?
Ang fibrous na istruktura ng kahoy ay binubuo ng humigit-kumulang 50% cellulose, isang natural na polimer na may mahusay na mga katangian ng lakas sa teorya. Ang natitirang kalahati ng istrukturang kahoy ay pangunahing lignin at hemicellulose. Bagama't ang cellulose ay bumubuo ng mahahabang at matibay na hibla na nagbibigay sa kahoy ng gulugod ng natural nitong lakas, ang hemicellulose ay may kaunting magkakaugnay na istraktura at sa gayon ay walang naiaambag sa lakas ng kahoy. Pinupuno ng lignin ang mga puwang sa pagitan ng mga hibla ng cellulose at gumaganap ng mga kapaki-pakinabang na gawain para sa buhay na kahoy. Ngunit para sa layunin ng mga tao na siksikin ang kahoy at mas mahigpit na pagbigkis ng mga hibla ng cellulose nito, ang lignin ay naging hadlang.
Sa pag-aaral na ito, ang natural na kahoy ay ginawang matigas na kahoy (HW) sa apat na hakbang. Una, ang kahoy ay pinakuluan sa sodium hydroxide at sodium sulfate upang alisin ang ilan sa hemicellulose at lignin. Pagkatapos ng kemikal na paggamot na ito, ang kahoy ay nagiging mas siksik sa pamamagitan ng pagpindot dito sa isang press nang ilang oras sa temperatura ng silid. Binabawasan nito ang natural na mga puwang o butas sa kahoy at pinahuhusay ang kemikal na pagbubuklod sa pagitan ng mga katabing hibla ng cellulose. Susunod, ang kahoy ay binibigyan ng presyon sa 105° C (221° F) nang ilang oras pa upang makumpleto ang densipikasyon, at pagkatapos ay pinatutuyo. Panghuli, ang kahoy ay inilulubog sa mineral oil sa loob ng 48 oras upang gawing hindi tinatablan ng tubig ang natapos na produkto.
Ang isang mekanikal na katangian ng isang materyal na istruktural ay ang katigasan ng indentation, na isang sukatan ng kakayahan nitong labanan ang deformation kapag pinisil ng puwersa. Ang brilyante ay mas matigas kaysa sa bakal, mas matigas kaysa sa ginto, mas matigas kaysa sa kahoy, at mas matigas kaysa sa packing foam. Kabilang sa maraming pagsubok sa inhinyeriya na ginagamit upang matukoy ang katigasan, tulad ng katigasan ng Mohs na ginagamit sa gemology, ang pagsubok sa Brinell ay isa sa mga ito. Simple lang ang konsepto nito: isang matigas na metal ball bearing ang idinidiin sa ibabaw ng pagsubok nang may isang tiyak na puwersa. Sukatin ang diyametro ng pabilog na indentation na nilikha ng bola. Ang halaga ng katigasan ng Brinell ay kinakalkula gamit ang isang pormulang matematikal; sa makatwirang pagsasalita, mas malaki ang butas na tinatamaan ng bola, mas malambot ang materyal. Sa pagsubok na ito, ang HW ay 23 beses na mas matigas kaysa sa natural na kahoy.
Karamihan sa mga hindi ginagamot na natural na kahoy ay sumisipsip ng tubig. Maaari nitong palaparin ang kahoy at kalaunan ay sirain ang mga katangiang istruktural nito. Gumamit ang mga may-akda ng dalawang araw na pagbababad sa mineral upang mapataas ang resistensya sa tubig ng HW, na ginagawa itong mas hydrophobic ("takot sa tubig"). Ang hydrophobicity test ay kinabibilangan ng paglalagay ng isang patak ng tubig sa isang ibabaw. Kung mas hydrophobic ang ibabaw, mas nagiging spherical ang mga patak ng tubig. Sa kabilang banda, ang isang hydrophilic ("mapagmahal sa tubig") na ibabaw ay kumakalat nang patag sa mga patak (at kasunod nito ay mas madaling sumisipsip ng tubig). Samakatuwid, ang pagbababad sa mineral ay hindi lamang makabuluhang nagpapataas ng hydrophobicity ng HW, kundi pinipigilan din nito ang kahoy na sumipsip ng kahalumigmigan.
Sa ilang mga pagsubok sa inhinyeriya, ang mga kutsilyong HW ay bahagyang mas mahusay ang pagganap kaysa sa mga kutsilyong metal. Sinasabi ng mga may-akda na ang kutsilyong HW ay halos tatlong beses na mas matalas kaysa sa isang kutsilyong mabibili sa komersyo. Gayunpaman, mayroong isang babala sa kawili-wiling resultang ito. Pinaghahambing ng mga mananaliksik ang mga kutsilyong pang-mesa, o ang maaari nating tawaging mga kutsilyong mantikilya. Ang mga ito ay hindi ginawang partikular na matalas. Nagpakita ang mga may-akda ng isang video ng kanilang kutsilyo na naghihiwa ng steak, ngunit ang isang medyo malakas na nasa hustong gulang ay malamang na maaaring hiwain ang parehong steak gamit ang mapurol na bahagi ng isang tinidor na metal, at ang isang kutsilyong pang-steak ay mas gagana.
Kumusta naman ang mga pako? Ang isang pako na HW ay tila madaling mapukpok sa isang tumpok ng tatlong tabla, bagama't hindi ito kasingdetalyado ng relatibong kadalian kumpara sa mga pako na bakal. Pagkatapos, maaaring pagdikitin ng mga kahoy na pako ang mga tabla, na nilalabanan ang puwersang maaaring pumupunit sa mga ito, na may halos parehong tibay ng mga pako na bakal. Gayunpaman, sa kanilang mga pagsubok, ang mga tabla sa parehong kaso ay nasira bago ang alinmang pako ay nasira, kaya hindi nalantad ang mas malalakas na pako.
Mas mainam ba ang mga pako ng HW sa ibang paraan? Mas magaan ang mga pako na gawa sa kahoy, ngunit ang bigat ng istraktura ay hindi pangunahing pinapatakbo ng masa ng mga pako na nagbubuklod dito. Hindi kalawangin ang mga pako na gawa sa kahoy. Gayunpaman, hindi ito tatagos sa tubig o mabubulok.
Walang duda na ang may-akda ay nakabuo ng isang proseso upang gawing mas matibay ang kahoy kaysa sa natural na kahoy. Gayunpaman, ang gamit ng hardware para sa anumang partikular na trabaho ay nangangailangan ng karagdagang pag-aaral. Maaari ba itong maging kasingmura at kasing-walang-yaman ng plastik? Maaari ba itong makipagkumpitensya sa mas matibay, mas kaakit-akit, at walang katapusang magagamit muli na mga bagay na metal? Ang kanilang pananaliksik ay nagtataas ng mga kawili-wiling tanong. Ang patuloy na inhinyeriya (at sa huli ay ang merkado) ang sasagot sa mga ito.
Oras ng pag-post: Abril-13, 2022
