Ang natural na kahoy at metal ay naging 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 sumabog noong ika-20 siglo.
Parehong ang mga metal at plastik ay may mga katangian na angkop para sa pang-industriya at komersyal na paggamit. Ang mga metal ay malakas, matibay, at sa pangkalahatan ay nababanat sa hangin, tubig, init, at palaging stress. Gayunpaman, nangangailangan din sila ng mas maraming mapagkukunan (na nangangahulugang mas mahal) upang gumawa at pinuhin ang kanilang mga produkto. Ang plastik ay nagbibigay ng ilan sa mga function ng metal habang nangangailangan ng mas kaunting masa at napakamura upang makagawa. Ang kanilang mga katangian ay maaaring ipasadya para sa halos anumang gamit. Gayunpaman, ang mga murang komersyal na plastik ay gumagawa ng mga kakila-kilabot na materyales sa istruktura: ang mga kagamitan sa plastik ay hindi isang buti na lang, at walang gustong tumira sa isang plastic na bahay. Bukod pa rito, madalas silang pino mula sa fossil fuels.
Sa ilang mga aplikasyon, ang natural na kahoy ay maaaring makipagkumpitensya sa mga metal at plastik. Karamihan sa mga tahanan ng pamilya ay itinayo sa wood framing. Ang problema ay ang natural na kahoy ay masyadong malambot at masyadong madaling masira ng tubig upang palitan ang plastik at metal sa halos lahat ng oras. Isang kamakailang papel na inilathala sa journal Matter explores ang paglikha ng isang hardened wood material na nagtagumpay sa mga limitasyong ito. Ang pananaliksik na ito ay nagtapos sa paglikha ng mga kahoy na kutsilyo at pako. Gaano kahusay ang kahoy na kutsilyo at gagamitin mo ba ito anumang oras sa lalong madaling panahon?
Ang fibrous na istraktura ng kahoy ay binubuo ng humigit-kumulang 50% cellulose, isang natural na polimer na may teoretikal na mahusay na mga katangian ng lakas. lakas, ang hemicellulose ay may maliit na magkakaugnay na istraktura at sa gayon ay walang naiaambag sa lakas ng kahoy. Pinupuan ni Lignin ang mga puwang sa pagitan ng mga hibla ng selulusa at nagsasagawa ng mga kapaki-pakinabang na gawain para sa nabubuhay na kahoy. Ngunit para sa layunin ng mga tao na siksikin ang kahoy at pagtaliin ang mga hibla ng selulusa nito nang mas mahigpit, ang lignin ay naging isang hadlang.
Sa pag-aaral na ito, ang natural na kahoy ay ginawang hardened wood (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. ito sa pagpindot sa loob ng ilang oras sa temperatura ng silid. Binabawasan nito ang mga natural na gaps o pores sa kahoy at pinahuhusay ang chemical bonding sa pagitan ng mga katabing cellulose fibers. Susunod, ang kahoy ay may presyon sa 105° C (221° F) para sa ilang higit pa oras upang makumpleto ang densification, at pagkatapos ay tuyo. Sa wakas, ang kahoy ay ibinaon sa mineral na langis sa loob ng 48 oras upang gawing hindi tinatablan ng tubig ang natapos na produkto.
Ang isang mekanikal na katangian ng isang istrukturang materyal ay ang indentation hardness, na isang sukatan ng kakayahan nitong labanan ang pagpapapangit kapag pinipisil ng puwersa. mga pagsubok na ginagamit upang matukoy ang katigasan, tulad ng Mohs hardness na ginamit sa gemology, ang Brinell test ay isa sa mga ito. Ang konsepto nito ay simple: ang isang hard metal ball bearing ay pinindot sa ibabaw ng pagsubok na may isang tiyak na puwersa. Sukatin ang diameter ng pabilog indentation na nilikha ng bola. Ang halaga ng katigasan ng Brinell ay kinakalkula gamit ang isang mathematical formula;sa halos pagsasalita, mas malaki ang butas ng bola, mas malambot ang materyal. Sa pagsubok na ito, ang HW ay 23 beses na mas mahirap kaysa sa natural na kahoy.
Karamihan sa hindi ginagamot na natural na kahoy ay sumisipsip ng tubig. Maaari nitong palawakin ang kahoy at kalaunan ay sirain ang mga katangian ng istruktura nito. Gumamit ang mga may-akda ng dalawang araw na mineral na magbabad upang mapataas ang resistensya ng tubig ng HW, na ginagawa itong mas hydrophobic ("takot sa tubig"). Ang hydrophobicity test ay nagsasangkot ng paglalagay ng isang patak ng tubig sa isang ibabaw. Kung mas hydrophobic ang ibabaw, nagiging mas spherical ang mga patak ng tubig. Ang isang hydrophilic ("mahilig sa tubig") na ibabaw, sa kabilang banda, ay kumakalat ng mga droplet nang patag (at kasunod nito) mas madaling sumisipsip ng tubig).Samakatuwid, ang pagbabad ng mineral ay hindi lamang makabuluhang nagpapataas ng hydrophobicity ng HW, ngunit pinipigilan din ang kahoy mula sa pagsipsip ng kahalumigmigan.
Sa ilang mga pagsubok sa engineering, bahagyang mas mahusay ang pagganap ng mga HW knife kaysa sa mga metal na kutsilyo. Sinasabi ng mga may-akda na ang HW na kutsilyo ay halos tatlong beses na mas matalas kaysa sa isang kutsilyo na magagamit sa komersyo. Gayunpaman, mayroong isang caveat sa kawili-wiling resulta na ito. Inihahambing ng mga mananaliksik ang mga kutsilyo sa mesa, o kung ano ang maaari nating tawaging butter knives. Ang mga ito ay hindi nilalayong maging partikular na matalas. Ang mga may-akda ay nagpapakita ng isang video ng kanilang kutsilyo na naghihiwa ng steak, ngunit ang isang sapat na malakas na nasa hustong gulang ay malamang na maaaring maghiwa ng parehong steak gamit ang mapurol na bahagi ng isang metal na tinidor, at mas mahusay na gagana ang isang steak knife.
Paano naman ang mga pako? Ang nag-iisang HW na pako ay tila madaling martilyo sa isang stack ng tatlong tabla, bagama't hindi gaanong detalyado dahil ito ay medyo madali kumpara sa mga bakal na pako. Ang mga kahoy na peg ay maaaring magkadikit sa mga tabla, na lumalaban sa puwersang mapunit magkahiwalay ang mga ito, na may halos parehong tibay ng mga peg ng bakal. Gayunpaman, sa kanilang mga pagsubok, ang mga tabla sa parehong mga kaso ay nabigo bago ang alinmang kuko ay nabigo, kaya ang mas matibay na mga kuko ay hindi nalantad.
Ang mga pako ba ng HW ay mas mahusay sa ibang mga paraan? Ang mga kahoy na peg ay mas magaan, ngunit ang bigat ng istraktura ay hindi pangunahin na hinihimok ng masa ng mga peg na pinagsasama-sama nito. Ang mga kahoy na peg ay hindi kinakalawang. biodecompose.
Walang alinlangan na ang may-akda ay nakabuo ng isang proseso upang gawing mas malakas ang kahoy kaysa sa natural na kahoy.Gayunpaman, ang utility ng hardware para sa anumang partikular na trabaho ay nangangailangan ng karagdagang pag-aaral.Maaari ba itong maging kasing mura at mas mababa ang mapagkukunan ng plastik?Maaari ba itong makipagkumpitensya sa mas malakas , mas kaakit-akit, walang katapusan na magagamit muli na mga bagay na metal? Ang kanilang pananaliksik ay nagtataas ng mga kawili-wiling tanong. Ang patuloy na engineering (at sa huli ay ang merkado) ang sasagot sa kanila.
Oras ng post: Abr-13-2022
