Naturlig tre og metall har vært essensielle byggematerialer for mennesker i tusenvis av år. De syntetiske polymerene vi kaller plast er en nylig oppfinnelse som eksploderte på 1900-tallet.
Både metaller og plast har egenskaper som er godt egnet for industriell og kommersiell bruk. Metaller er sterke, stive og generelt motstandsdyktige mot luft, vann, varme og konstant stress. De krever imidlertid også mer ressurser (som betyr dyrere) for å produsere og foredle produktene sine.Plast gir noen av funksjonene til metall samtidig som det krever mindre masse og er veldig billig å produsere. Egenskapene deres kan tilpasses for nesten enhver bruk.Men billig kommersiell plast lager forferdelige strukturelle materialer: plastapparater er ikke en bra, og ingen ønsker å bo i et plasthus. I tillegg er de ofte raffinert fra fossilt brensel.
I noen bruksområder kan naturlig tre konkurrere med metaller og plast. De fleste familiehus er bygget på trerammer. Problemet er at naturlig tre er for mykt og for lett skadet av vann til å erstatte plast og metall mesteparten av tiden. En fersk artikkel publisert i tidsskriftet Matter utforsker etableringen av et herdet tremateriale som overvinner disse begrensningene. Denne forskningen kulminerte i etableringen av trekniver og trespiker. Hvor god er trekniven, og vil du bruke den når som helst?
Treets fibrøse struktur består av ca. 50 % cellulose, en naturlig polymer med teoretisk gode styrkeegenskaper. Den resterende halvparten av trestrukturen er hovedsakelig lignin og hemicellulose. Mens cellulose danner lange, seige fibre som gir tre ryggraden i dets naturlige styrke, hemicellulose har liten sammenhengende struktur og bidrar dermed ikke til treets styrke. Lignin fyller tomrommene mellom cellulosefibre og utfører nyttige oppgaver for levende tre. Men for menneskers formål å komprimere tre og binde dets cellulosefibre tettere sammen, ble lignin et hinder.
I denne studien ble naturlig tre gjort til herdet tre (HW) i fire trinn. Først kokes treet i natriumhydroksid og natriumsulfat for å fjerne noe av hemicellulosen og ligninet. Etter denne kjemiske behandlingen blir treet tettere ved å presse det i en press i flere timer ved romtemperatur. Dette reduserer de naturlige hullene eller porene i treet og forbedrer den kjemiske bindingen mellom tilstøtende cellulosefibre. Deretter settes treet under trykk ved 105 ° C (221 ° F) i noen flere timer for å fullføre fortetting, og deretter tørket.Til slutt senkes treverket i mineralolje i 48 timer for å gjøre det ferdige produktet vanntett.
En mekanisk egenskap til et konstruksjonsmateriale er fordypningshardhet, som er et mål på dets evne til å motstå deformasjon når den klemmes med kraft.Diamant er hardere enn stål, hardere enn gull, hardere enn tre og hardere enn pakkeskum. tester som brukes til å bestemme hardhet, for eksempel Mohs-hardheten som brukes i gemologi, er Brinell-testen en av dem. Konseptet er enkelt: et kulelager av hardt metall presses inn i testoverflaten med en viss kraft. Mål diameteren til sirkelen innrykk skapt av ballen. Brinell-hardhetsverdien beregnes ved hjelp av en matematisk formel; grovt sett, jo større hull ballen treffer, desto mykere er materialet. I denne testen er HW 23 ganger hardere enn naturlig tre.
Mest ubehandlet naturlig trevirke vil absorbere vann. Dette kan utvide treet og til slutt ødelegge dets strukturelle egenskaper. Forfatterne brukte en to-dagers mineralbløtlegging for å øke vannmotstanden til HW, noe som gjør den mer hydrofob ("redd for vann"). Hydrofobitetstesten innebærer å plassere en vanndråpe på en overflate. Jo mer hydrofob overflaten er, desto mer sfæriske blir vanndråpene. En hydrofil ("vannelskende") overflate sprer på den annen side dråpene flatt (og deretter absorberer vann lettere). Derfor øker mineralblødning ikke bare hydrofobiteten til HW betydelig, men hindrer også treet i å absorbere fuktighet.
I noen tekniske tester presterte HW-kniver noe bedre enn metallkniver. Forfatterne hevder at HW-kniven er omtrent tre ganger så skarp som en kommersielt tilgjengelig kniv. Det er imidlertid et forbehold til dette interessante resultatet. Forskere sammenligner bordkniver, eller det vi kan kalle smørkniver. Disse er ikke ment å være spesielt skarpe. Forfatterne viser en video av kniven deres som skjærer en biff, men en rimelig sterk voksen kunne sannsynligvis skjære den samme biffen med den matte siden av en metallgaffel, og en biffkniv ville fungere mye bedre.
Hva med neglene? En enkelt HW-spiker kan tydeligvis enkelt hamres inn i en stabel med tre planker, selv om det ikke er så detaljert som det er relativt enkelt sammenlignet med jernspiker. Trepinner kan da holde plankene sammen og motstå kraften som ville rive dem fra hverandre, med omtrent samme seighet som jernpinner. I testene deres sviktet imidlertid brettene i begge tilfeller før en av spikerne sviktet, så de sterkere neglene ble ikke eksponert.
Er HW-spiker bedre på andre måter?Treplugger er lettere, men vekten av strukturen er ikke primært drevet av massen til tappene som holder den sammen.Treplugger vil ikke ruste. Den vil imidlertid ikke være ugjennomtrengelig for vann eller biologisk nedbrytes.
Det er ingen tvil om at forfatteren har utviklet en prosess for å gjøre tre sterkere enn naturlig tre.Men nytten av maskinvare for en bestemt jobb krever videre studier.Kan det være like billig og ressursløst som plast?Kan det konkurrere med sterkere , mer attraktive, uendelig gjenbrukbare metallgjenstander? Forskningen deres reiser interessante spørsmål. Pågående ingeniørarbeid (og til slutt markedet) vil svare på dem.
Innleggstid: 13-apr-2022
