Il legno naturale e il metallo sono stati materiali da costruzione essenziali per l'uomo per migliaia di anni. I polimeri sintetici che chiamiamo materie plastiche sono una recente invenzione che è esplosa nel 20 ° secolo.
Sia i metalli che le materie plastiche hanno proprietà adatte all'uso industriale e commerciale. I metalli sono forti, rigidi e generalmente resistenti all'aria, all'acqua, al calore e allo stress costante. Tuttavia, richiedono anche più risorse (il che significa più costose) produrre e perfezionare i loro prodotti. La plastica fornisce alcune delle funzioni del metallo mentre richiedono meno massa ed è molto economico da produrre. Le loro proprietà possono essere personalizzate per quasi tutti gli utili. Tuttavia, la materia commerciale economica produce materiali strutturali terribili: gli elettrodomestici non sono un Meno male, e nessuno vuole vivere in una casa di plastica. Aggiungente, sono spesso raffinati dai combustibili fossili.
In alcune applicazioni, il legno naturale può competere con metalli e materie plastiche. La maggior parte delle case familiari sono costruite su inquadratura del legno. Il problema è che il legno naturale è troppo morbido e troppo facilmente danneggiato dall'acqua per sostituire la plastica e il metallo per la maggior parte del tempo. Una carta recente Pubblicato sulla rivista Matter esplora la creazione di un materiale in legno temprato che supera questi limiti. Questa ricerca è culminata nella creazione di coltelli e unghie in legno. Quanto è buono il coltello in legno e lo userai presto?
La struttura fibrosa del legno è costituita da circa il 50% di cellulosa, un polimero naturale con proprietà teoricamente buone di resistenza. La metà rimanente della struttura in legno è principalmente lignina ed emicellulosa. Mentre la cellulosa forma fibre lunghe e dure forza, l'emicellulosa ha poca struttura coerente e quindi non contribuisce alla forza del legno. La lignina riempie i vuoti tra le fibre di cellulosa ed esegue compiti utili per il legno vivente. Ma allo scopo degli esseri umani di compattare il legno e legare le sue fibre di cellulosa più strette insieme, la lignina è diventata un ostacolo.
In questo studio, il legno naturale è stato trasformato in legno indurito (HW) in quattro fasi. Prima di tutto, il legno viene bollito in idrossido di sodio e solfato di sodio per rimuovere un po 'di emicellulosa e lignina. Dopo questo trattamento chimico, il legno diventa più denso pressando In una stampa per diverse ore a temperatura ambiente. Ciò riduce gli spazi naturali o i pori nel legno e migliora il legame chimico tra le fibre di cellulosa adiacenti. Next, il legno viene pressurizzato a 105 ° C (221 ° F) per alcuni altri Ore per completare la densificazione, quindi essiccato. Finalmente, il legno è immerso in olio minerale per 48 ore per rendere impermeabile il prodotto finito.
Una proprietà meccanica di un materiale strutturale è la durezza di rientro, che è una misura della sua capacità di resistere alla deformazione quando viene schiacciata con la forza .Diamond è più duro dell'acciaio, più duro dell'oro, più duro del legno e più difficile della schiuma. Test usati per determinare la durezza, come la durezza MOHS utilizzata in gemologia, il test Brinell è uno di questi. Il suo concetto è semplice: un cuscinetto a sfera di metallo duro viene premuto sulla superficie del test con una certa forza. Metti il diametro della circolare rientro creato dalla palla. Il valore di durezza di Brinell viene calcolato usando una formula matematica; In parole povere, più grande è il foro che la palla colpisce, più morbido è il materiale. In questo test, HW è 23 volte più duro del legno naturale.
La maggior parte del legno naturale non trattato assorbirà l'acqua. Questo può espandere il legno e infine distruggere le sue proprietà strutturali. Gli autori hanno usato un ammollo minerale di due giorni per aumentare la resistenza all'acqua dell'HW, rendendolo più idrofobo ("paura dell'acqua"). Il test di idrofobicità prevede il posizionamento di una goccia d'acqua su una superficie. Più idrofobica è la superficie, più sferiche diventano le goccioline d'acqua. Una superficie idrofila ("amante dell'acqua"), d'altra parte, diffonde le goccioline (e successivamente Assorbe l'acqua più facilmente). Pertanto, l'ammollo minerale non solo aumenta significativamente l'idrofobicità dell'HW, ma impedisce anche al legno di assorbire l'umidità.
In alcuni test ingegneristici, i coltelli HW si sono comportati leggermente meglio dei coltelli metallici. Gli autori affermano che il coltello HW è circa tre volte acuto come un coltello disponibile in commercio. Tuttavia, c'è un avvertimento per questo interessante risultato. I ricercatori stanno confrontando i coltelli da tavola, o ciò che potremmo chiamare i coltelli al burro. Questi non sono pensati per essere particolarmente affilati. Gli autori mostrano un video del loro coltello tagliando una bistecca, ma un adulto ragionevolmente forte potrebbe probabilmente tagliare la stessa bistecca con il lato opaco di una forcella di metallo e Un coltello da bistecca funzionerebbe molto meglio.
Che dire delle unghie? Apparentemente un singolo chiodo HW può essere facilmente martellata in una pila di tre assi, sebbene non così dettagliata quanto è una relativa facilità rispetto ai chiodi di ferro. Pagi di Wooden possono quindi tenere insieme le assi, resistendo alla forza che si strappare a parte, con circa la stessa tenacità dei pioli di ferro. Nei loro test, tuttavia, le schede in entrambi i casi non sono riuscite prima che entrambe le unghia fallissero, quindi le unghie più forti non sono state esposte.
I chiodi HW sono migliori in altri modi? I pioli di legno sono più leggeri, ma il peso della struttura non è principalmente guidato dalla massa dei pioli che lo tengono insieme. I pioli non arrugginiranno. Tuttavia, non sarà impermeabile all'acqua o biodecomposo.
Non vi è dubbio che l'autore abbia sviluppato un processo per rendere il legno più forte del legno naturale. Tuttavia, l'utilità dell'hardware per un determinato lavoro richiede ulteriori studi. Può essere economico e privo di risorse come la plastica? Può competere con più forte , oggetti metallici più attraenti e infinitamente riutilizzabili? La loro ricerca solleva domande interessanti. L'ingegneria consontura (e alla fine il mercato) risponderà a loro.
Tempo post: aprile-13-2022
