چاقوهای چوبی سخت شده سه برابر تیزتر از چاقوهای رومیزی هستند

چوب و فلز طبیعی هزاران سال است که مصالح ساختمانی ضروری برای انسان بوده اند. پلیمرهای مصنوعی که ما آن را پلاستیک می نامیم اختراع اخیری است که در قرن بیستم منفجر شد.
هم فلزات و هم پلاستیک ها دارای خواصی هستند که برای مصارف صنعتی و تجاری مناسب هستند. فلزات قوی، صلب و به طور کلی در برابر هوا، آب، گرما و تنش ثابت مقاوم هستند. محصولات خود را تولید و پالایش می کنند. پلاستیک برخی از عملکردهای فلز را در حالی که به جرم کمتری نیاز دارد و تولید آن بسیار ارزان است. چیز خوبی است، و هیچ کس نمی خواهد در یک خانه پلاستیکی زندگی کند. علاوه بر این، آنها اغلب از سوخت های فسیلی تصفیه می شوند.
در برخی کاربردها، چوب طبیعی می‌تواند با فلزات و پلاستیک‌ها رقابت کند. بیشتر خانه‌های خانوادگی بر روی اسکلت چوبی ساخته می‌شوند. مشکل این است که چوب طبیعی خیلی نرم است و به راحتی توسط آب آسیب می‌بیند و نمی‌تواند جایگزین پلاستیک و فلز شود. یک کاغذ اخیر منتشر شده در مجله Matter به بررسی ایجاد یک ماده چوبی سخت شده می پردازد که بر این محدودیت ها غلبه می کند. این تحقیق با ایجاد چاقوها و میخ های چوبی به اوج خود رسید. چاقوی چوبی چقدر خوب است و آیا به زودی از آن استفاده خواهید کرد؟
ساختار الیافی چوب تقریباً از 50 درصد سلولز تشکیل شده است که یک پلیمر طبیعی با خواص استحکام تئوری خوب است. نیمه باقیمانده ساختار چوبی عمدتاً لیگنین و همی سلولز است. در حالی که سلولز الیاف طویل و سختی را تشکیل می دهد که ستون فقرات طبیعی چوب را تامین می کند. استحکام، همی سلولز ساختار منسجم کمی دارد و بنابراین هیچ کمکی به استحکام چوب نمی کند. لیگنین فضای خالی بین الیاف سلولزی را پر می کند و کارهای مفیدی را برای چوب زنده انجام می دهد. اما برای هدف انسان از متراکم کردن چوب و چسباندن الیاف سلولزی آن به یکدیگر، لیگنین تبدیل شد. یک مانع
در این تحقیق از چوب طبیعی در چهار مرحله چوب سخت شده (HW) ساخته شد. ابتدا چوب را در هیدروکسید سدیم و سولفات سدیم می جوشانند تا مقداری همی سلولز و لیگنین از بین برود. پس از این عملیات شیمیایی، چوب با فشار دادن متراکم تر می شود. آن را در یک پرس به مدت چند ساعت در دمای اتاق قرار دهید. این شکاف ها یا منافذ طبیعی چوب را کاهش می دهد و پیوند شیمیایی بین الیاف سلولزی مجاور را افزایش می دهد. سپس چوب برای چند ساعت دیگر در دمای 105 درجه سانتی گراد (221 درجه فارنهایت) تحت فشار قرار می گیرد. ساعت ها تا کامل تراکم، و سپس خشک می شود. در نهایت، چوب به مدت 48 ساعت در روغن معدنی غوطه ور می شود تا محصول نهایی ضد آب شود.
یکی از ویژگی‌های مکانیکی یک ماده ساختاری سختی فرورفتگی است که معیاری برای توانایی آن در مقاومت در برابر تغییر شکل در هنگام فشرده شدن با فشار است. الماس سخت‌تر از فولاد، سخت‌تر از طلا، سخت‌تر از چوب و سخت‌تر از فوم بسته‌بندی است. تست های مورد استفاده برای تعیین سختی، مانند سختی Mohs مورد استفاده در گوهرشناسی، تست برینل یکی از آنهاست. مفهوم آن ساده است: یک بلبرینگ فلزی سخت با نیروی خاصی به سطح آزمایش فشار داده می شود. قطر دایره را اندازه گیری کنید. تورفتگی ایجاد شده توسط توپ. مقدار سختی برینل با استفاده از یک فرمول ریاضی محاسبه می شود. به طور کلی، هرچه سوراخ توپ بزرگتر باشد، ماده نرم تر است. در این آزمایش، HW 23 برابر سخت تر از چوب طبیعی است.
اکثر چوب‌های طبیعی تصفیه‌نشده آب را جذب می‌کنند. این می‌تواند چوب را منبسط کرده و در نهایت ویژگی‌های ساختاری آن را از بین ببرد. نویسندگان از یک خیساندن معدنی دو روزه برای افزایش مقاومت HW در آب استفاده کردند و آن را آبگریزتر کردند ("ترس از آب"). آزمایش آبگریزی شامل قرار دادن یک قطره آب بر روی یک سطح است. هرچه سطح آبگریزتر باشد، قطرات آب کروی تر می شوند. از طرف دیگر، یک سطح آبدوست ("عاشق آب") قطرات را به صورت صاف پخش می کند (و متعاقباً). آب را راحت تر جذب می کند. بنابراین، خیساندن مواد معدنی نه تنها آب گریزی HW را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، بلکه از جذب رطوبت چوب نیز جلوگیری می کند.
در برخی آزمایش‌های مهندسی، چاقوهای HW کمی بهتر از چاقوهای فلزی عمل کردند. نویسندگان ادعا می‌کنند که چاقوی HW تقریباً سه برابر یک چاقوی تجاری موجود است. یا چیزی که ما می‌توانیم آن را چاقوهای کره بنامیم. اینها به‌طور خاص تیز نیستند. نویسندگان ویدئویی از چاقوی خود در حال بریدن استیک نشان می‌دهند، اما یک فرد بالغ نسبتاً قوی احتمالاً می‌تواند همان استیک را با سمت کسل‌کننده یک چنگال فلزی برش دهد. یک چاقوی استیک بسیار بهتر عمل می کند.
در مورد میخ‌ها چطور؟ ظاهراً می‌توان یک میخ HW را به راحتی در دسته‌ای از سه تخته کوبید، اگرچه در مقایسه با میخ‌های آهنی به سادگی آن‌قدر جزیی نیست. گیره‌های چوبی می‌توانند تخته‌ها را کنار هم نگه دارند و در مقابل نیرویی که پاره می‌شود مقاومت می‌کنند. با این حال، در آزمایشات آنها، تخته ها در هر دو مورد قبل از شکست هر یک از میخ ها شکست خوردند، بنابراین میخ های قوی تر در معرض دید قرار نگرفتند.
آیا میخ‌های HW از راه‌های دیگر بهتر هستند؟ میخ‌های چوبی سبک‌تر هستند، اما وزن سازه عمدتاً توسط جرم گیره‌هایی که آن را به هم نگه می‌دارند، هدایت نمی‌شود. گیره‌های چوبی زنگ نمی‌زنند. با این حال، در برابر آب یا غیر قابل نفوذ نخواهد بود. تجزیه زیستی
شکی نیست که نویسنده فرآیندی را برای قوی‌تر کردن چوب از چوب طبیعی ایجاد کرده است. با این حال، کاربرد سخت‌افزار برای هر شغل خاص نیاز به مطالعه بیشتری دارد. آیا می‌تواند مانند پلاستیک ارزان‌تر و کم‌مصرف باشد؟ آیا می‌تواند با قوی‌تر رقابت کند. ، اشیاء فلزی جذاب تر و بی نهایت قابل استفاده مجدد؟ تحقیقات آنها سؤالات جالبی را ایجاد می کند. مهندسی مداوم (و در نهایت بازار) به آنها پاسخ خواهد داد.