გამაგრებული ხის დანები სამჯერ უფრო ბასრია ვიდრე მაგიდის დანები

ბუნებრივი ხე და ლითონი ათასობით წლის განმავლობაში აუცილებელი სამშენებლო მასალა იყო ადამიანისთვის. სინთეზური პოლიმერები, რომლებსაც პლასტმასს ვუწოდებთ, ბოლოდროინდელი გამოგონებაა, რომელიც აფეთქდა მე-20 საუკუნეში.
როგორც ლითონებს, ასევე პლასტმასებს აქვთ თვისებები, რომლებიც კარგად არის შესაფერისი სამრეწველო და კომერციული გამოყენებისთვის. ლითონები არის ძლიერი, ხისტი და ზოგადად მდგრადია ჰაერის, წყლის, სითბოს და მუდმივი სტრესის მიმართ. თუმცა, მათ ასევე სჭირდებათ მეტი რესურსი (რაც ნიშნავს უფრო ძვირს) აწარმოოს და დახვეწოს თავისი პროდუქცია. პლასტმასი უზრუნველყოფს ლითონის ზოგიერთ ფუნქციას, ამასთანავე მოითხოვს ნაკლებ მასას და წარმოებისთვის ძალიან იაფია. მათი თვისებები შეიძლება მორგებული იყოს თითქმის ნებისმიერი გამოყენებისთვის. თუმცა, იაფი კომერციული პლასტმასი ქმნის საშინელ სტრუქტურულ მასალებს: პლასტიკური მოწყობილობები არ არის კარგია და არავის სურს პლასტმასის სახლში ცხოვრება. გარდა ამისა, ისინი ხშირად წიაღისეული საწვავისგან იხვეწებიან.
ზოგიერთ შემთხვევაში, ბუნებრივ ხეს შეუძლია კონკურენცია გაუწიოს ლითონებსა და პლასტმასებს. საოჯახო სახლების უმეტესობა აგებულია ხის ჩარჩოზე. პრობლემა ის არის, რომ ბუნებრივი ხე ძალიან რბილია და ძალიან ადვილად ზიანდება წყლით, რათა უმეტესად შეცვალოს პლასტმასი და ლითონი. ბოლო ქაღალდი. გამოქვეყნებული ჟურნალში Matter იკვლევს გამაგრებული ხის მასალის შექმნას, რომელიც გადალახავს ამ შეზღუდვებს. ამ კვლევამ კულმინაციას მიაღწია ხის დანების და ლურსმნების შექმნით. რამდენად კარგია ხის დანა და გამოიყენებთ თუ არა მას მალე?
ხის ბოჭკოვანი სტრუქტურა შედგება დაახლოებით 50% ცელულოზისგან, ბუნებრივი პოლიმერისგან, თეორიულად კარგი სიმტკიცის თვისებებით. ხის სტრუქტურის დარჩენილი ნახევარი ძირითადად ლიგნინი და ჰემიცელულოზაა. მაშინ როცა ცელულოზა აყალიბებს გრძელ, გამძლე ბოჭკოებს, რომლებიც ხეს უზრუნველჰყოფს მისი ბუნებრივი ხერხემალით. ჰემიცელულოზას აქვს მცირე თანმიმდევრული სტრუქტურა და, შესაბამისად, არაფერს უწყობს ხის სიმტკიცეს. ლიგინი ავსებს სიცარიელეს ცელულოზის ბოჭკოებს შორის და ასრულებს სასარგებლო დავალებებს ცოცხალი მერქნისთვის. მაგრამ ადამიანის მიზნისთვის, ხის დატკეპნა და მისი ცელულოზის ბოჭკოების უფრო მჭიდროდ შეერთება, ლიგინი გახდა. დაბრკოლება.
ამ კვლევაში, ნატურალური ხის გადაკეთდა გამაგრებულ მერქად (HW) ოთხ ეტაპად. პირველ რიგში, ხე იხარშება ნატრიუმის ჰიდროქსიდში და ნატრიუმის სულფატში, რათა მოიხსნას ზოგიერთი ჰემიცელულოზა და ლიგნინი. ამ ქიმიური დამუშავების შემდეგ, ხე ხდება უფრო მკვრივი დაჭერით. რამდენიმე საათის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე. ეს ამცირებს ბუნებრივ უფსკრული ან ფორებს ხეში და აძლიერებს ქიმიურ კავშირს მეზობელ ცელულოზის ბოჭკოებს შორის. შემდეგ ხეზე ზეწოლა ხდება 105°C (221°F) კიდევ რამდენიმესთვის. საათის ბოლომდე გამკვრივებამდე, შემდეგ კი აშრობენ.საბოლოოდ, ხე ჩაეფლო მინერალურ ზეთში 48 საათის განმავლობაში, რათა მზა პროდუქტი გახდეს წყალგაუმტარი.
სტრუქტურული მასალის ერთ-ერთი მექანიკური თვისებაა ჩაღრმავების სიმტკიცე, რაც არის მისი უნარი გაუძლოს დეფორმაციას ძალით გაწურვისას. ბრილიანტი უფრო მყარია ვიდრე ფოლადი, უფრო მყარი ვიდრე ოქრო, უფრო მყარი ვიდრე ხე და ქაფის შესაფუთი მასალა. ტესტები, რომლებიც გამოიყენება სიხისტის დასადგენად, როგორიცაა მოჰს სიხისტე, რომელიც გამოიყენება გემოლოგიაში, ბრინელის ტესტი ერთ-ერთი მათგანია. მისი კონცეფცია მარტივია: მყარი ლითონის საკისარი დაჭერილია ტესტის ზედაპირზე გარკვეული ძალით. გაზომეთ წრიული დიამეტრი. ბურთის მიერ შექმნილი ჩაღრმავება.ბრინელის სიხისტის მნიშვნელობა გამოითვლება მათემატიკური ფორმულის გამოყენებით; უხეშად რომ ვთქვათ, რაც უფრო დიდი ხვრელია ბურთი, მით უფრო რბილია მასალა. ამ ტესტში HW 23-ჯერ უფრო მყარია, ვიდრე ბუნებრივი ხე.
დაუმუშავებელი ბუნებრივი ხის უმეტესობა შთანთქავს წყალს. ამან შეიძლება გააფართოვოს ხე და საბოლოოდ გაანადგუროს მისი სტრუქტურული თვისებები. ავტორებმა გამოიყენეს ორდღიანი მინერალური გაჟღენთვა HW-ის წყლის წინააღმდეგობის გასაზრდელად, რაც მას უფრო ჰიდროფობიურს გახდის („წყლის ეშინია“). ჰიდროფობიურობის ტესტი გულისხმობს წყლის წვეთი ზედაპირზე დადებას. რაც უფრო ჰიდროფობიურია ზედაპირი, მით უფრო სფერული ხდება წყლის წვეთები. ჰიდროფილური („წყლის მოყვარული“) ზედაპირი, მეორე მხრივ, ავრცელებს წვეთებს ბრტყელზე (და შემდგომში). უფრო ადვილად შთანთქავს წყალს).ამიტომ, მინერალური გაჟღენთვა არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად ზრდის HW-ის ჰიდროფობიურობას, არამედ ხელს უშლის ხეს ტენის შთანთქმაში.
ზოგიერთ საინჟინრო ტესტში, HW დანები ოდნავ უკეთესად მუშაობდნენ, ვიდრე ლითონის დანები. ავტორები ამტკიცებენ, რომ HW დანა დაახლოებით სამჯერ უფრო ბასრია, ვიდრე კომერციულად ხელმისაწვდომი დანა. თუმცა, არსებობს სიფრთხილე ამ საინტერესო შედეგზე. მკვლევარები ადარებენ მაგიდის დანებს. ან რასაც ჩვენ შეგვიძლია ვუწოდოთ კარაქის დანები. ეს არ არის გამიზნული, რომ იყოს განსაკუთრებით ბასრი. ავტორები აჩვენებენ ვიდეოს, სადაც დანით ჭრის სტეიკს, მაგრამ საკმაოდ ძლიერ ზრდასრულ ადამიანს, სავარაუდოდ, შეუძლია იგივე სტეიკის მოჭრა ლითონის ჩანგლის დუნებული მხარით და სტეიკის დანა ბევრად უკეთ იმუშავებს.
რაც შეეხება ლურსმნებს? ერთი HW ფრჩხილი, როგორც ჩანს, ადვილად შეიძლება ჩაქუჩით სამი ფიცრის დასტაში, თუმცა არც ისე დეტალურად, როგორც ეს შედარებით მარტივია, ვიდრე რკინის ლურსმნებს. შემდეგ ხის ჯოხებს შეუძლიათ ფიცრების ერთმანეთთან შეკავება, წინააღმდეგობის გაწევის ძალას, რომელიც გაანადგურებს. ისინი ცალ-ცალკე, დაახლოებით ისეთივე სიმტკიცით, როგორც რკინის ჯოხები. თუმცა, მათი ტესტების დროს, დაფები ორივე შემთხვევაში ჩაიშალა მანამ, სანამ რომელიმე ფრჩხილი არ ჩავარდებოდა, ამიტომ უფრო ძლიერი ლურსმნები არ იყო გამოვლენილი.
HW ლურსმნები სხვა მხრივ უკეთესია? ხის ჯოხები უფრო მსუბუქია, მაგრამ სტრუქტურის წონა, პირველ რიგში, არ არის განპირობებული ჯოხების მასით, რომლებიც მას ერთმანეთში ატარებენ. ხის ჯოხები არ დაჟანგდება. თუმცა, ის არ იქნება წყალგაუმტარი ან წყლისგან. ბიოკომპოზიცია.
ეჭვგარეშეა, რომ ავტორმა შეიმუშავა ხის ბუნებრივ ხეზე უფრო გამძლეობის გაკეთების პროცესი. თუმცა, ტექნიკის გამოყენება რაიმე კონკრეტული სამუშაოსთვის საჭიროებს შემდგომ შესწავლას. შეიძლება თუ არა ის იყოს ისეთივე იაფი და ნაკლებ რესურსი, როგორც პლასტმასი? შეუძლია თუ არა მას კონკურენცია გაუწიოს უფრო ძლიერს. , უფრო მიმზიდველი, უსასრულოდ მრავალჯერადი გამოყენებადი ლითონის ობიექტები?მათი კვლევა საინტერესო კითხვებს აჩენს. მიმდინარე ინჟინერია (და საბოლოოდ ბაზარი) პასუხს გასცემს მათ.