Կարծրացված փայտից պատրաստված դանակները երեք անգամ ավելի սուր են, քան սեղանի դանակները

Բնական փայտը և մետաղը հազարամյակներ շարունակ մարդկության համար կարևոր շինանյութեր են եղել: Սինթետիկ պոլիմերները, որոնք մենք անվանում ենք պլաստմասսա, վերջերս ստեղծված գյուտ են, որը պայթեց 20-րդ դարում:
Ե՛վ մետաղները, և՛ պլաստմասսաները ունեն հատկություններ, որոնք հարմար են արդյունաբերական և առևտրային օգտագործման համար: Մետաղները ամուր են, կոշտ և ընդհանուր առմամբ դիմացկուն են օդի, ջրի, ջերմության և մշտական ​​​​լարվածության նկատմամբ: Այնուամենայնիվ, դրանք նաև պահանջում են ավելի շատ ռեսուրսներ (ինչը նշանակում է ավելի թանկ) իրենց արտադրանքը արտադրելու և կատարելագործելու համար: Պլաստմասը ապահովում է մետաղի որոշ գործառույթներ՝ միաժամանակ պահանջելով ավելի քիչ զանգված և շատ էժան է արտադրելու համար: Դրանց հատկությունները կարող են հարմարեցվել գրեթե ցանկացած օգտագործման համար: Այնուամենայնիվ, էժան առևտրային պլաստմասսաները սարսափելի կառուցվածքային նյութեր են. պլաստմասե սարքավորումները լավ բան չեն, և ոչ ոք չի ցանկանում ապրել պլաստմասե տանը: Բացի այդ, դրանք հաճախ զտվում են բրածո վառելիքից:
Որոշ դեպքերում բնական փայտը կարող է մրցակցել մետաղների և պլաստմասսայի հետ։ Ընտանեկան տների մեծ մասը կառուցված է փայտե շրջանակի վրա։ Խնդիրն այն է, որ բնական փայտը չափազանց փափուկ է և չափազանց հեշտությամբ վնասվում է ջրից՝ պլաստիկին և մետաղին փոխարինելու համար։ Matter ամսագրում վերջերս հրապարակված հոդվածը ուսումնասիրում է կարծրացած փայտանյութի ստեղծումը, որը հաղթահարում է այս սահմանափակումները։ Այս հետազոտությունը հանգեցրեց փայտե դանակների և մեխերի ստեղծմանը։ Որքա՞ն լավ է փայտե դանակը, և դուք կօգտագործե՞ք այն շուտով։
Փայտի մանրաթելային կառուցվածքը մոտավորապես 50% բաղկացած է ցելյուլոզից, որը բնական պոլիմեր է՝ տեսականորեն լավ ամրության հատկություններով: Փայտե կառուցվածքի մնացած կեսը հիմնականում կազմված է լիգնինից և կիսցելյուլոզից: Մինչդեռ ցելյուլոզը ձևավորում է երկար, կոշտ մանրաթելեր, որոնք փայտին ապահովում են նրա բնական ամրության հիմքը, կիսցելյուլոզը քիչ կոհերենտ կառուցվածք ունի և, հետևաբար, ոչինչ չի նպաստում փայտի ամրությանը: Լիգնինը լցնում է ցելյուլոզային մանրաթելերի միջև եղած դատարկությունները և կատարում է օգտակար գործառույթներ կենդանի փայտի համար: Սակայն մարդկանց համար փայտը խտացնելու և դրա ցելյուլոզային մանրաթելերն ավելի ամուր կապելու նպատակի համար լիգնինը խոչընդոտ դարձավ:
Այս ուսումնասիրության մեջ բնական փայտը չորս քայլով վերածվել է կարծրացած փայտի (ԱՀ): Նախ, փայտը եռացվում է նատրիումի հիդրօքսիդի և նատրիումի սուլֆատի մեջ՝ կիսելյուլոզի և լիգնինի մի մասը հեռացնելու համար: Այս քիմիական մշակումից հետո փայտը դառնում է ավելի խիտ՝ այն մի քանի ժամ սենյակային ջերմաստիճանում սեղմելով մամլիչով: Սա նվազեցնում է փայտի բնական ճեղքերը կամ ծակոտիները և ուժեղացնում է հարակից ցելյուլոզային մանրաթելերի միջև քիմիական կապը: Այնուհետև, փայտը ճնշման տակ է պահվում 105°C (221°F) ջերմաստիճանում ևս մի քանի ժամ՝ խտացումն ավարտելու համար, ապա չորացվում: Վերջապես, փայտը 48 ժամով ընկղմվում է հանքային յուղի մեջ՝ պատրաստի արտադրանքը ջրակայուն դարձնելու համար:
Կառուցվածքային նյութի մեխանիկական հատկություններից մեկը խորացման կարծրությունն է, որը ուժի ազդեցության տակ սեղմելիս դեֆորմացիային դիմադրելու նրա ունակության չափանիշ է: Ադամանդն ավելի կարծր է, քան պողպատը, ավելի կարծր է, քան ոսկին, ավելի կարծր է, քան փայտը և ավելի կարծր է, քան փաթեթավորման փրփուրը: Կարծրությունը որոշելու համար օգտագործվող բազմաթիվ ինժեներական թեստերի շարքում, ինչպիսին է գեմոլոգիայում օգտագործվող Մոհսի կարծրությունը, Բրինելի թեստը դրանցից մեկն է: Դրա հայեցակարգը պարզ է. կարծր մետաղական գնդիկավոր կրողը որոշակի ուժով սեղմվում է փորձարկման մակերեսին: Չափեք գնդակի կողմից ստեղծված շրջանաձև խորացման տրամագիծը: Բրինելի կարծրության արժեքը հաշվարկվում է մաթեմատիկական բանաձևով. կոպիտ ասած, որքան մեծ է գնդակի անցքը, այնքան ավելի մեղմ է նյութը: Այս թեստում HW-ն 23 անգամ ավելի կարծր է, քան բնական փայտը:
Չմշակված բնական փայտի մեծ մասը կկլանի ջուրը։ Սա կարող է ընդարձակել փայտը և, ի վերջո, ոչնչացնել դրա կառուցվածքային հատկությունները։ Հեղինակները օգտագործել են երկօրյա հանքային թրջում՝ ջրի ջրակայունությունը մեծացնելու համար, այն դարձնելով ավելի հիդրոֆոբ («վախենում է ջրից»)։ Հիդրոֆոբիկության թեստը ներառում է ջրի կաթիլը մակերեսի վրա դնելը։ Որքան հիդրոֆոբ է մակերեսը, այնքան ավելի գնդաձև են դառնում ջրի կաթիլները։ Մյուս կողմից, հիդրոֆիլ («ջուր սիրող») մակերեսը կաթիլները հարթեցնում է (և հետագայում ավելի հեշտությամբ կլանում է ջուրը)։ Հետևաբար, հանքային թրջումը ոչ միայն զգալիորեն մեծացնում է ջրի հիդրոֆոբիկությունը, այլև կանխում է փայտի կողմից խոնավության կլանումը։
Որոշ ինժեներական փորձարկումներում HW դանակները մի փոքր ավելի լավ արդյունք են ցույց տվել, քան մետաղական դանակները: Հեղինակները պնդում են, որ HW դանակը մոտ երեք անգամ ավելի սուր է, քան առևտրային առումով մատչելի դանակները: Այնուամենայնիվ, այս հետաքրքիր արդյունքի համար կա մի նախազգուշացում: Հետազոտողները համեմատում են սեղանի դանակները, կամ այն, ինչ մենք կարող ենք անվանել կարագի դանակներ: Սրանք նախատեսված չեն հատկապես սուր լինելու համար: Հեղինակները ցույց են տալիս տեսանյութ, որտեղ իրենց դանակով կտրում են սթեյք, բայց բավականին ուժեղ մեծահասակը, հավանաբար, կարող է կտրել նույն սթեյքը մետաղական պատառաքաղի բութ կողմով, և սթեյքի դանակը շատ ավելի լավ կաշխատի:
Իսկ մեխերի մասին ի՞նչ կասեք։ Մեկ ծանր մեխը, ըստ երևույթին, կարելի է հեշտությամբ մեխել երեք տախտակների կույտի մեջ, չնայած այն այնքան մանրամասն չէ, որքան համեմատաբար հեշտությամբ՝ երկաթե մեխերի համեմատ։ Այնուհետև փայտե ցցերը կարող են տախտակները միասին պահել՝ դիմադրելով դրանք պատռող ուժին՝ մոտավորապես նույն ամրությամբ, ինչ երկաթե ցցերը։ Սակայն նրանց փորձարկումների ժամանակ երկու դեպքում էլ տախտակները փչացել են մեխերից որևէ մեկի փչանալուց առաջ, ուստի ավելի ամուր մեխերը չեն մերկացվել։
Արդյո՞ք HW մեխերը այլ առումներով ավելի լավն են։ Փայտե ցցերը ավելի թեթև են, բայց կառուցվածքի քաշը հիմնականում պայմանավորված չէ այն միասին ամրացնող ցցերի զանգվածով։ Փայտե ցցերը չեն ժանգոտվի։ Այնուամենայնիվ, դրանք չեն կարող անթափանց լինել ջրի կամ կենսաքայքայման նկատմամբ։
Անկասկած, հեղինակը մշակել է փայտը բնական փայտից ավելի ամուր դարձնելու գործընթաց։ Այնուամենայնիվ, ցանկացած կոնկրետ աշխատանքի համար սարքավորումների օգտակարությունը պահանջում է հետագա ուսումնասիրություն։ Կարո՞ղ է այն լինել նույնքան էժան և ռեսուրսներ չպահանջող, որքան պլաստիկը։ Կարո՞ղ է այն մրցակցել ավելի ամուր, ավելի գրավիչ, անվերջ վերաօգտագործելի մետաղական առարկաների հետ։ Նրանց հետազոտությունները հետաքրքիր հարցեր են առաջացնում։ Ընթացիկ ինժեներիան (և, ի վերջո, շուկան) կպատասխանի դրանց։