Natūrali mediena ir metalas buvo būtinos statybinės medžiagos žmonėms tūkstančius metų. Sintetiniai polimerai, kuriuos vadiname plastikais, yra naujas išradimas, išpopuliarėjęs XX amžiuje.
Ir metalai, ir plastikai pasižymi savybėmis, kurios puikiai tinka pramoniniam ir komerciniam naudojimui. Metalai yra stiprūs, standūs ir paprastai atsparūs orui, vandeniui, karščiui ir nuolatiniam įtempimui. Tačiau jiems pagaminti ir tobulinti taip pat reikia daugiau išteklių (tai reiškia, kad jie brangesni). Plastikas atlieka kai kurias metalo funkcijas, tačiau reikalauja mažesnės masės ir yra labai pigus gaminti. Jo savybes galima pritaikyti beveik bet kokiam naudojimui. Tačiau pigus komercinis plastikas yra siaubingos konstrukcinės medžiagos: plastikiniai prietaisai nėra geras dalykas, ir niekas nenori gyventi plastikiniame name. Be to, jie dažnai perdirbami iš iškastinio kuro.
Kai kuriais atvejais natūrali mediena gali konkuruoti su metalais ir plastikais. Dauguma šeimyninių namų statomi ant medinio karkaso. Problema ta, kad natūrali mediena yra per minkšta ir per lengvai pažeidžiama vandens, kad dažniausiai pakeistų plastiką ir metalą. Neseniai žurnale „Matter“ paskelbtame straipsnyje nagrinėjamas grūdintos medienos medžiagos, kuri įveikia šiuos apribojimus, sukūrimas. Šis tyrimas baigėsi medinių peilių ir vinių sukūrimu. Kiek geras yra medinis peilis ir ar jį netrukus naudosite?
Medienos pluoštinę struktūrą sudaro maždaug 50 % celiuliozės – natūralaus polimero, pasižyminčio teoriškai geromis stiprumo savybėmis. Likusią pusę medienos struktūros daugiausia sudaro ligninas ir hemiceliuliozė. Nors celiuliozė sudaro ilgus, tvirtus pluoštus, kurie suteikia medienai natūralaus stiprumo pagrindą, hemiceliuliozė turi mažai koherentinės struktūros ir todėl nieko neprisideda prie medienos stiprumo. Ligninas užpildo tarpus tarp celiuliozės pluoštų ir atlieka naudingas funkcijas gyvai medienai. Tačiau žmonėms siekiant sutankinti medieną ir tvirčiau surišti jos celiuliozės pluoštus, ligninas tapo kliūtimi.
Šiame tyrime natūrali mediena buvo paversta grūdinta mediena (KM) keturiais etapais. Pirmiausia mediena virinama natrio hidroksido ir natrio sulfato tirpale, kad būtų pašalinta dalis hemiceliuliozės ir lignino. Po šio cheminio apdorojimo mediena sutankinama kelias valandas spaudžiant ją presu kambario temperatūroje. Tai sumažina natūralius medienos tarpus arba poras ir sustiprina cheminį ryšį tarp gretimų celiuliozės pluoštų. Tada mediena dar kelias valandas veikiama 105 °C (221 °F) slėgiu, kad visiškai sutankėtų, o po to išdžiovinama. Galiausiai mediena 48 valandoms panardinama į mineralinį aliejų, kad gatavas produktas taptų atsparus vandeniui.
Viena iš konstrukcinės medžiagos mechaninių savybių yra įspaudimo kietumas, kuris matuoja jos gebėjimą atsispirti deformacijai, kai ją spaudžia jėga. Deimantas yra kietesnis už plieną, kietesnis už auksą, kietesnis už medieną ir kietesnis už poliuretano putas. Tarp daugelio inžinerinių bandymų, naudojamų kietumui nustatyti, pavyzdžiui, gemologijoje naudojamas Moso kietumas, Brinelio bandymas yra vienas iš jų. Jo koncepcija paprasta: kietas metalinis rutulinis guolis tam tikra jėga įspaudžiamas į bandymo paviršių. Išmatuojamas rutulio sukurtos apskritos įspaudos skersmuo. Brinelio kietumo vertė apskaičiuojama pagal matematinę formulę; grubiai tariant, kuo didesnę skylę pataiko rutulys, tuo minkštesnė medžiaga. Šiame bandyme HW yra 23 kartus kietesnis už natūralią medieną.
Dauguma neapdorotos natūralios medienos rūšių sugeria vandenį. Tai gali išplėsti medieną ir galiausiai sunaikinti jos struktūrines savybes. Autoriai naudojo dviejų dienų mineralinį mirkymą, kad padidintų BV atsparumą vandeniui, padarydami ją hidrofobiškesnę („bijo vandens“). Hidrofobiškumo bandymas atliekamas užlašinant vandens lašą ant paviršiaus. Kuo hidrofobiškesnis paviršius, tuo sferiškesni tampa vandens lašeliai. Kita vertus, hidrofilinis („vandenį mėgstantis“) paviršius lašelius paskleidžia plokščiai (ir vėliau lengviau sugeria vandenį). Todėl mineralinis mirkymas ne tik žymiai padidina BV hidrofobiškumą, bet ir neleidžia medienai sugerti drėgmės.
Kai kuriuose inžineriniuose bandymuose HW peiliai pasirodė šiek tiek geriau nei metaliniai. Autoriai teigia, kad HW peilis yra maždaug tris kartus aštresnis už komercinį peilį. Tačiau šis įdomus rezultatas turi išlygą. Tyrėjai lygina stalo peilius, arba tai, ką mes galėtume pavadinti sviesto peiliais. Jie nėra skirti būti ypač aštriems. Autoriai rodo vaizdo įrašą, kuriame jų peilis pjausto kepsnį, tačiau pakankamai stiprus suaugęs žmogus tikriausiai galėtų tą patį kepsnį supjaustyti ir buka metalinės šakutės puse, o kepsnio peilis tiktų daug geriau.
O kaip dėl vinies? Vieną kietavamzdę vinį, matyt, galima lengvai įkalti į trijų lentų krūvą, nors tai nėra taip detaliai, kaip ir geležinių vinies, palyginti su geležinėmis vinimis. Mediniai kaiščiai gali laikyti lentas kartu, atlaikydami jėgą, kuri jas perplėštų, maždaug taip pat tvirtai, kaip ir geležiniai kaiščiai. Tačiau atliekant bandymus, abiem atvejais lentos sulūžo anksčiau nei kuri nors vinis, todėl stipresnės vinys nebuvo atidengtos.
Ar HW vinys yra geresnės kitais atžvilgiais? Mediniai kaiščiai yra lengvesni, tačiau konstrukcijos svoris pirmiausia priklauso ne nuo ją laikančių kaiščių masės. Mediniai kaiščiai nerūdys. Tačiau jie nebus atsparūs vandeniui ar biologiškai skaidysis.
Nėra abejonių, kad autorius sukūrė procesą, kaip medieną pagaminti stipresnę nei natūrali mediena. Tačiau reikia toliau tirti, ar furnitūra tinkama bet kokiam konkrečiam darbui. Ar ji gali būti tokia pat pigi ir nereikalaujanti daug išteklių kaip plastikas? Ar ji gali konkuruoti su tvirtesniais, patrauklesniais, be galo daugkartinio naudojimo metaliniais objektais? Jų tyrimai kelia įdomių klausimų. Į juos atsakys nuolatinė inžinerija (ir galiausiai rinka).
Įrašo laikas: 2022 m. balandžio 13 d.
