سكاكين الخشب المتصلب أكثر حدة بثلاث مرات من سكاكين المائدة

كان الخشب الطبيعي والمعدن من مواد البناء الأساسية للبشر لآلاف السنين ، والبوليمرات الاصطناعية التي نسميها البلاستيك هي اختراع حديث انتشر في القرن العشرين.
تتمتع كل من المعادن والبلاستيك بخصائص مناسبة تمامًا للاستخدام الصناعي والتجاري ، فالمعادن قوية وصلبة ومرنة بشكل عام للهواء والماء والحرارة والضغط المستمر ، ولكنها تتطلب أيضًا موارد أكثر (مما يعني أنها أكثر تكلفة) إنتاج وصقل منتجاتها ، يوفر البلاستيك بعض وظائف المعدن بينما يتطلب كتلة أقل ورخيصة جدًا للإنتاج ، ويمكن تخصيص خصائصها لأي استخدام تقريبًا ، ومع ذلك ، فإن المواد البلاستيكية التجارية الرخيصة تصنع مواد هيكلية رهيبة: الأجهزة البلاستيكية ليست شيء جيد ، ولا أحد يريد أن يعيش في منزل بلاستيكي بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتم تنقيتها من الوقود الأحفوري.
في بعض التطبيقات ، يمكن للخشب الطبيعي أن ينافس المعادن والبلاستيك ، فمعظم منازل الأسرة مبنية على إطارات خشبية ، والمشكلة هي أن الخشب الطبيعي شديد النعومة ويسهل إتلافه بالمياه ليحل محل البلاستيك والمعدن في معظم الأوقات. المنشور في مجلة Matter يستكشف إنشاء مادة خشبية صلبة تتغلب على هذه القيود ، وتوج هذا البحث بإنشاء سكاكين ومسامير خشبية ، ما مدى جودة السكين الخشبي وهل ستستخدمه في أي وقت قريب؟
يتكون الهيكل الليفي للخشب من حوالي 50٪ من السليلوز ، وهو بوليمر طبيعي يتمتع بخصائص قوة جيدة من الناحية النظرية ، بينما يتكون النصف المتبقي من الهيكل الخشبي بشكل أساسي من اللجنين والهيميسليلوز ، بينما يشكل السليلوز أليافًا طويلة وقاسية توفر للخشب العمود الفقري الطبيعي. قوة ، فإن الهيميسليلوز له بنية متماسكة قليلة وبالتالي لا يساهم في أي شيء في قوة الخشب. اللجنين يملأ الفراغات بين ألياف السليلوز ويؤدي مهام مفيدة للخشب الحي. عائق.
في هذه الدراسة ، تم تحويل الخشب الطبيعي إلى خشب صلب (HW) في أربع خطوات ، أولاً ، يتم غلي الخشب في هيدروكسيد الصوديوم وكبريتات الصوديوم لإزالة بعض من الهيميسليلوز واللجنين ، وبعد هذه المعالجة الكيميائية يصبح الخشب أكثر كثافة بالضغط يتم وضعه في مكبس لعدة ساعات في درجة حرارة الغرفة ، مما يقلل من الفجوات الطبيعية أو المسام في الخشب ويعزز الترابط الكيميائي بين ألياف السليلوز المجاورة. ساعات لإكمال التكثيف ، ثم تجفيفه ، أخيرًا ، يُغمر الخشب في الزيت المعدني لمدة 48 ساعة لجعل المنتج النهائي مقاومًا للماء.
إحدى الخصائص الميكانيكية للمادة الإنشائية هي صلابة المسافة البادئة ، وهي مقياس لقدرتها على مقاومة التشوه عند الضغط عليها بالقوة ، الماس أقوى من الفولاذ ، وأصلب من الذهب ، وأصلب من الخشب ، وأصلب من رغوة التعبئة. الاختبارات المستخدمة لتحديد الصلابة ، مثل صلابة موس المستخدمة في علم الأحجار الكريمة ، يعد اختبار برينل أحد هذه الاختبارات ، ومفهومه بسيط: يتم ضغط محمل كروي معدني صلب في سطح الاختبار بقوة معينة. المسافة البادئة التي تم إنشاؤها بواسطة الكرة. يتم حساب قيمة صلابة برينل باستخدام صيغة رياضية ؛بشكل تقريبي ، كلما اصطدمت الكرة بفتحة أكبر ، كانت المادة أكثر نعومة ، وفي هذا الاختبار ، يكون HW أصعب 23 مرة من الخشب الطبيعي.
تمتص معظم الأخشاب الطبيعية غير المعالجة الماء ، وهذا يمكن أن يوسع الخشب ويدمر خصائصه الهيكلية في النهاية ، استخدم المؤلفون نقعًا معدنيًا لمدة يومين لزيادة مقاومة الماء للنفايات الخطرة ، مما يجعله أكثر كارهًا للماء ("يخاف من الماء"). يتضمن اختبار مقاومة الماء وضع قطرة ماء على سطح ما ، فكلما كان السطح أكثر كارهًا للماء ، أصبحت قطرات الماء كروية أكثر. ومن ناحية أخرى ، فإن السطح المحب للماء ("المحب للماء") ينشر القطرات بشكل مسطح (وبالتالي تمتص الماء بسهولة أكبر) ، لذلك ، لا يؤدي نقع المعادن إلى زيادة الكراهية للماء للنفايات الخطرة فحسب ، بل يمنع أيضًا الخشب من امتصاص الرطوبة.
في بعض الاختبارات الهندسية ، كان أداء سكاكين HW أفضل قليلاً من السكاكين المعدنية ، ويزعم المؤلفون أن سكاكين HW تبلغ حوالي ثلاثة أضعاف حدة السكين المتاح تجاريًا ، ومع ذلك ، هناك تحذير لهذه النتيجة المثيرة للاهتمام ، حيث يقارن الباحثون سكاكين المائدة ، أو ما يمكن أن نطلق عليه سكاكين الزبدة ، لا يُقصد بها أن تكون حادة بشكل خاص ، يعرض المؤلفون مقطع فيديو لسكينهم وهو يقطع شريحة لحم ، ولكن من المحتمل أن يقطع شخص بالغ قوي بشكل معقول نفس شريحة اللحم بالجانب الباهت من شوكة معدنية ، و سكينة ستيك ستعمل بشكل أفضل.
من الواضح أنه يمكن دق مسمار HW واحد بسهولة في كومة من ثلاثة ألواح ، على الرغم من عدم تفصيلها بقدر ما هو سهل نسبيًا مقارنة بالمسامير الحديدية. عن بعضهما البعض ، مع نفس صلابة أوتاد الحديد تقريبًا. ومع ذلك ، في اختباراتهم ، فشلت الألواح في كلتا الحالتين قبل فشل أي من الظفر ، لذلك لم يتم كشف المسامير الأقوى.
هل مسامير HW أفضل من نواحٍ أخرى؟ الأوتاد الخشبية أخف وزنًا ، لكن وزن الهيكل لا يتحرك أساسًا بواسطة كتلة الأوتاد التي تربطها ببعضها البعض ، الأوتاد الخشبية لن تصدأ ، ومع ذلك ، لن تكون منيعة للماء أو تتحلل.
ليس هناك شك في أن المؤلف قد طور عملية لجعل الخشب أقوى من الخشب الطبيعي ، ومع ذلك ، فإن فائدة الأجهزة لأي وظيفة معينة تتطلب مزيدًا من الدراسة ، فهل يمكن أن تكون رخيصة وقليلة الموارد مثل البلاستيك؟ أجسام معدنية أكثر جاذبية وقابلة لإعادة الاستخدام بلا حدود؟ تثير أبحاثهم أسئلة مثيرة للاهتمام ، والهندسة المستمرة (وفي النهاية السوق) ستجيب عليها.