Табиғи ағаш пен металл мыңдаған жылдар бойы адамдар үшін маңызды құрылыс материалдары болды. Біз пластмасса деп атайтын синтетикалық полимерлер - XX ғасырда пайда болған жақында пайда болған өнертабыс.
Металдардың да, пластмассалардың да өнеркәсіптік және коммерциялық мақсатта қолдануға өте қолайлы қасиеттері бар. Металдар берік, қатты және әдетте ауаға, суға, жылуға және тұрақты күйзеліске төзімді. Дегенмен, олар өнімдерін өндіру және тазарту үшін көбірек ресурстарды (яғни қымбатырақ) қажет етеді. Пластик аз массаны қажет ете отырып, металлдың кейбір функцияларын орындайды және өндіру өте арзан. Олардың қасиеттерін кез келген мақсатта өзгертуге болады. Дегенмен, арзан коммерциялық пластмассалар нашар құрылымдық материалдар жасайды: пластикалық құрылғылар жақсы нәрсе емес және ешкім пластикалық үйде тұрғысы келмейді. Сонымен қатар, олар көбінесе қазба отынынан тазартылады.
Кейбір қолданбаларда табиғи ағаш металдар мен пластмассалармен бәсекелесе алады. Көптеген отбасылық үйлер ағаш қаңқаға салынған. Мәселе мынада, табиғи ағаш тым жұмсақ және сумен оңай зақымдалады, сондықтан көп жағдайда пластик пен металды алмастыруға болмайды. Жақында Matter журналында жарияланған мақалада осы шектеулерді жеңетін қатайтылған ағаш материалын жасау қарастырылады. Бұл зерттеу ағаш пышақтар мен шегелерді жасаумен аяқталды. Ағаш пышақ қаншалықты жақсы және сіз оны жақын арада қолданасыз ба?
Ағаштың талшықты құрылымы шамамен 50% целлюлозадан тұрады, бұл теориялық тұрғыдан жақсы беріктік қасиеттері бар табиғи полимер. Ағаш құрылымының қалған жартысы негізінен лигнин мен гемицеллюлозадан тұрады. Целлюлоза ағашқа табиғи беріктігінің негізін қамтамасыз ететін ұзын, қатты талшықтарды түзсе, гемицеллюлозаның когерентті құрылымы аз, сондықтан ағаштың беріктігіне ештеңе үлес қоспайды. Лигнин целлюлоза талшықтары арасындағы бос орындарды толтырады және тірі ағаш үшін пайдалы міндеттерді орындайды. Бірақ адамдардың ағашты тығыздау және оның целлюлоза талшықтарын бір-біріне тығыз байланыстыру мақсатында лигнин кедергіге айналды.
Бұл зерттеуде табиғи ағаш төрт кезеңмен қатайтылған ағашқа (ҚА) айналды. Алдымен, гемицеллюлоза мен лигниннің бір бөлігін кетіру үшін ағаш натрий гидроксиді мен натрий сульфатында қайнатылады. Осы химиялық өңдеуден кейін ағаш бөлме температурасында бірнеше сағат бойы престе басылып, тығыздалады. Бұл ағаштағы табиғи саңылауларды немесе тесіктерді азайтады және көршілес целлюлоза талшықтары арасындағы химиялық байланысты күшейтеді. Әрі қарай, тығыздауды аяқтау үшін ағаш тағы бірнеше сағат бойы 105°C (221° F) температурада қысымдалады, содан кейін кептіріледі. Соңында, дайын өнімді су өткізбейтін ету үшін ағаш 48 сағат бойы минералды майға батырылады.
Құрылымдық материалдың бір механикалық қасиеті - күшпен сығылған кезде деформацияға төтеп беру қабілетінің өлшемі болып табылатын ойық қаттылығы. Алмаз болаттан, алтыннан, ағаштан және қаптама көбігінен қаттырақ. Гемологияда қолданылатын Мох қаттылығы сияқты қаттылықты анықтау үшін қолданылатын көптеген инженерлік сынақтардың ішінде Бринелл сынағы солардың бірі болып табылады. Оның тұжырымдамасы қарапайым: қатты металл шарлы мойынтірек сынақ бетіне белгілі бір күшпен басылады. Шар жасаған дөңгелек ойықтың диаметрін өлшеңіз. Бринелл қаттылығының мәні математикалық формуланы қолдану арқылы есептеледі; шамамен айтқанда, шар соғатын тесік неғұрлым үлкен болса, материал соғұрлым жұмсақ болады. Бұл сынақта HW табиғи ағаштан 23 есе қаттырақ.
Өңделмеген табиғи ағаштың көпшілігі суды сіңіреді. Бұл ағашты кеңейтіп, ақырында оның құрылымдық қасиеттерін бұзуы мүмкін. Авторлар ағаштың суға төзімділігін арттыру үшін екі күндік минералды сулауды қолданды, бұл оны гидрофобты етеді («судан қорқады»). Гидрофобтық сынағы бетке бір тамшы су салуды қамтиды. Беті неғұрлым гидрофобты болса, су тамшылары соғұрлым сфералық болады. Гидрофильді («суды жақсы көретін») бет, керісінше, тамшыларды тегіс таратады (және кейіннен суды оңай сіңіреді). Сондықтан минералды сулау ағаштың гидрофобтығын айтарлықтай арттырып қана қоймай, сонымен қатар ағаштың ылғалды сіңіруіне жол бермейді.
Кейбір инженерлік сынақтарда жоғары қуатты пышақ металл пышақтарға қарағанда сәл жақсы нәтиже көрсетті. Авторлар жоғары қуатты пышақ коммерциялық қолжетімді пышақтан шамамен үш есе өткір деп мәлімдейді. Дегенмен, бұл қызықты нәтижеге қатысты ескерту бар. Зерттеушілер үстел пышақтарын немесе біз май пышақтары деп атайтын нәрсені салыстыруда. Бұлар аса өткір болуға арналмаған. Авторлар пышақтарының стейк кесіп жатқаны туралы бейнені көрсетеді, бірақ ересек адам сол стейкті металл шанышқының күңгірт жағымен кесуі мүмкін, ал стейк пышағы әлдеқайда жақсы жұмыс істейді.
Шегелер туралы не деуге болады? Бір ғана күшті шегені үш тақтайдан тұратын үйіндіге оңай соғуға болады, бірақ темір шегелермен салыстырғанда салыстырмалы түрде оңай болғандықтан, онша егжей-тегжейлі емес. Ағаш қазықтар тақтайларды бірге ұстап тұра алады, оларды жыртып тастайтын күшке қарсы тұрады, темір қазықтармен бірдей беріктікпен. Дегенмен, сынақтарда екі жағдайда да тақтайлар екі шеге де істен шыққанға дейін істен шықты, сондықтан берік шегелер ашық қалмады.
Жоғары сапалы шегелер басқа жағынан жақсырақ па? Ағаш қазықтар жеңілірек, бірақ құрылымның салмағы негізінен оны бірге ұстап тұратын қазықтардың массасымен байланысты емес. Ағаш қазықтар тот баспайды. Дегенмен, ол су өткізбейді немесе биоыдырамайды.
Автордың ағашты табиғи ағаштан берік ету процесін жасағаны сөзсіз. Дегенмен, кез келген нақты жұмыс үшін фурнитураның пайдалылығы одан әрі зерттеуді қажет етеді. Ол пластик сияқты арзан және ресурссыз бола ала ма? Ол берік, тартымды, шексіз қайта пайдалануға болатын металл заттармен бәсекелесе ала ма? Олардың зерттеулері қызықты сұрақтар туғызады. Үздіксіз инженерия (және сайып келгенде нарық) оларға жауап береді.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 13 сәуір
