천연 나무와 금속은 수천 년 동안 인간에게 필수적인 건축 자재였습니다. 우리가 플라스틱이라고 부르는 합성 폴리머는 20세기에 폭발적으로 증가한 최근 발명품입니다.
금속과 플라스틱은 모두 산업 및 상업 용도에 적합한 특성을 가지고 있습니다. 금속은 강하고 단단하며 일반적으로 공기, 물, 열 및 지속적인 스트레스에 대해 탄력적입니다. 제품을 생산하고 정제합니다. 플라스틱은 금속의 일부 기능을 제공하면서 질량이 덜 필요하고 생산 비용이 매우 저렴합니다. 플라스틱의 특성은 거의 모든 용도에 맞게 사용자 정의할 수 있습니다. 그러나 값싼 상업용 플라스틱은 끔찍한 구조 재료를 만듭니다. 좋은 점은 아무도 플라스틱 집에서 살고 싶어하지 않는다는 것입니다. 또한 플라스틱 집은 종종 화석 연료로 정제됩니다.
일부 응용 분야에서 천연 목재는 금속 및 플라스틱과 경쟁할 수 있습니다. 대부분의 가족 주택은 목재 프레임으로 지어졌습니다. 문제는 천연 목재가 너무 부드럽고 대부분의 경우 플라스틱 및 금속을 대체하기에는 물에 너무 쉽게 손상된다는 것입니다. 최근 논문 Matter 저널에 게재된 이 한계를 극복하는 강화된 목재 재료의 생성을 탐구합니다. 이 연구는 나무 칼과 못을 만드는 것으로 절정에 달했습니다. 나무 칼은 얼마나 좋은데 언제 사용할 건가요?
목재의 섬유질 구조는 약 50%의 셀룰로오즈로 구성되어 있으며 이론적으로 우수한 강도 특성을 지닌 천연 폴리머입니다. 목재 구조의 나머지 절반은 주로 리그닌과 헤미셀룰로오즈입니다. 강도, 헤미셀룰로오스는 일관된 구조가 거의 없기 때문에 목재의 강도에 기여하지 않습니다. 리그닌은 셀룰로오스 섬유 사이의 공극을 채우고 살아있는 나무에 유용한 작업을 수행합니다. 방해.
본 연구에서는 천연목재를 4단계에 걸쳐 경화목재(HW)로 만들었다. 먼저 목재를 수산화나트륨과 황산나트륨에 삶아 헤미셀룰로오스와 리그닌을 일부 제거한다. 실온에서 몇 시간 동안 프레스에 넣습니다. 이렇게 하면 목재의 자연스러운 틈이나 기공이 줄어들고 인접한 셀룰로오스 섬유 사이의 화학적 결합이 강화됩니다. 다음으로 목재는 105°C(221°F)에서 몇 번 더 가압됩니다. 최종적으로 목재는 미네랄 오일에 48시간 동안 침지되어 완제품이 방수 처리됩니다.
구조 재료의 기계적 특성 중 하나는 힘에 의해 압착될 때 변형에 저항하는 능력의 척도인 압흔 경도입니다. 다이아몬드는 강철보다 단단하고, 금보다 단단하고, 목재보다 단단하고, 포장 폼보다 단단합니다. 많은 엔지니어링 중에서 보석학에서 사용되는 모스 경도와 같이 경도를 결정하는 데 사용되는 테스트인 브리넬 테스트가 그 중 하나입니다. 그 개념은 간단합니다. 단단한 금속 볼 베어링을 특정 힘으로 테스트 표면에 밀어 넣습니다. 원형의 직경을 측정합니다. 볼에 의해 생성된 만입. 브리넬 경도 값은 수학 공식을 사용하여 계산됩니다.대략적으로 말하면 공이 치는 구멍이 클수록 재료가 더 부드럽습니다. 이 테스트에서 HW는 천연 나무보다 23배 더 단단합니다.
대부분의 처리되지 않은 천연 목재는 물을 흡수합니다. 이로 인해 목재가 팽창하여 결국 구조적 특성이 파괴될 수 있습니다. 저자는 HW의 내수성을 증가시키기 위해 2일 동안 미네랄 담금을 사용하여 더 소수성("물을 두려워함")으로 만들었습니다. 소수성 테스트는 표면에 물 한 방울을 떨어뜨리는 것과 관련이 있습니다. 표면이 소수성이 될수록 물방울은 구형이 됩니다. 물을 더 쉽게 흡수함). 따라서 미네랄 침수는 HW의 소수성을 크게 증가시킬 뿐만 아니라 목재가 수분을 흡수하는 것을 방지합니다.
일부 엔지니어링 테스트에서 HW 나이프는 금속 나이프보다 약간 더 나은 성능을 보였습니다. 저자는 HW 나이프가 시중에서 판매되는 나이프보다 약 3배 더 날카롭다고 주장합니다. 또는 우리가 버터 나이프라고 부를 수 있는 것. 이것들은 특별히 날카롭게 하기 위한 것이 아닙니다. 저자는 스테이크를 자르는 칼의 비디오를 보여주지만, 상당히 강한 성인은 아마도 금속 포크의 둔한 면으로 같은 스테이크를자를 수 있습니다. 스테이크 나이프가 훨씬 더 잘 작동합니다.
못은 어떻습니까?단일 HW 못은 쇠 못에 비해 상대적으로 쉬울 정도로 상세하지는 않지만 세 개의 널빤지 더미에 쉽게 두드려질 수 있습니다.나무 못은 널빤지를 함께 고정하여 찢어지는 힘에 저항할 수 있습니다. 그러나 테스트에서 두 경우 모두 못이 부러지기 전에 보드가 망가져 더 강한 못이 노출되지 않았습니다.
HW 못은 다른 면에서 더 낫습니까? 나무못은 더 가볍지만 구조의 무게는 주로 나무못을 함께 고정하는 못의 질량에 의해 좌우되지 않습니다. 나무못은 녹슬지 않습니다. 생분해하다.
저자가 천연 나무보다 나무를 더 강하게 만드는 과정을 개발했다는 것은 의심할 여지가 없습니다. , 더 매력적이고 무한히 재사용 가능한 금속 물체? 그들의 연구는 흥미로운 질문을 제기합니다. 진행 중인 엔지니어링(그리고 궁극적으로 시장)이 이에 답할 것입니다.
게시 시간: 2022년 4월 13일
