Druri natyror dhe metali kanë qenë materiale ndërtimi thelbësore për njerëzit për mijëra vjet. Polimeret sintetike që ne i quajmë plastikë janë një shpikje e fundit që shpërtheu në shekullin e 20-të.
Si metalet ashtu edhe plastika kanë veti që janë të përshtatshme për përdorim industrial dhe tregtar. Metalet janë të fortë, të ngurtë dhe përgjithësisht elastik ndaj ajrit, ujit, nxehtësisë dhe stresit të vazhdueshëm. Megjithatë, ato gjithashtu kërkojnë më shumë burime (që do të thotë më të shtrenjta) për të prodhojnë dhe përsosin produktet e tyre. Plastika siguron disa nga funksionet e metalit ndërkohë që kërkon më pak masë dhe është shumë e lirë për t'u prodhuar. Vetitë e tyre mund të personalizohen për pothuajse çdo përdorim. Megjithatë, plastika e lirë komerciale bën materiale strukturore të tmerrshme: pajisjet plastike nuk janë gjë e mirë, dhe askush nuk dëshiron të jetojë në një shtëpi plastike. Për më tepër, ato shpesh rafinohen nga lëndët djegëse fosile.
Në disa aplikime, druri natyral mund të konkurrojë me metalet dhe plastika. Shumica e shtëpive familjare janë ndërtuar me kornizë druri. Problemi është se druri natyror është shumë i butë dhe shumë lehtë dëmtohet nga uji për të zëvendësuar plastikën dhe metalin shumicën e kohës. Një letër e fundit botuar në revistën Matter eksploron krijimin e një materiali druri të ngurtësuar që i kapërcen këto kufizime. Ky kërkim kulmoi me krijimin e thikave dhe gozhdëve prej druri. Sa e mirë është thika prej druri dhe a do ta përdorni atë së shpejti?
Struktura fibroze e drurit përbëhet nga përafërsisht 50% celulozë, një polimer natyral me veti teorikisht të mira fortësie. Gjysma e mbetur e strukturës prej druri është kryesisht linjina dhe hemicelulozë. Ndërsa celuloza formon fibra të gjata e të forta që i japin drurit shtyllën e saj natyrore forca, hemiceluloza ka pak strukturë koherente dhe kështu nuk kontribuon asgjë në forcën e drurit. Linjina mbush zbrazëtirat midis fibrave të celulozës dhe kryen detyra të dobishme për drurin e gjallë. Por për qëllimin e njerëzve për të ngjeshur drurin dhe për të lidhur më fort fibrat e tij celuloze, linjina u bë një pengesë.
Në këtë studim, druri natyror u bë dru i ngurtësuar (HW) në katër hapa. Së pari, druri zihet në hidroksid natriumi dhe sulfat natriumi për të hequr një pjesë të hemicelulozës dhe linjinës. Pas këtij trajtimi kimik, druri bëhet më i dendur duke shtypur atë në një shtypje për disa orë në temperaturën e dhomës. Kjo zvogëlon boshllëqet natyrore ose poret në dru dhe rrit lidhjen kimike midis fibrave të celulozës ngjitur. Më pas, druri është nën presion në 105°C (221°F) për disa të tjera orë për të përfunduar densifikimin, dhe më pas thahet. Në fund, druri zhytet në vaj mineral për 48 orë për ta bërë produktin e përfunduar të papërshkueshëm nga uji.
Një veti mekanike e një materiali strukturor është ngurtësia e dhëmbëzimit, e cila është një masë e aftësisë së tij për t'i rezistuar deformimit kur shtrydhet me forcë. Diamanti është më i fortë se çeliku, më i fortë se ari, më i fortë se druri dhe më i fortë se shkuma ambalazhuese. Ndër shumë inxhinieri testet e përdorura për përcaktimin e fortësisë, të tilla si fortësia e Mohs-it e përdorur në gjeologji, testi Brinell është një prej tyre.Koncepti i tij është i thjeshtë: një kushinetë topi metalik i fortë shtypet në sipërfaqen e provës me një forcë të caktuar. Matni diametrin e rrethit dhëmbëzimi i krijuar nga topi. Vlera e fortësisë së Brinellit llogaritet duke përdorur një formulë matematikore;përafërsisht, sa më e madhe të jetë vrima që godet topi, aq më i butë është materiali. Në këtë test, HW është 23 herë më i fortë se druri natyral.
Shumica e drurit natyral të patrajtuar do të thithin ujin. Kjo mund ta zgjerojë drurin dhe përfundimisht të shkatërrojë vetitë e tij strukturore. Autorët përdorën një thithje minerale dyditore për të rritur rezistencën ndaj ujit të HW, duke e bërë atë më hidrofobik ("frikë nga uji"). Testi i hidrofobisë përfshin vendosjen e një pike uji në një sipërfaqe. Sa më hidrofobike të jetë sipërfaqja, aq më sferike bëhen pikat e ujit. Nga ana tjetër, një sipërfaqe hidrofile ("dashëse e ujit"), i përhap pikat në mënyrë të sheshtë (dhe më pas thith ujin më lehtë). Prandaj, njomja me minerale jo vetëm që rrit ndjeshëm hidrofobicitetin e HW, por gjithashtu parandalon që druri të thithë lagështinë.
Në disa teste inxhinierike, thikat HW performuan pak më mirë se thikat metalike. Autorët pohojnë se thika HW është rreth tre herë më e mprehtë se një thikë e disponueshme në treg. Megjithatë, ka një paralajmërim për këtë rezultat interesant. Studiuesit po krahasojnë thikat e tavolinës. ose ato që mund t'i quajmë thika gjalpi. Këto nuk kanë për qëllim të jenë veçanërisht të mprehta. Autorët tregojnë një video të thikës së tyre duke prerë një biftek, por një i rritur mjaft i fortë ndoshta mund të presë të njëjtin biftek me anën e shurdhër të një piruni metalik, dhe një thikë biftek do të funksiononte shumë më mirë.
Po në lidhje me gozhdët? Një gozhdë e vetme HW me sa duket mund të goditet lehtësisht në një pirg me tre dërrasa, megjithëse jo aq i detajuar sa është lehtësia relative në krahasim me gozhdët e hekurt. Kunjat prej druri mund t'i mbajnë dërrasat së bashku, duke i rezistuar forcës që mund të gris ato veçohen, me pothuajse të njëjtën rezistencë si kunjat e hekurit. Megjithatë, në testet e tyre, dërrasat në të dyja rastet dështuan përpara se të dështonte asnjë gozhdë, kështu që gozhdët më të fortë nuk u ekspozuan.
A janë thonjtë HW më të mirë në mënyra të tjera? Kunjat prej druri janë më të lehta, por pesha e strukturës nuk drejtohet kryesisht nga masa e kunjave që e mbajnë së bashku. Kunjat prej druri nuk do të ndryshken. Megjithatë, ato nuk do të jenë të papërshkueshme nga uji ose biodekompozohen.
Nuk ka dyshim se autori ka zhvilluar një proces për ta bërë drurin më të fortë se druri natyral. Megjithatë, dobia e harduerit për çdo punë të veçantë kërkon studim të mëtejshëm. A mund të jetë aq i lirë dhe pa burime sa plastika? A mund të konkurrojë me më të fortë , objekte metalike më tërheqëse, pafundësisht të ripërdorshme? Hulumtimi i tyre ngre pyetje interesante. Inxhinieria e vazhdueshme (dhe në fund tregu) do t'u përgjigjet atyre.
Koha e postimit: Prill-13-2022
