Natürliches Holz und Metall sind seit Tausenden von Jahren wesentliche Baumaterialien für den Menschen. Die synthetischen Polymere, die wir Kunststoffe nennen, sind eine neue Erfindung, die im 20. Jahrhundert einen großen Aufschwung erlebte.
Sowohl Metalle als auch Kunststoffe verfügen über Eigenschaften, die sich gut für den industriellen und kommerziellen Einsatz eignen. Metalle sind stark, steif und im Allgemeinen widerstandsfähig gegen Luft, Wasser, Hitze und ständige Belastungen. Allerdings erfordern sie auch mehr Ressourcen (und damit auch höhere Kosten). Sie produzieren und verfeinern ihre Produkte. Kunststoff bietet einige der Funktionen von Metall, erfordert jedoch weniger Masse und ist sehr billig in der Herstellung. Ihre Eigenschaften können für nahezu jeden Verwendungszweck angepasst werden. Billige kommerzielle Kunststoffe sind jedoch schreckliche Strukturmaterialien: Kunststoffgeräte sind keine Gut so, und niemand möchte in einem Plastikhaus leben. Außerdem werden sie oft aus fossilen Brennstoffen raffiniert.
In einigen Anwendungen kann Naturholz mit Metallen und Kunststoffen konkurrieren. Die meisten Einfamilienhäuser sind auf Holzrahmen gebaut. Das Problem besteht darin, dass Naturholz zu weich ist und zu leicht durch Wasser beschädigt werden kann, um Kunststoff und Metall in den meisten Fällen zu ersetzen. Ein kürzlich erschienener Artikel Die in der Zeitschrift Matter veröffentlichte Studie untersucht die Schaffung eines gehärteten Holzmaterials, das diese Einschränkungen überwindet. Diese Forschung gipfelte in der Entwicklung von Holzmessern und -nägeln. Wie gut ist das Holzmesser und werden Sie es in absehbarer Zeit verwenden?
Die Faserstruktur von Holz besteht zu etwa 50 % aus Zellulose, einem natürlichen Polymer mit theoretisch guten Festigkeitseigenschaften. Die restliche Hälfte der Holzstruktur besteht hauptsächlich aus Lignin und Hemizellulose. Zellulose hingegen bildet lange, zähe Fasern, die dem Holz das Rückgrat seiner Natürlichkeit verleihen Festigkeit, Hemizellulose hat eine geringe zusammenhängende Struktur und trägt daher nichts zur Festigkeit des Holzes bei. Lignin füllt die Hohlräume zwischen Zellulosefasern und erfüllt nützliche Aufgaben für lebendes Holz. Aber für den Zweck des Menschen, Holz zu verdichten und seine Zellulosefasern fester miteinander zu verbinden, wurde Lignin ein Hindernis.
In dieser Studie wurde natürliches Holz in vier Schritten zu gehärtetem Holz (HW) verarbeitet. Zunächst wird das Holz in Natriumhydroxid und Natriumsulfat gekocht, um einen Teil der Hemizellulose und des Lignins zu entfernen. Nach dieser chemischen Behandlung wird das Holz durch Pressen dichter Anschließend wird das Holz mehrere Stunden lang bei Raumtemperatur in einer Presse gepresst. Dadurch werden die natürlichen Lücken oder Poren im Holz verkleinert und die chemische Bindung zwischen benachbarten Zellulosefasern verbessert. Anschließend wird das Holz noch einige weitere Stunden bei 105 °C (221 °F) unter Druck gesetzt Stunden bis zur vollständigen Verdichtung und anschließende Trocknung. Abschließend wird das Holz 48 Stunden lang in Mineralöl getaucht, um das fertige Produkt wasserfest zu machen.
Eine mechanische Eigenschaft eines Strukturmaterials ist die Eindruckhärte, die ein Maß für seine Fähigkeit ist, einer Verformung zu widerstehen, wenn es mit Gewalt zusammengedrückt wird. Diamant ist härter als Stahl, härter als Gold, härter als Holz und härter als Verpackungsschaum. Unter den vielen technischen Eigenschaften Tests zur Bestimmung der Härte, wie zum Beispiel die in der Gemmologie verwendete Mohs-Härte, der Brinell-Test ist einer davon. Sein Konzept ist einfach: Ein Hartmetallkugellager wird mit einer bestimmten Kraft in die Testoberfläche gedrückt. Messen Sie den Durchmesser des Kreises von der Kugel erzeugter Eindruck. Der Brinell-Härtewert wird anhand einer mathematischen Formel berechnet;Grob gesagt gilt: Je größer das Loch, in das der Ball trifft, desto weicher ist das Material. In diesem Test ist HW 23-mal härter als Naturholz.
Die meisten unbehandelten Naturhölzer absorbieren Wasser. Dadurch kann sich das Holz ausdehnen und schließlich seine strukturellen Eigenschaften zerstören. Die Autoren verwendeten ein zweitägiges Mineralbad, um die Wasserbeständigkeit des HW zu erhöhen, wodurch es hydrophober wurde („Angst vor Wasser“). Beim Hydrophobietest wird ein Wassertropfen auf eine Oberfläche platziert. Je hydrophober die Oberfläche, desto kugelförmiger werden die Wassertropfen. Eine hydrophile („wasserliebende“) Oberfläche hingegen verteilt die Tröpfchen flach (und anschließend). nimmt Wasser leichter auf). Durch die mineralische Tränkung wird also nicht nur die Hydrophobie des HW deutlich erhöht, sondern auch verhindert, dass das Holz Feuchtigkeit aufnimmt.
In einigen technischen Tests schnitten HW-Messer etwas besser ab als Metallmesser. Die Autoren behaupten, dass das HW-Messer etwa dreimal so scharf ist wie ein handelsübliches Messer. Dieses interessante Ergebnis hat jedoch einen Vorbehalt. Forscher vergleichen Tafelmesser, oder was wir Buttermesser nennen könnten. Diese sollen nicht besonders scharf sein. Die Autoren zeigen ein Video, in dem ihr Messer ein Steak schneidet, aber ein einigermaßen kräftiger Erwachsener könnte wahrscheinlich dasselbe Steak mit der stumpfen Seite einer Metallgabel schneiden, und Ein Steakmesser würde viel besser funktionieren.
Was ist mit den Nägeln? Ein einzelner HW-Nagel lässt sich offenbar leicht in einen Stapel von drei Brettern hämmern, wenn auch nicht so detailliert, da dies im Vergleich zu Eisennägeln relativ einfach ist. Holzstifte können die Bretter dann zusammenhalten und der Kraft widerstehen, die zum Reißen führen würde Sie trennten sie und hatten ungefähr die gleiche Zähigkeit wie Eisenstifte. Bei ihren Tests versagten jedoch in beiden Fällen die Bretter, bevor einer der Nägel versagte, so dass die stärkeren Nägel nicht freigelegt wurden.
Sind HW-Nägel in anderer Hinsicht besser? Holzstifte sind leichter, aber das Gewicht der Struktur wird nicht in erster Linie von der Masse der Stifte bestimmt, die sie zusammenhalten. Holzstifte rosten nicht. Sie sind jedoch nicht undurchlässig für Wasser oder biologisch zersetzen.
Es besteht kein Zweifel, dass der Autor ein Verfahren entwickelt hat, um Holz stärker als natürliches Holz zu machen. Der Nutzen von Hardware für eine bestimmte Aufgabe muss jedoch noch weiter untersucht werden. Kann es so billig und ressourcenschonender sein wie Kunststoff? Kann es mit stärkerem Material konkurrieren? , attraktivere, unendlich wiederverwendbare Metallobjekte? Ihre Forschung wirft interessante Fragen auf. Die fortlaufende Entwicklung (und letztendlich der Markt) wird sie beantworten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. April 2022
