Natura ligno kaj metalo estis esencaj konstrumaterialoj por homoj dum miloj da jaroj. La sintezaj polimeroj, kiujn ni nomas plastoj, estas lastatempa invento, kiu eksplodis en la 20-a jarcento.
Kaj metaloj kaj plastoj havas ecojn bone taŭgajn por industria kaj komerca uzo. Metaloj estas fortaj, rigidaj, kaj ĝenerale rezistemaj al aero, akvo, varmo kaj konstanta streso. Tamen, ili ankaŭ postulas pli da rimedoj (kio signifas pli multekostan) por produkti kaj rafini siajn produktojn. Plasto provizas kelkajn el la funkcioj de metalo, samtempe postulante malpli da maso kaj estas tre malmultekosta por produkti. Iliaj ecoj povas esti adaptitaj por preskaŭ ajna uzo. Tamen, malmultekostaj komercaj plastoj faras terurajn strukturajn materialojn: plastaj aparatoj ne estas bona afero, kaj neniu volas vivi en plasta domo. Krome, ili ofte estas rafinitaj el fosiliaj brulaĵoj.
En iuj aplikoj, natura ligno povas konkurenci kun metaloj kaj plastoj. Plej multaj familiaj domoj estas konstruitaj sur ligna kadro. La problemo estas, ke natura ligno estas tro mola kaj tro facile difektita de akvo por anstataŭigi plaston kaj metalon plejofte. Lastatempa artikolo publikigita en la revuo Matter esploras la kreadon de hardita ligna materialo, kiu superas ĉi tiujn limigojn. Ĉi tiu esplorado kulminis per la kreado de lignaj tranĉiloj kaj najloj. Kiom bona estas la ligna tranĉilo kaj ĉu vi uzos ĝin baldaŭ?
La fibreca strukturo de ligno konsistas el proksimume 50% da celulozo, natura polimero kun teorie bonaj rezistecoj. La restanta duono de la ligna strukturo estas ĉefe lignino kaj hemicelulozo. Dum celulozo formas longajn, fortikajn fibrojn, kiuj provizas al ligno la spinon de ĝia natura forto, hemicelulozo havas malmulte da kohera strukturo kaj tial kontribuas nenion al la forto de la ligno. Lignino plenigas la malplenojn inter celulozaj fibroj kaj plenumas utilajn taskojn por vivanta ligno. Sed por la celo de homoj kompaktigi lignon kaj pli forte ligi ĝiajn celulozajn fibrojn, lignino fariĝis malhelpo.
En ĉi tiu studo, natura ligno estis transformita en harditan lignon (HW) en kvar paŝoj. Unue, la ligno estas boligita en natria hidroksido kaj natria sulfato por forigi iom da hemicelulozo kaj lignino. Post ĉi tiu kemia traktado, la ligno fariĝas pli densa per premado en gazetaro dum pluraj horoj je ĉambra temperaturo. Ĉi tio reduktas la naturajn interspacojn aŭ porojn en la ligno kaj plifortigas la kemian ligadon inter apudaj celulozaj fibroj. Poste, la ligno estas premizita je 105° C (221° F) dum kelkaj pliaj horoj por kompletigi densiĝon, kaj poste sekigita. Fine, la ligno estas mergita en minerala oleo dum 48 horoj por igi la pretan produkton akvorezista.
Unu mekanika eco de struktura materialo estas la malmoleco de la indentacio, kiu estas mezuro de ĝia kapablo rezisti deformadon kiam premita per forto. Diamanto estas pli malmola ol ŝtalo, pli malmola ol oro, pli malmola ol ligno, kaj pli malmola ol ŝaŭmo. Inter la multaj inĝenieraj testoj uzataj por determini malmolecon, kiel ekzemple la Mohs-malmoleco uzata en gemologio, la Brinell-testo estas unu el ili. Ĝia koncepto estas simpla: malmola metala globlagro estas premita en la testsurfacon kun certa forto. Mezuru la diametron de la cirkla indentacio kreita de la globo. La valoro de Brinell-malmoleco estas kalkulata per matematika formulo; malglate parolante, ju pli granda estas la truo, kiun la globo trafas, des pli mola estas la materialo. En ĉi tiu testo, HW estas 23 fojojn pli malmola ol natura ligno.
Plej multaj netraktitaj naturaj ligoj absorbas akvon. Tio povas vastigi la lignon kaj fine detrui ĝiajn strukturajn ecojn. La aŭtoroj uzis dutagan mineralan trempadon por pliigi la akvoreziston de la akvorezista ligno (AC), igante ĝin pli hidrofoba ("timanta akvon"). La hidrofobeca testo implikas meti guton da akvo sur surfacon. Ju pli hidrofoba la surfaco, des pli sferaj la akvogutetoj fariĝas. Hidrofila ("akvo-ama") surfaco, aliflanke, disvastigas la gutetojn plate (kaj poste pli facile absorbas akvon). Tial, minerala trempado ne nur signife pliigas la hidrofobecon de la AC, sed ankaŭ malhelpas la lignon absorbi humidon.
En iuj inĝenieraj testoj, HW-tranĉiloj funkciis iomete pli bone ol metalaj tranĉiloj. La aŭtoroj asertas, ke la HW-tranĉilo estas ĉirkaŭ trioble pli akra ol komerce havebla tranĉilo. Tamen, ekzistas singardo al ĉi tiu interesa rezulto. Esploristoj komparas tablotranĉilojn, aŭ tion, kion ni eble nomus butertranĉiloj. Ĉi tiuj ne estas celitaj esti aparte akraj. La aŭtoroj montras filmeton de sia tranĉilo tranĉanta bifstekon, sed sufiĉe forta plenkreskulo verŝajne povus tranĉi la saman bifstekon per la malakra flanko de metala forko, kaj bifsteka tranĉilo funkcius multe pli bone.
Kio pri la najloj? Ununura ŝtala najlo ŝajne povas esti facile martelita en stakon de tri tabuloj, kvankam ne tiel detale kiel relative facile kompare kun feraj najloj. Lignaj kejloj tiam povas teni la tabulojn kune, rezistante la forton, kiu disŝirus ilin, kun proksimume la sama forteco kiel feraj kejloj. En iliaj testoj, tamen, la tabuloj en ambaŭ kazoj rompiĝis antaŭ ol ambaŭ najloj rompiĝis, do la pli fortaj najloj ne estis eksponitaj.
Ĉu altkvalitaj najloj estas pli bonaj laŭ aliaj manieroj? Lignaj kejloj estas pli malpezaj, sed la pezo de la strukturo ne estas ĉefe pelata de la maso de la kejloj, kiuj tenas ĝin kune. Lignaj kejloj ne rustos. Tamen, ili ne estos imunaj al akvo aŭ biomalkomponiĝo.
Sendube, la aŭtoro disvolvis procezon por igi lignon pli forta ol natura ligno. Tamen, la utileco de aparataro por iu ajn aparta tasko postulas plian studon. Ĉu ĝi povas esti tiel malmultekosta kaj senrimeda kiel plasto? Ĉu ĝi povas konkuri kun pli fortaj, pli allogaj, senlime reuzeblaj metalaj objektoj? Ilia esplorado levas interesajn demandojn. Daŭra inĝenierado (kaj finfine la merkato) respondos ilin.
Afiŝtempo: 13-a de aprilo 2022
