มีดไม้เนื้อแข็งมีความคมมากกว่ามีดโต๊ะสามเท่า

ไม้ธรรมชาติและโลหะเป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญสำหรับมนุษย์มาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว โพลิเมอร์สังเคราะห์ที่เราเรียกว่าพลาสติกเป็นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ล่าสุดที่ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในศตวรรษที่ 20
ทั้งโลหะและพลาสติกมีคุณสมบัติที่เหมาะกับการใช้ในอุตสาหกรรมและการพาณิชย์ โลหะมีความแข็งแรง ทนทาน และโดยทั่วไปแล้วจะทนต่ออากาศ น้ำ ความร้อน และความเครียดที่คงที่ อย่างไรก็ตาม โลหะยังต้องใช้ทรัพยากรมากขึ้น (ซึ่งหมายถึงมีราคาแพงกว่า) ในการผลิตและกลั่นผลิตภัณฑ์ พลาสติกให้ฟังก์ชันบางอย่างเช่นเดียวกับโลหะในขณะที่ต้องการมวลน้อยกว่าและผลิตได้ในราคาถูกมาก คุณสมบัติของพลาสติกสามารถปรับแต่งได้สำหรับการใช้งานเกือบทุกประเภท อย่างไรก็ตาม พลาสติกเชิงพาณิชย์ราคาถูกเป็นวัสดุโครงสร้างที่แย่มาก เครื่องใช้พลาสติกไม่ใช่สิ่งที่ดี และไม่มีใครอยากอาศัยอยู่ในบ้านพลาสติก นอกจากนี้ พลาสติกยังมักกลั่นจากเชื้อเพลิงฟอสซิลอีกด้วย
ในบางกรณี ไม้ธรรมชาติสามารถแข่งขันกับโลหะและพลาสติกได้ บ้านส่วนใหญ่มักสร้างด้วยโครงไม้ ปัญหาคือไม้ธรรมชาติอ่อนเกินไปและเสียหายจากน้ำได้ง่ายเกินกว่าจะทดแทนพลาสติกและโลหะได้เกือบตลอดเวลา บทความวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Matter สำรวจการสร้างวัสดุไม้เนื้อแข็งที่เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ การวิจัยนี้สิ้นสุดลงด้วยการสร้างมีดและตะปูไม้ มีดไม้ดีแค่ไหน และคุณจะใช้มันในเร็วๆ นี้หรือไม่?
โครงสร้างเส้นใยของไม้ประกอบด้วยเซลลูโลสประมาณ 50% ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ธรรมชาติที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ดีในทางทฤษฎี ส่วนที่เหลืออีกครึ่งหนึ่งของโครงสร้างไม้ประกอบด้วยลิกนินและเฮมิเซลลูโลสเป็นหลัก ในขณะที่เซลลูโลสสร้างเส้นใยยาวและเหนียวซึ่งเป็นแกนหลักของความแข็งแรงตามธรรมชาติของไม้ เฮมิเซลลูโลสมีโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันน้อยและจึงไม่ส่งผลต่อความแข็งแรงของไม้แต่อย่างใด ลิกนินเติมเต็มช่องว่างระหว่างเส้นใยเซลลูโลสและทำหน้าที่ที่เป็นประโยชน์ต่อไม้ที่มีชีวิต แต่สำหรับจุดประสงค์ของมนุษย์ในการอัดไม้และยึดเส้นใยเซลลูโลสเข้าด้วยกันให้แน่นยิ่งขึ้น ลิกนินกลับกลายเป็นอุปสรรค
ในการศึกษานี้ ไม้ธรรมชาติถูกนำมาผ่านกระบวนการทำให้แข็ง (HW) ในสี่ขั้นตอน ขั้นแรก ไม้จะถูกต้มในโซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมซัลเฟตเพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลสและลิกนินบางส่วน หลังจากการบำบัดทางเคมีนี้ ไม้จะมีความหนาแน่นมากขึ้นโดยการกดในเครื่องอัดเป็นเวลาหลายชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง วิธีนี้จะช่วยลดช่องว่างหรือรูพรุนตามธรรมชาติในไม้และช่วยเพิ่มพันธะทางเคมีระหว่างเส้นใยเซลลูโลสที่อยู่ติดกัน จากนั้น ไม้จะถูกเพิ่มแรงดันที่อุณหภูมิ 105°C (221°F) เป็นเวลาอีกไม่กี่ชั่วโมงเพื่อให้มีความหนาแน่นเต็มที่ จากนั้นจึงทำการอบแห้ง ในที่สุด ไม้จะถูกแช่ในน้ำมันแร่เป็นเวลา 48 ชั่วโมงเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปกันน้ำได้
คุณสมบัติเชิงกลอย่างหนึ่งของวัสดุโครงสร้างคือความแข็งจากการกด ซึ่งเป็นการวัดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปเมื่อถูกบีบ เพชรแข็งกว่าเหล็ก แข็งกว่าทอง แข็งกว่าไม้ และแข็งกว่าโฟมบรรจุภัณฑ์ ในบรรดาการทดสอบทางวิศวกรรมมากมายที่ใช้ในการกำหนดความแข็ง เช่น ความแข็ง Mohs ที่ใช้ในอัญมณีศาสตร์ การทดสอบ Brinell เป็นหนึ่งในนั้น แนวคิดของการทดสอบนั้นเรียบง่าย นั่นคือ ตลับลูกปืนโลหะแข็งถูกกดลงบนพื้นผิวการทดสอบด้วยแรงที่กำหนด วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดวงกลมที่เกิดจากลูกบอล ค่าความแข็ง Brinell คำนวณโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ กล่าวโดยคร่าวๆ คือ ยิ่งลูกบอลกระทบรูใหญ่ วัสดุก็จะยิ่งอ่อนลง ในการทดสอบนี้ HW แข็งกว่าไม้ธรรมชาติถึง 23 เท่า
ไม้ธรรมชาติส่วนใหญ่ที่ไม่ได้รับการบำบัดจะดูดซับน้ำ ซึ่งอาจทำให้เนื้อไม้ขยายตัวและในที่สุดก็ทำลายคุณสมบัติโครงสร้างของไม้ได้ ผู้เขียนใช้การแช่แร่ธาตุเป็นเวลาสองวันเพื่อเพิ่มความต้านทานน้ำของ HW ทำให้มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำมากขึ้น (“กลัวน้ำ”) การทดสอบความไม่ชอบน้ำเกี่ยวข้องกับการวางหยดน้ำบนพื้นผิว ยิ่งพื้นผิวมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำมากเท่าใด หยดน้ำก็จะยิ่งเป็นทรงกลมมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำ (“ชอบน้ำ”) จะทำให้หยดน้ำกระจายตัวแบนราบ (และดูดซับน้ำได้ง่ายขึ้น) ดังนั้น การแช่แร่ธาตุจึงไม่เพียงแต่เพิ่มคุณสมบัติไม่ชอบน้ำของ HW อย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น แต่ยังป้องกันไม่ให้ไม้ดูดซับความชื้นอีกด้วย
ในการทดสอบทางวิศวกรรมบางกรณี มีด HW มีประสิทธิภาพดีกว่ามีดโลหะเล็กน้อย ผู้เขียนอ้างว่ามีด HW คมกว่ามีดที่วางจำหน่ายทั่วไปประมาณสามเท่า อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่น่าสนใจนี้ยังมีข้อควรระวัง นักวิจัยกำลังเปรียบเทียบมีดโต๊ะ หรือสิ่งที่เราอาจเรียกว่ามีดทาเนย ซึ่งไม่ได้ออกแบบมาให้คมเป็นพิเศษ ผู้เขียนแสดงวิดีโอที่มีดของพวกเขาใช้ตัดสเต็ก แต่ผู้ใหญ่ที่แข็งแรงพอสมควรอาจตัดสเต็กเดียวกันนี้ด้วยด้านทื่อของส้อมโลหะได้ และมีดสเต็กจะทำงานได้ดีกว่ามาก
แล้วตะปูล่ะ? ตะปู HW เพียงตัวเดียวสามารถตอกเป็นแผ่นไม้ซ้อนกันสามแผ่นได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าจะไม่ละเอียดเท่ากับตะปูเหล็กก็ตาม ตะปูไม้สามารถยึดแผ่นไม้เข้าด้วยกันได้ โดยต้านทานแรงที่จะทำให้แผ่นไม้แตกออกจากกัน โดยมีความทนทานพอๆ กับตะปูเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบ แผ่นไม้ทั้งสองกรณีจะล้มเหลวก่อนที่ตะปูตัวใดตัวหนึ่งจะล้มเหลว ดังนั้นตะปูที่แข็งแรงกว่าจึงไม่ถูกตอกออกมา
ตะปู HW ดีกว่าในด้านอื่นหรือไม่? ตะปูไม้มีน้ำหนักเบากว่า แต่ไม่ได้หมายความว่าน้ำหนักของโครงสร้างจะมาจากมวลของตะปูที่ยึดโครงสร้างเข้าด้วยกันเป็นหลัก ตะปูไม้จะไม่เป็นสนิม อย่างไรก็ตาม ตะปูไม้จะไม่ทนทานต่อน้ำหรือการย่อยสลายทางชีวภาพ
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าผู้เขียนได้พัฒนากระบวนการเพื่อทำให้ไม้มีความแข็งแรงกว่าไม้ธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของฮาร์ดแวร์สำหรับงานเฉพาะใดๆ ก็ตามต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม ฮาร์ดแวร์จะมีราคาถูกและประหยัดทรัพยากรได้เท่าพลาสติกหรือไม่? ฮาร์ดแวร์จะแข่งขันกับวัตถุโลหะที่แข็งแรงกว่า น่าดึงดูดใจกว่า และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ไม่จำกัดหรือไม่? การวิจัยของพวกเขาได้ยกคำถามที่น่าสนใจ วิศวกรรมที่ยังคงดำเนินอยู่ (และในท้ายที่สุดก็คือตลาด) จะให้คำตอบแก่คำถามเหล่านี้