มีดไม้แข็งจะคมกว่ามีดโต๊ะถึงสามเท่า

ไม้ธรรมชาติและโลหะเป็นวัสดุก่อสร้างที่จำเป็นสำหรับมนุษย์มาเป็นเวลาหลายพันปี โพลิเมอร์สังเคราะห์ที่เราเรียกว่าพลาสติกเป็นสิ่งประดิษฐ์ล่าสุดที่แพร่หลายในศตวรรษที่ 20
ทั้งโลหะและพลาสติกมีคุณสมบัติที่เหมาะสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ โลหะมีความแข็งแรง แข็ง และโดยทั่วไปมีความยืดหยุ่นต่ออากาศ น้ำ ความร้อน และความเครียดคงที่ อย่างไรก็ตาม ยังต้องใช้ทรัพยากรมากขึ้น (ซึ่งหมายถึงราคาแพงกว่า) เพื่อ ผลิตและปรับปรุงผลิตภัณฑ์ของตน พลาสติกมีฟังก์ชันบางอย่างเหมือนโลหะในขณะที่ต้องการมวลน้อยและมีราคาถูกมากในการผลิต คุณสมบัติของพลาสติกสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานได้เกือบทุกประเภท อย่างไรก็ตาม พลาสติกเชิงพาณิชย์ราคาถูกเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างแย่มาก: เครื่องใช้พลาสติกไม่ใช่ เป็นสิ่งที่ดีและไม่มีใครอยากอยู่ในบ้านพลาสติก นอกจากนี้ พวกเขามักจะกลั่นจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
ในการใช้งานบางอย่าง ไม้ธรรมชาติสามารถแข่งขันกับโลหะและพลาสติกได้ บ้านของครอบครัวส่วนใหญ่สร้างด้วยโครงไม้ ปัญหาคือไม้ธรรมชาติอ่อนเกินไปและเสียหายง่ายเกินไปจากน้ำที่จะมาแทนที่พลาสติกและโลหะเกือบตลอดเวลา กระดาษล่าสุด ตีพิมพ์ในวารสาร Matter สำรวจการสร้างวัสดุไม้ชุบแข็งที่เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ งานวิจัยนี้ถึงจุดสูงสุดในการประดิษฐ์มีดไม้และตะปู มีดไม้ดีแค่ไหน และคุณจะใช้มันเร็ว ๆ นี้หรือไม่?
โครงสร้างเส้นใยของไม้ประกอบด้วยเซลลูโลสประมาณ 50% ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ธรรมชาติที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ดีในทางทฤษฎี โครงสร้างไม้ที่เหลืออีกครึ่งหนึ่งส่วนใหญ่เป็นลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ในขณะที่เซลลูโลสก่อตัวเป็นเส้นใยยาวที่เหนียวซึ่งให้แกนหลักตามธรรมชาติของไม้ ความแข็งแรง เฮมิเซลลูโลสมีโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันเพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์อะไรต่อความแข็งแรงของไม้ ลิกนินเติมเต็มช่องว่างระหว่างเส้นใยเซลลูโลสและทำหน้าที่ที่มีประโยชน์สำหรับไม้ที่มีชีวิต แต่สำหรับจุดประสงค์ของมนุษย์ในการกระชับไม้และยึดเส้นใยเซลลูโลสเข้าด้วยกันให้แน่นยิ่งขึ้น ลิกนินกลายเป็น อุปสรรค
ในการศึกษานี้ ไม้ธรรมชาติถูกทำให้เป็นไม้ชุบแข็ง (HW) ใน 4 ขั้นตอน ขั้นแรก นำไม้ไปต้มในโซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมซัลเฟตเพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลสและลิกนินบางส่วน หลังจากการบำบัดด้วยสารเคมีนี้ ไม้จะหนาแน่นขึ้นโดยการกด โดยกดเป็นเวลาหลายชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งช่วยลดช่องว่างตามธรรมชาติหรือรูพรุนในเนื้อไม้ และเพิ่มพันธะเคมีระหว่างเส้นใยเซลลูโลสที่อยู่ติดกัน ถัดไป ไม้จะถูกอัดด้วยแรงดันที่อุณหภูมิ 105° C (221° F) อีกสองสามนาที ชั่วโมงเพื่อทำให้มีความหนาแน่นสมบูรณ์ แล้วจึงตากให้แห้ง สุดท้าย ไม้จะถูกแช่ในน้ำมันแร่เป็นเวลา 48 ชั่วโมงเพื่อให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปกันน้ำได้
สมบัติเชิงกลอย่างหนึ่งของวัสดุโครงสร้างคือความแข็งแบบเยื้อง ซึ่งเป็นมาตรวัดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปเมื่อถูกบีบ เพชรแข็งกว่าเหล็ก แข็งกว่าทอง แข็งกว่าไม้ และแข็งกว่าโฟมบรรจุภัณฑ์ ในบรรดาวิศวกรรมต่างๆ การทดสอบที่ใช้ในการกำหนดความแข็ง เช่น ความแข็งแบบ Mohs ที่ใช้ในวิทยาอัญมณี การทดสอบ Brinell ก็เป็นหนึ่งในนั้น แนวคิดของการทดสอบนั้นเรียบง่าย: ตลับลูกปืนโลหะแข็งถูกกดลงบนพื้นผิวการทดสอบด้วยแรงที่กำหนด วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลม การเยื้องที่ลูกบอลสร้างขึ้นค่าความแข็งบริเนลล์คำนวณโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งลูกบอลกระทบหลุมมากเท่าใด วัสดุก็จะยิ่งนุ่มมากขึ้นเท่านั้น ในการทดสอบนี้ HW แข็งกว่าไม้ธรรมชาติถึง 23 เท่า
ไม้ธรรมชาติที่ไม่ผ่านการบำบัดส่วนใหญ่จะดูดซับน้ำ สิ่งนี้สามารถขยายเนื้อไม้และทำลายคุณสมบัติทางโครงสร้างของมันได้ในที่สุด ผู้เขียนใช้การแช่น้ำแร่เป็นเวลาสองวันเพื่อเพิ่มความสามารถในการกันน้ำของ HW ทำให้ไม่ชอบน้ำมากขึ้น (“กลัวน้ำ”) การทดสอบความสามารถในการไม่ชอบน้ำเกี่ยวข้องกับการวางหยดน้ำบนพื้นผิว ยิ่งพื้นผิวไม่ชอบน้ำมากเท่าใด หยดน้ำก็จะยิ่งกลมมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำ (“รักน้ำ”) จะกระจายหยดน้ำในแนวราบ (และต่อมา ดูดซับน้ำได้ง่ายขึ้น) ดังนั้น การแช่แร่ไม่เพียงแต่เพิ่มความสามารถในการไม่ชอบน้ำของ HW อย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น แต่ยังป้องกันไม้จากการดูดซับความชื้นอีกด้วย
ในการทดสอบทางวิศวกรรมบางอย่าง มีด HW ทำงานได้ดีกว่ามีดโลหะเล็กน้อย ผู้เขียนอ้างว่ามีด HW มีความคมมากกว่ามีดที่มีจำหน่ายทั่วไปประมาณ 3 เท่า อย่างไรก็ตาม มีข้อแม้สำหรับผลลัพธ์ที่น่าสนใจนี้ นักวิจัยกำลังเปรียบเทียบมีดตั้งโต๊ะ หรือที่เราเรียกว่ามีดทาเนย มีดเหล่านี้ไม่ได้มีความคมเป็นพิเศษ ผู้เขียนได้แสดงวิดีโอมีดของพวกเขากำลังหั่นสเต็ก แต่ผู้ใหญ่ที่แข็งแรงพอสมควรอาจหั่นสเต็กชิ้นเดียวกันโดยใช้ส้อมโลหะด้านทื่อได้ และ มีดสเต็กจะทำงานได้ดีกว่ามาก
แล้วตะปูล่ะ? ตะปู HW ตัวเดียวสามารถตอกเข้ากับไม้กระดานสามแผ่นซ้อนกันได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าจะไม่ละเอียดเท่าเมื่อเทียบกับตะปูเหล็ก หมุดไม้สามารถยึดไม้กระดานเข้าด้วยกัน ต้านทานแรงที่จะฉีก โดยมีความเหนียวพอๆ กับหมุดเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบ กระดานในทั้งสองกรณีพังก่อนที่ตะปูตัวใดตัวหนึ่งจะพัง ดังนั้นตะปูที่แข็งแรงกว่าจึงไม่ถูกเปิดเผย
ตะปู HW ดีกว่าในทางอื่นหรือไม่ หมุดไม้จะเบากว่า แต่น้ำหนักของโครงสร้างไม่ได้ขับเคลื่อนโดยมวลของหมุดที่ยึดเข้าด้วยกันเป็นหลัก หมุดไม้จะไม่เกิดสนิม อย่างไรก็ตาม จะกันน้ำหรือน้ำเข้าไม่ได้ ย่อยสลายทางชีวภาพ
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าผู้เขียนได้พัฒนากระบวนการเพื่อให้ไม้แข็งแรงกว่าไม้ธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของฮาร์ดแวร์สำหรับงานเฉพาะใดๆ จำเป็นต้องศึกษาเพิ่มเติม ไม้ราคาถูกและใช้ทรัพยากรน้อยกว่าพลาสติกจะแข่งขันกับไม้ที่แข็งแรงกว่าได้หรือไม่ วัตถุโลหะที่น่าดึงดูดยิ่งขึ้นและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไร้ขีดจำกัด? การวิจัยของพวกเขาทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ วิศวกรรมที่กำลังดำเนินอยู่ (และท้ายที่สุดคือตลาด) จะตอบคำถามเหล่านี้


เวลาโพสต์: เม.ย.-13-2565