31/03/2025
0Новый метод обработки позволяет значительно повысить прочность древесины на разрыв и конкурировать с металлами и сплавами
Это открытие может проложить путь к использованию все большего количества изделий из древесины в каркасах, дверях и окнах, где металл предпочитался дереву из-за его более высокой прочности на разрыв. (Photo Credit: naturallywood.com)
Ученые нашли способ сделать прочную древесину еще прочнее – удалить полые трубки, проходящие через ее целлюлозную структуру, что позволит древесине заменить металл в строительстве, а в перспективе – в самолетах и автомобилях. Ученые из китайского Нанкинского университета утверждают, что эти трубки, известные как «просветы», до сих пор ограничивали естественную прочность древесины, что является основной причиной ее низкой стойкости на разрыв по сравнению с аналогами из металлов и сплавов.
Опубликовав статью в журнале Bioresources and Bioproducts, ученые обнародовали новый химический метод, позволяющий сделать древесину плотнее, равномерно заполняя эти трубки. Обработанная таким образом древесина «демонстрирует сверхвысокую прочность на растяжение (496,1 МПа), изгиб (392,7 МПа) и ударную вязкость (75,2 кДж/кв. м), превосходящие показатели спрессованной плотной древесины и традиционных металлических материалов, таких как алюминиевые сплавы».
Этот процесс «самоуплотнения» происходит в результате кипячения древесины в смеси каустической соды и сульфита натрия для удаления части лигнина. Затем ее вымачивают в смеси хлорида лития и растворителя, известного как диметилацетамид, в результате чего целлюлоза и лигнин набухают и устраняют просветы трубок, а затем оставляют сушиться и сжиматься.
На этой диаграмме показаны различия между самоуплотняющейся древесиной (вверху справа) и традиционной прессованной древесиной (внизу слева). Национальная лаборатория микроструктур твердого тела, ключевая лаборатория искусственных функциональных материалов Цзянсу и факультет материаловедения и инженерии, Колледж инженерных и прикладных наук, Нанкинский университет, Нанкин 210093, Китай, yfchen@nju.edu.cn
По словам Дафанга Хуанга с факультета материаловедения и инженерии Нанкинского университета, главная привлекательность метода заключается в том, что он вызывает «равномерную усадку», что значительно превосходит метод «горячего прессования», который позволяет механически сжимать древесину только по одной оси: «Такая равномерная усадка приводит к увеличению общих механических характеристик древесины на порядок, что дает значительное преимущество перед сжатой плотной древесиной», – сказал Хуанг, добавив, что сверхпрочная древесина имеет „большой потенциал для применения в качестве устойчивого инженерного материала, заменяющего традиционные конструкционные материалы, такие как металлы и сплавы“.
Секрет ученых, позволяющий сделать необработанную древесину прочнее алюминия!В прошлом году журнал Wood Central сообщил, что ученые из Мэриленда (США) создали новый сорт древесины тополя, который по прочности не уступает химически обработанной древесине и сравнялся с алюминием. Они добились этого, используя редактирование базы, чтобы повлиять на ключевой ген тополя, который занимается производством лигнина, уменьшив количество лигнина в древесине тополя примерно на 13 %.
«Обычно, когда вы создаете древесину, чтобы сделать ее более прочной и долговечной, вы делаете это путем химического уменьшения количества лигнина в древесине», – говорит профессор Ипин Ци, один из ведущих авторов исследования. «Этот процесс является энергоемким и предполагает использование множества химических веществ, которые могут нанести вред окружающей среде».
