Исследователи успешно соединили дерево и пластик без шурупов и клея
Древесина — отличный материал для строительства: она легкая, прочная и не загрязняет окружающую среду. Однако соединение древесины с другими материалами, такими как металл или пластик, может стать проблемой, которая делает древесину менее полезной во многих сценариях.
Теперь группа ученых-материаловедов разработала два новых подхода к склеиванию древесины, которые могут сделать ее более полезной в строительстве, автомобилях и даже в космонавтике.
Сегодня для крепления древесины к другим материалам необходимо использовать клей или механические крепежи, такие как винты или болты. Клеи могут со временем разрушаться, а винты могут быть громоздкими и влиять на структурную прочность древесины. Команда ученых из Грацского технического университета (TU Graz) в Австрии говорит, что стимулом для проекта стала защита окружающей среды. Исследователи полагают, что если сделать древесину более универсальной в производстве, то она может заменить энергоемкие и неперерабатываемые материалы.
В работе использовалась древесина как бука, так и дуба. В качестве пластика исследователи протестировали полиамид, армированный углеродным волокном, и полифениленсульфид.
Ученые разработали технологию 3D-печати, которая позволяет добавлять пластиковые композиты прямо поверх древесины. Напечатанный материал затекает в поры древесины, подвергаясь химической реакции, похожей на реакцию клея с деревом. Они нагружали соединение до тех пор, пока оно в конечном итоге не разрушилось, но ученые отметили, что в порах древесины был пластик, а в пластике — древесные волокна. Это говорит о том, что соединение разрушилось со стороны дерева или пластика, а не со стороны стыка.
По словам Серхио Амансио из Технического университета Граца, целью этого процесса было сделать его максимально простым, поэтому поверхность древесины была полностью необработанной. Лазерная обработка или травление древесины для увеличения количества пор могли бы сделать соединение еще прочнее.
Другой метод основан на ультразвуковой вибрации. Вибрация создается устройством, называемым сонотродом. Когда он соприкасается с пластиковым композитом, трение генерирует выброс тепла, который на короткое время расплавляет пластик.
Расплавленный пластик проникает в поры в древесине, создавая прочную связь. Ученые обнаружили, что это соединение очень стабильно, но оно лучше для длинных 2D-объектов, тогда как подход 3D-печати может соответствовать более разнообразной поверхности.
Хотя исследователи также сообщают об испытаниях металлов, таких как нержавеющая сталь 316L и титан (TI-64), нет никаких подробностей о том, какую технологию они использовали. Однако процесс был запатентован, и есть надежда, что технология вскоре найдет свое применение в производстве.