Itace da ƙarfe na halitta sun kasance muhimman kayan gini ga ɗan adam tsawon dubban shekaru. Sinadaran polymers na roba da muke kira robobi wani ƙirƙira ne da ya ɓarke a ƙarni na 20.
Karfe da robobi suna da halaye da suka dace da amfani da masana'antu da kasuwanci. Karfe suna da ƙarfi, tsauri, kuma gabaɗaya suna jure wa iska, ruwa, zafi, da damuwa akai-akai. Duk da haka, suna kuma buƙatar ƙarin albarkatu (wanda ke nufin ya fi tsada) don samarwa da tsaftace samfuran su. Robobi yana ba da wasu ayyukan ƙarfe yayin da yake buƙatar ƙarancin nauyi kuma yana da arha sosai don samarwa. Ana iya keɓance kadarorin su don kusan kowane amfani. Duk da haka, robobi masu rahusa na kasuwanci suna yin mummunan kayan gini: kayan aikin filastik ba abu ne mai kyau ba, kuma babu wanda ke son zama a cikin gidan filastik. Bugu da ƙari, sau da yawa ana tace su daga man fetur.
A wasu aikace-aikace, itacen halitta na iya yin gogayya da ƙarfe da robobi. Yawancin gidajen iyali ana gina su ne akan tsarin katako. Matsalar ita ce itacen halitta yana da laushi sosai kuma ruwa yana lalata shi cikin sauƙi don maye gurbin filastik da ƙarfe a mafi yawan lokuta. Wani takarda da aka buga kwanan nan a cikin mujallar Matter ta bincika ƙirƙirar kayan itace mai tauri wanda ya shawo kan waɗannan ƙuntatawa. Wannan binciken ya kai ga ƙirƙirar wuƙaƙe da ƙusoshi na katako. Yaya wuƙar katako take da kyau kuma za ku yi amfani da ita nan ba da jimawa ba?
Tsarin fiber na itace ya ƙunshi kusan kashi 50% na cellulose, wani polymer na halitta wanda ke da kyawawan halaye masu ƙarfi a ka'ida. Sauran rabin tsarin katako galibi lignin da hemicellulose ne. Duk da cewa cellulose yana samar da dogayen zare masu ƙarfi waɗanda ke ba itace tushen ƙarfinsa na halitta, hemicellulose ba shi da tsari mai daidaituwa kuma don haka ba ya ba da gudummawa ga ƙarfin itacen. Lignin yana cike gurɓatattun abubuwa tsakanin zaren cellulose kuma yana yin ayyuka masu amfani ga itace mai rai. Amma don manufar ɗan adam na manne itace da ɗaure zaren cellulose ɗinsa sosai, lignin ya zama cikas.
A cikin wannan binciken, an yi itacen halitta ya zama itacen da aka taurare (HW) a matakai huɗu. Da farko, ana tafasa itacen da sodium hydroxide da sodium sulfate don cire wasu daga cikin hemicellulose da lignin. Bayan wannan maganin sinadarai, itacen yana ƙara kauri ta hanyar danna shi a cikin injin matsewa na tsawon awanni da yawa a zafin ɗaki. Wannan yana rage gibin halitta ko ramuka a cikin itacen kuma yana haɓaka haɗin sinadarai tsakanin zaruruwan cellulose da ke kusa. Na gaba, ana matse itacen a 105° C (221° F) na ƙarin awanni don kammala yawansa, sannan a busar da shi. A ƙarshe, ana nutsar da itacen a cikin man ma'adinai na tsawon awanni 48 don sa samfurin da aka gama ya hana ruwa shiga.
Ɗaya daga cikin abubuwan da ke cikin kayan gini shine taurin shiga, wanda shine ma'aunin ikonsa na tsayayya da nakasa lokacin da aka matse shi da ƙarfi. Lu'u-lu'u ya fi ƙarfe ƙarfi, ya fi zinariya ƙarfi, ya fi itace ƙarfi, kuma ya fi kumfa mai ɗaurewa ƙarfi. Daga cikin gwaje-gwajen injiniya da yawa da ake amfani da su don tantance taurin, kamar taurin Mohs da ake amfani da shi a fannin gemology, gwajin Brinell yana ɗaya daga cikinsu. Manufarsa mai sauƙi ce: ana matse bearing na ƙwallon ƙarfe mai tauri a saman gwajin tare da wani ƙarfi. Auna diamita na madauwari na madauwari da ƙwallon ta ƙirƙira. Ana ƙididdige ƙimar taurin Brinell ta amfani da dabarar lissafi; a zahiri, girman ramin da ƙwallon ta buga, kayan sun yi laushi. A cikin wannan gwajin, HW ya fi taurin itace na halitta sau 23.
Yawancin itacen halitta da ba a yi wa magani ba za su sha ruwa. Wannan zai iya faɗaɗa itacen kuma daga ƙarshe ya lalata halayensa na tsarin. Marubutan sun yi amfani da jiƙa ma'adinai na kwana biyu don ƙara juriyar HW, wanda hakan ya sa ya zama mai son ruwa ("tsoron ruwa"). Gwajin hydrophobicity ya ƙunshi sanya digo na ruwa a kan wani wuri. Yayin da saman ya fi son ruwa, haka nan digo na ruwa ke zama masu siffar zagaye. A gefe guda kuma, saman hydrophilic ("mai son ruwa") yana yaɗa digo a kwance (kuma daga baya yana shan ruwa cikin sauƙi). Saboda haka, jiƙa ma'adinai ba wai kawai yana ƙara yawan son ruwa na HW ba, har ma yana hana itacen shan danshi.
A wasu gwaje-gwajen injiniya, wukake na HW sun fi wukake na ƙarfe kyau. Marubutan sun yi iƙirarin cewa wukake na HW ya ninka wuka mai kaifi sau uku fiye da wuka da ake samu a kasuwa. Duk da haka, akwai gargaɗi game da wannan sakamako mai ban sha'awa. Masu bincike suna kwatanta wukake na teburi, ko abin da za mu iya kira wukake na man shanu. Waɗannan ba a yi nufin su zama masu kaifi ba. Marubutan sun nuna bidiyon wukakensu suna yanka nama, amma babba mai ƙarfi zai iya yanka nama iri ɗaya da gefen cokali mai yatsu na ƙarfe mara kyau, kuma wukake na nama zai yi aiki mafi kyau.
Yaya batun ƙusoshin? A bayyane yake cewa ƙusoshin HW guda ɗaya za a iya haɗa su cikin sauƙi zuwa tarin katako uku, kodayake ba su da cikakkun bayanai kamar yadda suke da sauƙi idan aka kwatanta da ƙusoshin ƙarfe. Sannan ƙusoshin katako za su iya riƙe katakon tare, suna tsayayya da ƙarfin da zai wargaza su, da kusan tauri iri ɗaya da ƙusoshin ƙarfe. Duk da haka, a cikin gwaje-gwajen su, allunan a duka yanayi biyu sun gaza kafin ɗayan ƙusoshin ya gaza, don haka ƙusoshin da suka fi ƙarfi ba a fallasa su ba.
Shin kusoshin HW sun fi kyau ta wasu hanyoyi? Fensir na katako sun fi sauƙi, amma nauyin tsarin ba ya dogara ne da nauyin fensir ɗin da ke riƙe shi tare ba. Fensir na katako ba zai yi tsatsa ba. Duk da haka, ba zai yi tsatsa ba daga ruwa ko ruɓewa.
Babu shakka marubucin ya ƙirƙiro wani tsari don sa itace ya fi ƙarfi fiye da itacen halitta. Duk da haka, amfanin kayan aiki ga kowane aiki yana buƙatar ƙarin nazari. Shin zai iya zama mai arha kuma mara albarkatu kamar filastik? Shin zai iya yin gogayya da abubuwa masu ƙarfi, masu kyau, da kuma waɗanda za a iya sake amfani da su ba tare da iyaka ba? Bincikensu ya haifar da tambayoyi masu ban sha'awa. Injiniyanci na ci gaba (da kuma a ƙarshe kasuwa) zai amsa su.
Lokacin Saƙo: Afrilu-13-2022
