Một loạt các kết quả nghiên cứu đầy hứa hẹn hiện đã được công bố về chủ đề 'các thanh rỗng làm từ gỗ'. Các thanh rỗng làm từ gỗ đã và đang được phát triển theo nhiều cách khác nhau cho mục đích xây dựng nhẹ và chế biến công nghiệp – từ sản xuất các sản phẩm tiêu dùng và lĩnh vực xây dựng đến các thành phần trong máy móc và hệ thống.
Tất cả các phương pháp đều có một điểm chung: gỗ có thể có nguồn gốc từ lâm nghiệp trong nước hoặc nông lâm kết hợp, đòi hỏi đầu vào năng lượng tương đối thấp trong quá trình thu hoạch và chế biến, lưu trữ carbon và cung cấp năng lượng tái tạo khi hết vòng đời hữu ích. Khi thay thế nhựa, thép hoặc các kim loại khác, vật liệu này có thể đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ khí hậu và tạo ra giá trị khu vực.
Các thành phần dạng ống, còn được gọi là các cấu hình rỗng, có trọng lượng nhẹ, sử dụng ít vật liệu hơn nhưng vẫn bền. Điều này làm cho chúng trở nên hấp dẫn đối với nhiều ứng dụng, chẳng hạn như các kết cấu chịu lực trong lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật ô tô hoặc sản xuất đồ nội thất. Cho đến nay, các cấu hình rỗng bằng gỗ là ngoại lệ. Các kết quả nghiên cứu đầy hứa hẹn hiện đang mở ra cánh cửa cho các ứng dụng mới cho vật liệu này:
Trong dự án Lignobraid , các nhà khoa học tại Đại học Kỹ thuật Dresden (TU Dresden) đã phát triển thành công các cấu hình rỗng được làm từ các dải ván lạng đan bằng máy. Ván lạng bao gồm gỗ sồi đỏ và gỗ bạch dương chưa qua xử lý. Trong quá trình sản xuất linh kiện trong khuôn, bề mặt được tẩm một hệ thống nhựa epoxy sinh học.
Một trong những lợi thế của quy trình mới là mức độ tự động hóa cao. Các cấu hình tự hào có các tính chất cơ học tốt, với mô đun đàn hồi tương đương với nhựa gia cường sợi thủy tinh. Ngoài ra, tùy chọn thiết kế cho phép sản xuất cùng một cấu hình ở các mặt cắt ngang khác nhau, dù là tròn hay vuông.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Kassel đang theo đuổi phương pháp dệt may tương tự trong dự án SALIX AFS . Công ty Heinrich Kuper GmbH và Đại học Khoa học Ứng dụng Hof cũng tham gia. Đến năm 2027, họ đang nghiên cứu sản xuất công nghiệp và tự động các loại vải dệt và bện ống có đường kính lên đến 40 cm từ sợi gỗ liễu liên tục. Thách thức nằm ở việc phát triển công nghệ máy móc phù hợp với sợi gỗ liễu. Gỗ liễu có tỷ lệ thuận lợi giữa độ đàn hồi uốn, độ bền kéo và trọng lượng, lý tưởng cho các công trình xây dựng nhẹ, cùng nhiều ứng dụng khác. Các cấu trúc dệt làm từ gỗ liễu mang lại tiềm năng đáng kể trong thiết kế, ví dụ như kiến trúc nội thất, nhưng cũng có thể ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật, như vật liệu composite.
Viện Xây dựng Thép và Gỗ tại TU Dresden và GHEbavaria Maschinen GmbH đã dựa vào gỗ nguyên khối cho dự án uốn ngang của họ. Họ đã sản xuất các cấu hình rỗng từ gỗ nguyên khối uốn cong theo thớ gỗ. Trong khi uốn dọc theo thớ gỗ là công nghệ tiên tiến nhất trong xây dựng đồ nội thất, thì uốn ngang các mặt cắt chịu lực là công nghệ mới đối với ngành xây dựng. Ưu điểm của các cấu hình gỗ đúc nằm ở hiệu quả vật liệu cao, sử dụng bất kỳ loài gỗ bản địa nào và kết hợp với vật liệu composite sợi, cho phép các cấu hình này góp phần vào đa dạng sinh học trong rừng trong khi vẫn có thể hoàn thành mọi nhiệm vụ xây dựng. Các nhà nghiên cứu nhìn thấy các ứng dụng tiềm năng trong ngành xây dựng, cũng như trong ô tô, kỹ thuật cơ khí và xây dựng đồ nội thất.
Các nhà nghiên cứu do Niemeier Fahrzeugwerke GmbH điều phối đã phát triển một quy trình đùn để sản xuất liên tục các ống gỗ đúc có độ bền cao trong dự án Woodtrusion. Các đối tác của dự án là Steinbeis Innovation GmbH và Viện nghiên cứu dệt may Saxon. Nhà máy trình diễn nén các thanh vân sam được sắp xếp theo hình tròn có đường kính nhỏ khoảng 50 mm thành các cấu hình ống dưới tác động của áp suất, độ ẩm và nhiệt độ. Việc bọc chúng bằng sợi thủy tinh, carbon hoặc aramid sẽ ngăn ngừa sự giãn nở trở lại do lực phục hồi. Các nghiên cứu đi kèm tại Viện Xây dựng Thép và Gỗ tại TU Dresden đã chỉ ra rằng một cột ống gia cố bằng sợi thủy tinh làm bằng gỗ đúc có độ dày thành 2 cm có khả năng chịu tải 1200 kN. Do đó, các cấu hình này đại diện cho một giải pháp thay thế tiềm năng cho các kết cấu thép. Nhờ các đặc tính giảm rung kết hợp với trọng lượng nhẹ, chúng có thể được quan tâm đối với các kết cấu khung, ví dụ.
Dự án Back-to-nature tại Đại học Khoa học Ứng dụng Braunschweig/Wolfenbüttel hướng đến một ứng dụng hoàn toàn khác: Mục đích là để xác định chất lượng gỗ cho các thành phần ma sát, tức là các thành phần chịu ma sát và mài mòn. Một ví dụ ứng dụng là ống lót ổ trục trơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng ống lót bằng gỗ nguyên khối, theo truyền thống được sản xuất bằng cách phay và tiện, làm cơ sở. Họ đã sửa đổi các ống lót này trước thông qua quá trình nén, xử lý nhiệt và tẩm sáp để chúng thể hiện các đặc tính tốt hơn trong các thử nghiệm ma sát và mài mòn so với polyethylene trọng lượng phân tử cực cao có nguồn gốc từ hóa thạch (UHMWPE). Kết quả có thể đặc biệt hữu ích đối với các nhà sản xuất các thành phần ổ trục trơn, phớt, khớp nối và thành phần kết nối. Các thành phần này không giải phóng các hạt vi mô dai dẳng cũng như khí thải độc hại, một lợi thế đặc biệt trong quá trình sản xuất và chế biến.
Đọc thêm
Nạn phá rừng ở Đức trở thành nguồn phát thải CO2 | Pugnalom
Biohydrogen từ chất thải gỗ | Pugnalom
