La fusta i el metall naturals han estat materials de construcció essencials per als humans durant milers d'anys. Els polímers sintètics que anomenem plàstics són un invent recent que va explotar al segle XX.
Tant els metalls com els plàstics tenen propietats adequades per a ús industrial i comercial. Els metalls són forts, rígids i, en general, resistents a l'aire, l'aigua, la calor i l'estrès constant. No obstant això, també requereixen més recursos (és a dir, més cars) per produeixen i perfeccionen els seus productes. El plàstic ofereix algunes de les funcions del metall alhora que requereix menys massa i és molt barat de produir. Les seves propietats es poden personalitzar per a gairebé qualsevol ús. No obstant això, els plàstics comercials barats fan materials estructurals terribles: els aparells de plàstic no són un bona cosa, i ningú vol viure en una casa de plàstic. A més, sovint es refinen a partir de combustibles fòssils.
En algunes aplicacions, la fusta natural pot competir amb els metalls i els plàstics. La majoria de les cases familiars estan construïdes amb marcs de fusta. El problema és que la fusta natural és massa tova i es fa malbé massa fàcilment per l'aigua per substituir el plàstic i el metall la major part del temps. Un document recent publicat a la revista Matter explora la creació d'un material de fusta endurida que superi aquestes limitacions. Aquesta investigació va culminar amb la creació de ganivets i claus de fusta. Què tan bo és el ganivet de fusta i l'utilitzareu aviat?
L'estructura fibrosa de la fusta consta d'aproximadament un 50% de cel·lulosa, un polímer natural amb propietats de resistència teòricament bones. La meitat restant de l'estructura de fusta és principalment lignina i hemicel·lulosa. Mentre que la cel·lulosa forma fibres llargues i dures que proporcionen a la fusta la columna vertebral del seu natural. força, l'hemicel·lulosa té poca estructura coherent i, per tant, no contribueix res a la força de la fusta. La lignina omple els buits entre les fibres de cel·lulosa i realitza tasques útils per a la fusta viva. Però per al propòsit dels humans de compactar la fusta i unir les seves fibres de cel·lulosa més estretament, la lignina es va convertir en un obstacle.
En aquest estudi, la fusta natural es va convertir en fusta endurida (HW) en quatre passos. En primer lloc, la fusta es bull en hidròxid de sodi i sulfat de sodi per eliminar part de l'hemicel·lulosa i la lignina. Després d'aquest tractament químic, la fusta es torna més densa mitjançant la pressió. en una premsa durant diverses hores a temperatura ambient. Això redueix els buits o porus naturals de la fusta i millora la unió química entre les fibres de cel·lulosa adjacents. A continuació, la fusta es pressuritza a 105 ° C (221 ° F) durant uns quants més. hores per completar la densificació, i després s'asseca. Finalment, la fusta es submergeix en oli mineral durant 48 hores per fer que el producte acabat sigui impermeable.
Una propietat mecànica d'un material estructural és la duresa de sagnat, que és una mesura de la seva capacitat de resistir la deformació quan s'esprem amb força. El diamant és més dur que l'acer, més dur que l'or, més dur que la fusta i més dur que l'escuma d'embalatge. Entre les moltes enginyeries proves utilitzades per determinar la duresa, com la duresa de Mohs utilitzada en gemologia, la prova Brinell és una d'elles. El seu concepte és senzill: un coixinet de boles de metall dur es pressiona a la superfície de prova amb una certa força. Mesura el diàmetre de la circular. sagnat creada per la pilota. El valor de la duresa Brinell es calcula mitjançant una fórmula matemàtica;En termes generals, com més gran sigui el forat de la bola, més suau és el material. En aquesta prova, HW és 23 vegades més dur que la fusta natural.
La majoria de la fusta natural no tractada absorbirà aigua. Això pot expandir la fusta i, finalment, destruir les seves propietats estructurals. Els autors van utilitzar un remull mineral de dos dies per augmentar la resistència a l'aigua de l'HW, fent-lo més hidròfob ("por de l'aigua"). La prova d'hidrofobicitat consisteix a col·locar una gota d'aigua sobre una superfície. Com més hidròfoba sigui la superfície, més esfèriques es tornen les gotes d'aigua. Una superfície hidròfila ("amant de l'aigua"), en canvi, distribueix les gotes planes (i posteriorment). absorbeix l'aigua més fàcilment). Per tant, el remull mineral no només augmenta significativament la hidrofobicitat de l'HW, sinó que també evita que la fusta absorbeixi la humitat.
En algunes proves d'enginyeria, els ganivets HW van tenir un rendiment lleugerament millor que els ganivets metàl·lics. Els autors afirmen que el ganivet HW és aproximadament tres vegades més afilat que un ganivet disponible comercialment. No obstant això, hi ha una advertència sobre aquest resultat interessant. o el que podríem anomenar ganivets de mantega. Aquests no estan destinats a ser especialment afilats. Els autors mostren un vídeo del seu ganivet tallant un bistec, però un adult raonablement fort probablement podria tallar el mateix bistec amb el costat apagat d'una forquilla de metall, i un ganivet de bistec funcionaria molt millor.
Què passa amb els claus? Aparentment, un únic clau HW es pot martellejar fàcilment en una pila de tres taulons, encara que no és tan detallat com és relativament fàcil en comparació amb els claus de ferro. Aleshores, les clavilles de fusta poden subjectar els taulons, resistint la força que es trencaria. a part, amb aproximadament la mateixa duresa que les clavilles de ferro. En les seves proves, però, els taulers en ambdós casos van fallar abans que qualsevol dels claus fallés, de manera que els claus més forts no van quedar al descobert.
Les clavilles HW són millors d'altres maneres? Les clavilles de fusta són més lleugeres, però el pes de l'estructura no depèn principalment de la massa de les clavilles que la mantenen juntes. Les clavilles de fusta no s'oxiden. Tanmateix, no serà impermeable a l'aigua o biodescompondre.
No hi ha dubte que l'autor ha desenvolupat un procés per fer que la fusta sigui més forta que la fusta natural. No obstant això, la utilitat del maquinari per a qualsevol treball en particular requereix un estudi més ampli. Pot ser tan barat i sense recursos com el plàstic? Pot competir amb els més forts. , objectes metàl·lics més atractius i infinitament reutilitzables? La seva investigació planteja preguntes interessants. L'enginyeria en curs (i, en definitiva, el mercat) els respondrà.
Hora de publicació: 13-abril-2022
