Il legno naturale e il metallo sono materiali da costruzione essenziali per l'uomo da migliaia di anni. I polimeri sintetici che chiamiamo plastica sono un'invenzione recente esplosa nel XX secolo.
Sia i metalli che le materie plastiche hanno proprietà che ben si adattano all'uso industriale e commerciale. I metalli sono forti, rigidi e generalmente resistenti all'aria, all'acqua, al calore e allo stress costante. Tuttavia, richiedono anche più risorse (il che significa più costoso) per produrre e perfezionare i loro prodotti. La plastica fornisce alcune delle funzioni del metallo, ma richiede meno massa ed è molto economica da produrre. Le loro proprietà possono essere personalizzate per quasi tutti gli usi. buona cosa, e nessuno vuole vivere in una casa di plastica. Inoltre, sono spesso raffinati dai combustibili fossili.
In alcune applicazioni, il legno naturale può competere con metalli e plastica. La maggior parte delle case familiari sono costruite su strutture in legno. Il problema è che il legno naturale è troppo tenero e troppo facilmente danneggiato dall'acqua per sostituire la plastica e il metallo la maggior parte delle volte. Un documento recente pubblicato sulla rivista Matter esplora la creazione di un materiale in legno indurito che superi queste limitazioni. Questa ricerca è culminata nella creazione di coltelli e chiodi di legno. Quanto è buono il coltello di legno e lo userai presto?
La struttura fibrosa del legno è costituita per circa il 50% da cellulosa, un polimero naturale con proprietà di resistenza teoricamente buone. La restante metà della struttura del legno è costituita principalmente da lignina ed emicellulosa. forza, l'emicellulosa ha una struttura poco coerente e quindi non contribuisce in alcun modo alla forza del legno. La lignina riempie i vuoti tra le fibre di cellulosa e svolge compiti utili per il legno vivo. un ostacolo.
In questo studio, il legno naturale è stato trasformato in legno indurito (HW) in quattro passaggi. Innanzitutto, il legno viene bollito in idrossido di sodio e solfato di sodio per rimuovere parte dell'emicellulosa e della lignina. Dopo questo trattamento chimico, il legno diventa più denso premendo in una pressa per diverse ore a temperatura ambiente. Questo riduce gli spazi naturali o i pori nel legno e migliora il legame chimico tra le fibre di cellulosa adiacenti. Successivamente, il legno viene pressurizzato a 105° C (221° F) per qualche altro ore per completare l'addensamento, quindi essiccato. Infine, il legno viene immerso in olio minerale per 48 ore per rendere il prodotto finito impermeabile.
Una proprietà meccanica di un materiale strutturale è la durezza della rientranza, che è una misura della sua capacità di resistere alla deformazione quando viene schiacciato con la forza. Il diamante è più duro dell'acciaio, più duro dell'oro, più duro del legno e più duro della schiuma da imballaggio. test utilizzati per determinare la durezza, come la durezza Mohs utilizzata in gemmologia, il test Brinell è uno di questi. Il suo concetto è semplice: un cuscinetto a sfera in metallo duro viene premuto sulla superficie di prova con una certa forza. Misurare il diametro del cerchio rientranza creata dalla sfera. Il valore di durezza Brinell è calcolato utilizzando una formula matematica;in parole povere, più grande è il foro colpito dalla palla, più morbido è il materiale. In questo test, HW è 23 volte più duro del legno naturale.
La maggior parte del legno naturale non trattato assorbe l'acqua. Questo può espandere il legno e alla fine distruggere le sue proprietà strutturali. Gli autori hanno utilizzato un bagno minerale di due giorni per aumentare la resistenza all'acqua dell'HW, rendendolo più idrofobo ("paura dell'acqua"). Il test di idrofobicità consiste nel posizionare una goccia d'acqua su una superficie. Quanto più idrofobica è la superficie, tanto più sferiche diventano le goccioline d'acqua. assorbe l'acqua più facilmente). Pertanto, l'ammollo minerale non solo aumenta significativamente l'idrofobicità dell'HW, ma impedisce anche al legno di assorbire l'umidità.
In alcuni test ingegneristici, i coltelli HW si sono comportati leggermente meglio dei coltelli in metallo. Gli autori affermano che il coltello HW è circa tre volte più affilato di un coltello disponibile in commercio. Tuttavia, c'è un avvertimento a questo risultato interessante. I ricercatori stanno confrontando i coltelli da tavola, o quelli che potremmo chiamare coltelli da burro. Questi non sono pensati per essere particolarmente affilati. Gli autori mostrano un video del loro coltello che taglia una bistecca, ma un adulto ragionevolmente forte potrebbe probabilmente tagliare la stessa bistecca con il lato smussato di una forchetta di metallo, e un coltello da bistecca funzionerebbe molto meglio.
E i chiodi? Apparentemente un singolo chiodo HW può essere facilmente martellato in una pila di tre assi, anche se non così dettagliato in quanto è relativa facilità rispetto ai chiodi di ferro. I pioli di legno possono quindi tenere insieme le assi, resistendo alla forza che si strapperebbe a parte, con all'incirca la stessa robustezza dei pioli di ferro. Nei loro test, tuttavia, le assi in entrambi i casi hanno ceduto prima che uno dei due chiodi si rompesse, quindi i chiodi più forti non sono stati esposti.
I chiodi HW sono migliori in altri modi? I pioli di legno sono più leggeri, ma il peso della struttura non è guidato principalmente dalla massa dei pioli che la tengono insieme. I pioli di legno non arrugginiscono. Tuttavia, non sarà impermeabile all'acqua o biodecomporre.
Non c'è dubbio che l'autore abbia sviluppato un processo per rendere il legno più resistente del legno naturale. Tuttavia, l'utilità dell'hardware per qualsiasi lavoro particolare richiede ulteriori studi. Può essere economico e senza risorse come la plastica? , oggetti metallici più attraenti e riutilizzabili all'infinito? La loro ricerca solleva domande interessanti. L'ingegneria in corso (e in ultima analisi il mercato) risponderà a loro.
Tempo di pubblicazione: 13 aprile 2022
