La madera natural y el metal han sido materiales de construcción esenciales para los humanos durante miles de años. Los polímeros sintéticos que llamamos plásticos son una invención reciente que explotó en el siglo XX.
Tanto los metales como los plásticos tienen propiedades que son muy adecuadas para uso industrial y comercial. Los metales son fuertes, rígidos y generalmente resistentes al aire, al agua, al calor y al estrés constante. Sin embargo, también requieren más recursos (lo que significa más caro) para producir y refinar sus productos. El plástico proporciona algunas de las funciones del metal al tiempo que requiere menos masa y es muy barato de producir. Sus propiedades se pueden personalizar para casi cualquier uso. Sin embargo, los plásticos comerciales baratos son materiales estructurales terribles: los electrodomésticos de plástico no son un Lo bueno es que nadie quiere vivir en una casa de plástico. Además, a menudo se refinan a partir de combustibles fósiles.
En algunas aplicaciones, la madera natural puede competir con los metales y los plásticos. La mayoría de las casas familiares se construyen con estructuras de madera. El problema es que la madera natural es demasiado blanda y se daña con demasiada facilidad con el agua para reemplazar el plástico y el metal la mayor parte del tiempo. Un artículo reciente publicado en la revista Matter explora la creación de un material de madera endurecido que supere estas limitaciones. Esta investigación culminó con la creación de cuchillos y clavos de madera. ¿Qué tan bueno es el cuchillo de madera? ¿Lo usará pronto?
La estructura fibrosa de la madera se compone aproximadamente de un 50% de celulosa, un polímero natural con propiedades de resistencia teóricamente buenas. La mitad restante de la estructura de la madera es principalmente lignina y hemicelulosa. Mientras que la celulosa forma fibras largas y resistentes que proporcionan a la madera la columna vertebral de su estructura natural. fuerza, la hemicelulosa tiene poca estructura coherente y por lo tanto no contribuye en nada a la resistencia de la madera. La lignina llena los vacíos entre las fibras de celulosa y realiza tareas útiles para la madera viva. Pero para el propósito de los humanos de compactar la madera y unir sus fibras de celulosa más estrechamente, la lignina se convirtió en un obstáculo.
En este estudio, la madera natural se convirtió en madera endurecida (HW) en cuatro pasos. Primero, la madera se hierve en hidróxido de sodio y sulfato de sodio para eliminar parte de la hemicelulosa y la lignina. Después de este tratamiento químico, la madera se vuelve más densa al presionar en una prensa durante varias horas a temperatura ambiente. Esto reduce los huecos o poros naturales de la madera y mejora la unión química entre las fibras de celulosa adyacentes. A continuación, la madera se presuriza a 105 °C (221 °F) durante unos cuantos minutos más. horas para completar la densificación y luego se seca. Finalmente, la madera se sumerge en aceite mineral durante 48 horas para impermeabilizar el producto terminado.
Una propiedad mecánica de un material estructural es la dureza de indentación, que es una medida de su capacidad para resistir la deformación cuando se lo aprieta con fuerza. El diamante es más duro que el acero, más duro que el oro, más duro que la madera y más duro que la espuma de embalaje. Entre las muchas propiedades de ingeniería Pruebas utilizadas para determinar la dureza, como la dureza de Mohs utilizada en gemología, la prueba Brinell es una de ellas. Su concepto es simple: se presiona un rodamiento de bolas de metal duro en la superficie de prueba con una cierta fuerza. Mida el diámetro de la sangría creada por la bola. El valor de dureza Brinell se calcula mediante una fórmula matemática; En términos generales, cuanto más grande es el agujero por el que golpea la bola, más blando es el material. En esta prueba, la HW es 23 veces más dura que la madera natural.
La mayoría de la madera natural no tratada absorberá agua, lo que puede expandir la madera y eventualmente destruir sus propiedades estructurales. Los autores utilizaron un remojo mineral de dos días para aumentar la resistencia al agua del HW, haciéndolo más hidrofóbico (“miedo al agua”). La prueba de hidrofobicidad implica colocar una gota de agua sobre una superficie. Cuanto más hidrofóbica es la superficie, más esféricas se vuelven las gotas de agua. Por otro lado, una superficie hidrofílica (“amante del agua”) esparce las gotas de forma plana (y posteriormente absorbe agua más fácilmente). Por lo tanto, el remojo mineral no solo aumenta significativamente la hidrofobicidad del HW, sino que también evita que la madera absorba humedad.
En algunas pruebas de ingeniería, los cuchillos HW obtuvieron un rendimiento ligeramente mejor que los cuchillos de metal. Los autores afirman que el cuchillo HW es aproximadamente tres veces más afilado que un cuchillo disponible comercialmente. Sin embargo, este interesante resultado tiene una advertencia. Los investigadores están comparando cuchillos de mesa, o lo que podríamos llamar cuchillos para mantequilla. No están destinados a ser particularmente afilados. Los autores muestran un video de su cuchillo cortando un bistec, pero un adulto razonablemente fuerte probablemente podría cortar el mismo bistec con el lado sin filo de un tenedor de metal, y un cuchillo para carne funcionaría mucho mejor.
¿Qué pasa con los clavos? Aparentemente, un solo clavo HW se puede clavar fácilmente en una pila de tres tablas, aunque no es tan detallado como lo es con relativa facilidad en comparación con los clavos de hierro. Las clavijas de madera pueden mantener juntas las tablas, resistiendo la fuerza que las rompería. Sepáralas, con aproximadamente la misma dureza que las clavijas de hierro. Sin embargo, en sus pruebas, en ambos casos las tablas fallaron antes de que fallara cualquiera de los clavos, por lo que los clavos más fuertes no quedaron expuestos.
¿Los clavos HW son mejores en otros aspectos? Las clavijas de madera son más livianas, pero el peso de la estructura no depende principalmente de la masa de las clavijas que la mantienen unida. Las clavijas de madera no se oxidan. Sin embargo, no serán impermeables al agua o biodescomponerse.
No hay duda de que el autor ha desarrollado un proceso para hacer que la madera sea más fuerte que la madera natural. Sin embargo, la utilidad del hardware para cualquier trabajo en particular requiere más estudio. ¿Puede ser tan barato y consumir menos recursos como el plástico? ¿Puede competir con materiales más fuertes? ¿Objetos metálicos más atractivos e infinitamente reutilizables? Su investigación plantea preguntas interesantes. La ingeniería en curso (y, en última instancia, el mercado) las responderá.
Hora de publicación: 13-abr-2022
