A madeira e o metal naturais foron materiais de construción esenciais para os humanos durante miles de anos. Os polímeros sintéticos que chamamos plásticos son unha invención recente que explotou no século XX.
Tanto os metais como os plásticos teñen propiedades axeitadas para o seu uso industrial e comercial. Os metais son fortes, ríxidos e, en xeral, resistentes ao aire, á auga, á calor e á tensión constante. Non obstante, tamén requiren máis recursos (o que significa que son máis caros) para producir e refinar os seus produtos. O plástico proporciona algunhas das funcións do metal, pero require menos masa e é moi barato de producir. As súas propiedades pódense personalizar para case calquera uso. Non obstante, os plásticos comerciais baratos son materiais estruturais terribles: os electrodomésticos de plástico non son algo bo e ninguén quere vivir nunha casa de plástico. Ademais, adoitan refinarse a partir de combustibles fósiles.
Nalgúns casos, a madeira natural pode competir cos metais e os plásticos. A maioría das casas familiares están construídas sobre estruturas de madeira. O problema é que a madeira natural é demasiado branda e se dana con demasiada facilidade coa auga para substituír o plástico e o metal a maior parte do tempo. Un artigo recente publicado na revista Matter explora a creación dun material de madeira endurecida que supera estas limitacións. Esta investigación culminou na creación de coitelos e cravos de madeira. Que bo é o coitelo de madeira e usaráso pronto?
A estrutura fibrosa da madeira consiste aproximadamente nun 50 % de celulosa, un polímero natural con boas propiedades de resistencia teoricamente. A metade restante da estrutura da madeira é principalmente lignina e hemicelulosa. Mentres que a celulosa forma fibras longas e resistentes que lle proporcionan á madeira a columna vertebral da súa resistencia natural, a hemicelulosa ten unha estrutura pouco coherente e, polo tanto, non contribúe en nada á resistencia da madeira. A lignina enche os ocos entre as fibras de celulosa e realiza tarefas útiles para a madeira viva. Pero para o propósito dos humanos de compactar a madeira e unir as súas fibras de celulosa máis fortemente, a lignina converteuse nun obstáculo.
Neste estudo, a madeira natural converteuse en madeira endurecida (HW) en catro pasos. Primeiro, a madeira férvese en hidróxido de sodio e sulfato de sodio para eliminar parte da hemicelulosa e a lignina. Despois deste tratamento químico, a madeira faise máis densa presionándoa nunha prensa durante varias horas a temperatura ambiente. Isto reduce os ocos ou poros naturais da madeira e mellora a unión química entre as fibras de celulosa adxacentes. A continuación, a madeira presurízase a 105 °C (221 °F) durante unhas horas máis para completar a densificación e logo sécase. Finalmente, a madeira mergúllase en aceite mineral durante 48 horas para que o produto acabado sexa impermeable.
Unha propiedade mecánica dun material estrutural é a dureza á indentación, que é unha medida da súa capacidade para resistir a deformación cando se comprime con forza. O diamante é máis duro que o aceiro, máis duro que o ouro, máis duro que a madeira e máis duro que a escuma de recheo. Entre as moitas probas de enxeñaría utilizadas para determinar a dureza, como a dureza Mohs utilizada en xemoloxía, a proba Brinell é unha delas. O seu concepto é sinxelo: un rodamento de bólas de metal duro prémese contra a superficie de proba cunha certa forza. Mídese o diámetro da indentación circular creada pola bóla. O valor da dureza Brinell calcúlase mediante unha fórmula matemática; en termos xerais, canto maior sexa o burato na que golpea a bóla, máis brando será o material. Nesta proba, a HW é 23 veces máis dura que a madeira natural.
A maior parte da madeira natural sen tratar absorbe auga. Isto pode expandir a madeira e, finalmente, destruír as súas propiedades estruturais. Os autores empregaron unha inmersión mineral de dous días para aumentar a resistencia á auga da madeira apta para madeira (HW), facéndoa máis hidrófoba ("medo á auga"). A proba de hidrofobicidade consiste en colocar unha pinga de auga sobre unha superficie. Canto máis hidrófoba sexa a superficie, máis esféricas se volven as pingas de auga. Unha superficie hidrófila ("amante da auga"), pola contra, estende as pingas planas (e, posteriormente, absorbe auga máis facilmente). Polo tanto, a inmersión mineral non só aumenta significativamente a hidrofobicidade da HW, senón que tamén impide que a madeira absorba humidade.
Nalgunhas probas de enxeñaría, os coitelos HW tiveron un rendemento lixeiramente mellor que os coitelos de metal. Os autores afirman que o coitelo HW é aproximadamente tres veces máis afiado que un coitelo dispoñible comercialmente. Non obstante, hai unha advertencia para este interesante resultado. Os investigadores están a comparar coitelos de mesa, ou o que poderiamos chamar coitelos de manteiga. Estes non están pensados para ser particularmente afiados. Os autores mostran un vídeo do seu coitelo cortando un filete, pero un adulto razoablemente forte probablemente podería cortar o mesmo filete co lado desafilado dun garfo de metal, e un coitelo para filete funcionaría moito mellor.
E os cravos? Un só cravo de madeira pode, ao parecer, cravarse facilmente nunha pila de tres táboas, aínda que non é tan detallado como o é con relativa facilidade en comparación cos cravos de ferro. As estacas de madeira poden manter as táboas xuntas, resistiendo a forza que as separaría, con aproximadamente a mesma resistencia que as estacas de ferro. Non obstante, nas súas probas, as táboas en ambos os casos fallaron antes de que fallase algún dos cravos, polo que os cravos máis fortes non quedaron expostos.
Son mellores os cravos de madeira con peche hermético noutros aspectos? As estacas de madeira son máis lixeiras, pero o peso da estrutura non se debe principalmente á masa das estacas que a manteñen unida. As estacas de madeira non se oxidan. Non obstante, non serán impermeables á auga nin á biodescomposición.
Non hai dúbida de que o autor desenvolveu un proceso para facer que a madeira sexa máis resistente que a madeira natural. Non obstante, a utilidade dos ferraxes para calquera traballo en particular require máis estudos. Pode ser tan barato e sen recursos como o plástico? Pode competir con obxectos metálicos máis fortes, atractivos e infinitamente reutilizables? A súa investigación suscita preguntas interesantes. A enxeñaría en curso (e, en última instancia, o mercado) responderá as preguntas.
Data de publicación: 13 de abril de 2022
