Le bois naturel et le métal sont des matériaux de construction essentiels pour l'homme depuis des milliers d'années. Les polymères synthétiques que nous appelons les plastiques sont une invention récente qui a explosé au XXe siècle.
Les métaux et les plastiques ont des propriétés bien adaptées à une utilisation industrielle et commerciale. Les métaux sont solides, rigides et généralement résistants à l'air, à l'eau, à la chaleur et aux contraintes constantes. Cependant, ils nécessitent également plus de ressources (ce qui signifie plus cher) pour produisent et affinent leurs produits. Le plastique fournit certaines des fonctions du métal tout en nécessitant moins de masse et est très bon marché à produire. Leurs propriétés peuvent être personnalisées pour presque toutes les utilisations. bonne chose, et personne ne veut vivre dans une maison en plastique. De plus, ils sont souvent raffinés à partir de combustibles fossiles.
Dans certaines applications, le bois naturel peut concurrencer les métaux et les plastiques. La plupart des maisons familiales sont construites sur une ossature en bois. Le problème est que le bois naturel est trop mou et trop facilement endommagé par l'eau pour remplacer le plastique et le métal la plupart du temps. Un article récent publié dans la revue Matter explore la création d'un matériau en bois durci qui surmonte ces limitations. Cette recherche a abouti à la création de couteaux et de clous en bois. Quelle est la qualité du couteau en bois et l'utiliserez-vous bientôt ?
La structure fibreuse du bois se compose d'environ 50 % de cellulose, un polymère naturel avec des propriétés de résistance théoriquement bonnes. La moitié restante de la structure en bois est principalement constituée de lignine et d'hémicellulose. Alors que la cellulose forme des fibres longues et résistantes qui fournissent au bois l'épine dorsale de son résistance, l'hémicellulose a peu de structure cohérente et ne contribue donc en rien à la résistance du bois. La lignine remplit les vides entre les fibres de cellulose et accomplit des tâches utiles pour le bois vivant. un obstacle.
Dans cette étude, le bois naturel a été transformé en bois durci (HW) en quatre étapes. Tout d'abord, le bois est bouilli dans de l'hydroxyde de sodium et du sulfate de sodium pour éliminer une partie de l'hémicellulose et de la lignine. Après ce traitement chimique, le bois devient plus dense en pressant dans une presse pendant plusieurs heures à température ambiante. Cela réduit les interstices naturels ou les pores du bois et améliore la liaison chimique entre les fibres de cellulose adjacentes. Ensuite, le bois est pressurisé à 105° C (221° F) pendant quelques heures pour compléter la densification, puis séché. Enfin, le bois est immergé dans de l'huile minérale pendant 48 heures pour rendre le produit fini imperméable.
Une propriété mécanique d'un matériau structurel est la dureté d'indentation, qui est une mesure de sa capacité à résister à la déformation lorsqu'il est pressé par la force. Le diamant est plus dur que l'acier, plus dur que l'or, plus dur que le bois et plus dur que la mousse d'emballage. tests utilisés pour déterminer la dureté, comme la dureté de Mohs utilisée en gemmologie, le test Brinell en fait partie. Son concept est simple : un roulement à billes en métal dur est enfoncé dans la surface de test avec une certaine force. Mesurez le diamètre de la circulaire indentation créée par la bille. La valeur de dureté Brinell est calculée à l'aide d'une formule mathématique ;En gros, plus le trou atteint par la balle est grand, plus le matériau est tendre. Dans ce test, le HW est 23 fois plus dur que le bois naturel.
La plupart des bois naturels non traités absorbent l'eau. Cela peut dilater le bois et éventuellement détruire ses propriétés structurelles. Les auteurs ont utilisé un trempage minéral de deux jours pour augmenter la résistance à l'eau du HW, le rendant plus hydrophobe ("peur de l'eau"). Le test d'hydrophobicité consiste à placer une goutte d'eau sur une surface. Plus la surface est hydrophobe, plus les gouttelettes d'eau deviennent sphériques. Une surface hydrophile ("qui aime l'eau"), en revanche, étale les gouttelettes à plat (et par la suite absorbe plus facilement l'eau). Par conséquent, le trempage minéral augmente non seulement considérablement l'hydrophobicité du HW, mais empêche également le bois d'absorber l'humidité.
Dans certains tests d'ingénierie, les couteaux HW ont obtenu des résultats légèrement meilleurs que les couteaux en métal. Les auteurs affirment que le couteau HW est environ trois fois plus tranchant qu'un couteau disponible dans le commerce. Cependant, il y a une mise en garde à ce résultat intéressant. Les chercheurs comparent les couteaux de table, ou ce que nous pourrions appeler des couteaux à beurre. Ils ne sont pas censés être particulièrement tranchants. Les auteurs montrent une vidéo de leur couteau en train de couper un steak, mais un adulte raisonnablement fort pourrait probablement couper le même steak avec le côté émoussé d'une fourchette en métal, et un couteau à steak fonctionnerait beaucoup mieux.
Qu'en est-il des clous ? Un seul clou HW peut apparemment être facilement martelé dans une pile de trois planches, bien qu'il ne soit pas aussi détaillé qu'il est relativement facile par rapport aux clous en fer. Des chevilles en bois peuvent alors maintenir les planches ensemble, résistant à la force qui les déchirerait à part, avec à peu près la même ténacité que les piquets de fer. Dans leurs tests, cependant, les planches dans les deux cas ont échoué avant que l'un ou l'autre des clous ne tombe en panne, de sorte que les clous les plus solides n'étaient pas exposés.
Les clous HW sont-ils meilleurs à d'autres égards ? Les piquets en bois sont plus légers, mais le poids de la structure n'est pas principalement entraîné par la masse des piquets qui la maintiennent ensemble. Les piquets en bois ne rouillent pas. Cependant, ils ne seront pas imperméables à l'eau ou biodécomposer.
Il ne fait aucun doute que l'auteur a développé un procédé pour rendre le bois plus résistant que le bois naturel. Cependant, l'utilité de la quincaillerie pour un travail particulier nécessite une étude plus approfondie. , des objets métalliques plus beaux et réutilisables à l'infini ? Leurs recherches soulèvent des questions intéressantes. L'ingénierie en cours (et in fine le marché) y répondra.
Heure de publication : 13 avril 2022
