A faca de madeira endurecida é três vezes mais afiada que a faca de mesa

Facas e pregos de madeira endurecida estão chegando a uma loja perto de você?

Crédito: Bo Chen et al, Matter, 2021.



Principais conclusões
  • A madeira especialmente tratada poderia competir com o aço e o plástico em algumas aplicações.
  • Os autores demonstram que uma faca de madeira pode cortar um bife e pregos de madeira podem segurar as tábuas.
  • Em última análise, a utilidade dos produtos de madeira será determinada pela capacidade de engenharia e pelo mercado.

A madeira natural e o metal serviram como materiais de construção humanos essenciais por milênios. Os polímeros sintéticos que chamamos de plásticos são uma invenção recente, explodindo no século XX.



Tanto os metais quanto os plásticos possuem propriedades excelentes para uso industrial e comercial. Os metais são fortes, duros e geralmente resistentes ao ar, água, calor e estresse prolongado. Mas, eles também são mais intensivos em recursos (o que significa mais caros) para produzir e refinar em produtos. Os plásticos oferecem parte da capacidade dos metais, exigindo menos massa e são extremamente baratos de produzir. Suas propriedades podem ser adaptadas para praticamente qualquer uso. No entanto, os plásticos comerciais baratos produzem péssimos materiais estruturais: utensílios de plástico não são bons e ninguém quer morar em uma casa de plástico. Além disso, eles geralmente são refinados a partir de combustíveis fósseis.

A madeira natural pode competir com metal e plástico em algumas aplicações. A maioria das casas familiares são construídas em estruturas de madeira. O problema é que a madeira natural é muito macia e facilmente comprometida pela água para substituir o plástico e o metal na maioria das vezes. UMA papel recentemente publicado na revista Importam explora a criação de um material de madeira endurecida que supera essas limitações. A pesquisa culmina na criação de facas e pregos de madeira. Quão boa é uma faca de madeira, e você vai usar uma em breve?



Um primer em madeira

A estrutura fibrosa da madeira é composta por cerca de 50% de celulose, um polímero natural que teoricamente possui boas propriedades de resistência. A metade restante da estrutura da madeira é principalmente lignina e hemicelulose. Enquanto a celulose forma fibras longas e resistentes que dão à madeira a espinha dorsal de sua força natural, a hemicelulose tem uma estrutura pouco coerente e, portanto, não contribui para a resistência da madeira. A lignina preenche as lacunas entre as fibras de celulose e realiza tarefas úteis para a madeira viva. Mas para os propósitos humanos de compactar a madeira e unir mais firmemente suas fibras de celulose, a lignina atrapalha.

Como tornar a madeira 23 vezes mais difícil

Neste estudo, a madeira natural é transformada em madeira endurecida (HW) em quatro etapas. Primeiro, a madeira é fervida em hidróxido de sódio e sulfato de sódio para retirar parte da hemicelulose e lignina. Após este tratamento químico, a madeira torna-se mais densa espremida numa prensa à temperatura ambiente durante várias horas. Isso reduz lacunas ou poros naturais na madeira e aumenta a ligação química entre as fibras de celulose vizinhas. Em seguida, a madeira é prensada por mais algumas horas a 105°C (221°F) para finalizar a densificação e depois secar. Por fim, a madeira é submersa em óleo mineral por 48 horas, conferindo ao produto acabado resistência à água.

Uma propriedade mecânica de um material estrutural é dureza de indentação , uma medida de sua capacidade de resistir à deformação quando pressionado por uma força. O diamante é mais duro que o aço, que é mais duro que o ouro, que é mais duro que a madeira, que é mais duro que a espuma de embalagem. Entre uma série de testes de engenharia para determinar a dureza, como a escala de Mohs para gemologia, é o teste de Brinell. Seu conceito é simples: um rolamento de esferas de metal duro é pressionado na superfície de teste com uma certa quantidade de força. O diâmetro do entalhe circular criado pela bola é medido. O número de dureza Brinell é calculado com uma fórmula matemática; grosso modo, quanto maior o buraco que a bola faz, mais macio é o material. O HW mede 23 vezes mais do que a madeira natural neste teste.



A maioria das madeiras naturais não tratadas absorve água. Isso expande a madeira e acaba destruindo suas propriedades estruturais. Os autores usam a imersão mineral de dois dias para melhorar a resistência à água do HW, tornando-o mais hidrofóbico (medo de água). Um teste de hidrofobicidade é colocar uma gota de água em uma superfície. Quanto mais hidrofóbica a superfície, mais esférica a gota de água se tornará. Por outro lado, uma superfície hidrofílica (que ama a água) espalhará a gota (e posteriormente absorverá a água com muito mais facilidade). Assim, a impregnação mineral não só aumenta drasticamente a hidrofobicidade do HW, como também evita que a madeira absorva água.

Quão afiada é uma faca de madeira endurecida?

Para que pode ser usada a madeira endurecida? Os autores criam dois objetos HW: facas e pregos.

Em alguns testes de engenharia, as facas HW têm um desempenho ligeiramente melhor do que as facas de metal. Os autores afirmam que a faca HW é cerca de três vezes mais afiada que as facas disponíveis comercialmente. Mas, há uma ressalva para este resultado interessante. Os pesquisadores estavam comparando facas de mesa, ou o que poderíamos chamar de facas de manteiga. Esses não devem ser particularmente afiados. Os autores mostram um vídeo de sua faca cortando um bife, mas um adulto razoavelmente forte provavelmente poderia cortar o mesmo bife com o lado maçante de um garfo de metal, e uma faca de bife funcionaria muito melhor.



Que tal a unha? Um prego HW aparentemente pode ser martelado em uma pilha de três tábuas sem muita dificuldade, embora a relativa facilidade em comparação com um prego de ferro não seja descrita com cuidado. O prego de madeira pode então manter as tábuas juntas contra uma força que as separa com aproximadamente a mesma tenacidade de um prego de ferro. No entanto, em seus testes, as placas falham em ambos os casos antes que qualquer prego falhe, então o prego mais forte não é revelado.

A unha HW é melhor de outras maneiras? O prego de madeira é mais leve, mas o peso de uma estrutura não é impulsionado principalmente pela massa dos pregos que a prendem. O prego de madeira será impermeável à ferrugem. No entanto, não será impermeável à absorção de água ou ao apodrecimento biológico.



As facas de madeira estão chegando a uma loja perto de você?

Sem dúvida, os autores desenvolveram um processo para criar madeira que é substancialmente mais forte do que sua contraparte natural. No entanto, a utilidade do HW para qualquer trabalho específico exigirá um estudo mais aprofundado. Pode ser feito tão barato e com tão poucos recursos quanto o plástico? Pode competir com um objeto de metal mais forte, mais atraente e infinitamente reutilizável? Sua pesquisa levanta questões interessantes. A engenharia contínua (e eventualmente o mercado) responderá a eles.

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