Dodano: 09 luty 2018r.

Wzmocnione drewno, które jest mocniejsze od stali

Naukowcy opracowali proces, który sprawia, że drewno staję się znacznie twardsze i zachowuje przy tym swój niski ciężar. Ta innowacja może spowodować, że drewno przerodzi się w naturalny i niedrogi substytut stali i innych materiałów.

 

Kluczem do supermocy nowego drewna jest specjalna obróbka chemiczna, po której następuje proces podgrzewania i ściskania. Wiązania chemiczne sprawiają, że drewno jest wystarczająco mocne, aby mogło być stosowane w budynkach, a nawet w pojazdach.

- Opracowany przez nas proces obróbki drewna sprawia, że ​​jest ono 12 razy mocniejsze i 10 razy twardsze od naturalnego drewna – powiedział Liangbing Hu z University of Maryland. – Jest tak wytrzymałe i trwałe, że może konkurować ze stalą, a nawet stopami tytanu. Można je porównać do włókna węglowego, ale jest przy tym znacznie tańsze – dodał.

- Nasze superdrewno jest tak wytrzymałe, jak stal, ale sześciokrotnie od niego lżejsze. Do jego złamania potrzeba 10 razy więcej energii niż w przypadku naturalnego drewna. Możemy je nawet uformować, wyginać na początki procesu – wyjaśnił Teng Li, która także brał udział w badaniach.

Opracowany przez inżynierów proces jest dwustopniowy. Badacze skupili się na modyfikacji porowatej struktury naturalnego drewna. W pierwszym kroku naturalne drewno jest gotowane w mieszaninie wodortlenków sodu i siarczanów sodu przez około siedem godzin. To proces bardzo podobny do tego, który stosuje się przy produkcji papieru.

Następnie drewno przechodzi fazę kompresji, która jest przeprowadzana również w wysokiej temperaturze, by zniszczyć ściany między poszczególnymi komórkami. Procesy te są w stanie usunąć niektóre polimery, ale zachować inne, niezbędne dla wytrzymałości drewna.


Fot. University of Maryland


W rezultacie pojawiała się drewniana deska o jednej piątej swojej początkowej grubości, ale o trzy razy większej gęstości i blisko 12 razy mocniejsza. Reakcje chemiczne w tych procesach są dość złożone, ale sama procedura jest bardzo prosta i do tego tania. Metoda ta sprawdza się na różnych rodzajach drewna.

Gotowy produkt jest twardy, wytrzymały i lekki. Do tego odporny na ściskanie i zarysowania. Przy okazji zabezpieczony przed wilgocią.

Próby wzmocnienia drewna trwały od dekad. Niektóre wysiłki koncentrowały się na syntezowaniu nowych materiałów poprzez ekstrakcję nanowłókien w celulozie - twardym naturalnym polimerze w komórkach rurowych. Ale zespół inżynierów z USA zastosował inne podejście. Kąpiel chemiczną i prasę – to wystarczyło do przekształcenia drewna w materiał, który jest mocniejszy niż stal.

By sprawdzić wytrzymałość superdrewna, badacze przeprowadzili testy balistyczne. Pięć warstw laminowanego razem materiału było w stanie zatrzymać stalowy pocisk poruszający się z prędkością około 30 metrów na sekundę.

 

 

To znacznie mniejsza prędkość od pocisku wystrzelonego z pistoletu, ale badacze porównali ją do tej, z jaką samochód może się poruszać przed kolizją, dzięki czemu materiał może być odpowiedni do zastosowania w pojazdach.

Jednym z kolejnych kroków jest zwiększenie skali i przyspieszenie procesu produkcji nowego drewna - choć naukowcy twierdzą, że nie powinno to stanowić zbyt dużego problemu. - Szczególnie ekscytujące jest to, że metoda ta jest wszechstronna dla różnych gatunków drewna i dość łatwa do wdrożenia – przyznał Huajian Gao z Brown University w Rhode Island, który nie brał udziału w badaniach.

 

Źródło: Nature, Scientific American