Kayu dan logam alami telah menjadi bahan bangunan penting bagi manusia selama ribuan tahun. Polimer sintetik yang kita sebut plastik adalah penemuan baru yang meledak pada abad ke-20.
Logam dan plastik memiliki sifat yang cocok untuk penggunaan industri dan komersial. Logam kuat, kaku, dan umumnya tahan terhadap udara, air, panas, dan tekanan konstan. Namun, mereka juga membutuhkan lebih banyak sumber daya (yang berarti lebih mahal) untuk memproduksi dan menyempurnakan produk mereka.Plastik menyediakan beberapa fungsi logam sementara membutuhkan lebih sedikit massa dan sangat murah untuk diproduksi.Sifatnya dapat disesuaikan untuk hampir semua penggunaan.Namun, plastik komersial yang murah membuat bahan struktural yang buruk: peralatan plastik bukanlah bagus, dan tidak ada yang mau tinggal di rumah plastik. Selain itu, mereka sering disuling dari bahan bakar fosil.
Dalam beberapa aplikasi, kayu alami dapat bersaing dengan logam dan plastik. Sebagian besar rumah keluarga dibangun di atas rangka kayu. Masalahnya adalah kayu alami terlalu lunak dan terlalu mudah rusak oleh air untuk menggantikan plastik dan logam di sebagian besar waktu. Makalah terbaru diterbitkan dalam jurnal Matter mengeksplorasi pembuatan bahan kayu keras yang mengatasi keterbatasan ini. Penelitian ini berpuncak pada pembuatan pisau dan paku kayu. Seberapa bagus pisau kayu dan apakah Anda akan menggunakannya dalam waktu dekat?
Struktur berserat kayu terdiri dari sekitar 50% selulosa, polimer alami dengan sifat kekuatan yang secara teoritis baik. Separuh struktur kayu yang tersisa terutama terdiri dari lignin dan hemiselulosa. Sementara selulosa membentuk serat yang panjang dan keras yang memberi kayu tulang punggung alaminya. kekuatan, hemiselulosa memiliki sedikit struktur yang koheren dan dengan demikian memberikan kontribusi apa-apa untuk kekuatan kayu. Lignin mengisi rongga antara serat selulosa dan melakukan tugas-tugas yang berguna untuk kayu hidup. Tapi untuk tujuan manusia memadatkan kayu dan mengikat serat selulosa lebih erat bersama-sama, lignin menjadi sebuah rintangan.
Dalam penelitian ini, kayu alami dibuat menjadi hardened wood (HW) dalam empat langkah. Pertama, kayu direbus dalam natrium hidroksida dan natrium sulfat untuk menghilangkan sebagian hemiselulosa dan lignin. Setelah perlakuan kimia ini, kayu menjadi lebih padat dengan pengepresan. dalam pengepresan selama beberapa jam pada suhu kamar. Hal ini mengurangi celah atau pori alami pada kayu dan meningkatkan ikatan kimiawi antara serat selulosa yang berdekatan. Selanjutnya, kayu diberi tekanan pada suhu 105° C (221° F) selama beberapa waktu lagi. jam untuk menyelesaikan pemadatan, lalu dikeringkan. Terakhir, kayu direndam dalam minyak mineral selama 48 jam agar produk jadi tahan air.
Salah satu sifat mekanik dari bahan struktural adalah kekerasan lekukan, yang merupakan ukuran kemampuannya untuk menahan deformasi saat ditekan dengan paksa. Berlian lebih keras dari baja, lebih keras dari emas, lebih keras dari kayu, dan lebih keras dari busa pengepakan. Di antara banyak rekayasa tes yang digunakan untuk menentukan kekerasan, seperti kekerasan Mohs yang digunakan dalam gemologi, tes Brinell adalah salah satunya.Konsepnya sederhana: bantalan bola logam keras ditekan ke permukaan uji dengan gaya tertentu.Ukur diameter lingkaran lekukan yang dibuat oleh bola. Nilai kekerasan Brinell dihitung menggunakan rumus matematika;secara kasar, semakin besar lubang yang dipukul bola, semakin lembut materialnya. Dalam pengujian ini, HW 23 kali lebih keras dari kayu alami.
Sebagian besar kayu alami yang tidak dirawat akan menyerap air. Hal ini dapat memperluas kayu dan akhirnya merusak sifat strukturalnya. Penulis menggunakan perendaman mineral selama dua hari untuk meningkatkan ketahanan air HW, membuatnya lebih hidrofobik (“takut air”). Uji hidrofobik melibatkan penempatan setetes air pada suatu permukaan. Semakin hidrofobik permukaan, semakin bulat tetesan air tersebut. Sebaliknya, permukaan hidrofilik (“suka air”) menyebarkan tetesan secara mendatar (dan selanjutnya lebih mudah menyerap air).Oleh karena itu, perendaman mineral tidak hanya meningkatkan hidrofobisitas HW secara signifikan, tetapi juga mencegah kayu menyerap kelembapan.
Dalam beberapa tes teknik, pisau HW bekerja sedikit lebih baik daripada pisau logam. Penulis mengklaim bahwa pisau HW sekitar tiga kali lebih tajam dari pisau yang tersedia secara komersial. Namun, ada peringatan untuk hasil yang menarik ini. Para peneliti membandingkan pisau meja, atau apa yang kita sebut pisau mentega. Ini tidak dimaksudkan untuk menjadi sangat tajam. Para penulis menunjukkan video pisau mereka memotong steak, tetapi orang dewasa yang cukup kuat mungkin bisa memotong steak yang sama dengan sisi garpu logam yang tumpul, dan pisau steak akan bekerja jauh lebih baik.
Bagaimana dengan paku? Satu paku HW tampaknya dapat dengan mudah dipalu menjadi tumpukan tiga papan, meskipun tidak sedetail relatif mudah dibandingkan dengan paku besi. Pasak kayu kemudian dapat menyatukan papan, menahan gaya yang akan merobek mereka terpisah, dengan ketangguhan yang hampir sama dengan pasak besi. Namun, dalam pengujian mereka, papan dalam kedua kasus gagal sebelum salah satu paku rusak, sehingga paku yang lebih kuat tidak terlihat.
Apakah paku HW lebih baik dengan cara lain? Pasak kayu lebih ringan, tetapi berat struktur terutama tidak didorong oleh massa pasak yang menahannya. Pasak kayu tidak akan berkarat. Namun, tidak tahan terhadap air atau biodekomposisi.
Tidak ada keraguan bahwa penulis telah mengembangkan sebuah proses untuk membuat kayu lebih kuat dari kayu alami. Namun, kegunaan perangkat keras untuk pekerjaan tertentu memerlukan studi lebih lanjut. Bisakah semurah dan hemat sumber daya seperti plastik? Bisakah bersaing dengan yang lebih kuat , lebih menarik, objek logam yang dapat digunakan kembali tanpa batas?Penelitian mereka menimbulkan pertanyaan menarik.Teknik yang sedang berlangsung (dan akhirnya pasar) akan menjawabnya.
Waktu posting: Apr-13-2022
