Kayu lan logam alami wis dadi bahan bangunan penting kanggo manungsa sajrone ewonan taun. Polimer sintetis sing diarani plastik minangka penemuan anyar sing njeblug ing abad kaping 20.
Logam lan plastik nduweni sipat sing cocog kanggo panggunaan industri lan komersial. Logam iku kuwat, kaku, lan umume tahan marang udara, banyu, panas, lan tekanan sing terus-terusan. Nanging, uga mbutuhake luwih akeh sumber daya (tegese luwih larang) kanggo ngasilake lan nyaring produke. Plastik nyedhiyakake sawetara fungsi logam nalika mbutuhake massa sing luwih sithik lan murah banget kanggo diprodhuksi. Sifat-sifate bisa disesuaikan kanggo meh kabeh panggunaan. Nanging, plastik komersial sing murah nggawe bahan struktural sing elek: piranti plastik dudu perkara sing apik, lan ora ana sing pengin manggon ing omah plastik. Kajaba iku, asring diolah saka bahan bakar fosil.
Ing sawetara aplikasi, kayu alami bisa saingan karo logam lan plastik. Umume omah kulawarga dibangun ing rangka kayu. Masalahe yaiku kayu alami alus banget lan gampang rusak dening banyu kanggo ngganti plastik lan logam ing umume wektu. Makalah anyar sing diterbitake ing jurnal Matter njelajah nggawe bahan kayu sing atos sing ngatasi watesan kasebut. Riset iki puncaknya yaiku nggawe piso lan paku kayu. Sepira apike piso kayu lan apa sampeyan bakal nggunakake kapan wae?
Struktur serat kayu kasusun saka kira-kira 50% selulosa, polimer alami kanthi sipat kekuatan sing apik sacara teoritis. Separuh liyane saka struktur kayu utamane lignin lan hemiselulosa. Nalika selulosa mbentuk serat sing dawa lan atos sing nyedhiyakake kayu kanthi tulang punggung kekuatan alami, hemiselulosa duwe struktur sing sithik lan mula ora nyumbang apa-apa kanggo kekuatan kayu. Lignin ngisi kekosongan antarane serat selulosa lan nindakake tugas sing migunani kanggo kayu urip. Nanging kanggo tujuan manungsa kanggo memadatkan kayu lan ngiket serat selulosa kanthi luwih rapet, lignin dadi alangan.
Ing panliten iki, kayu alami digawe dadi kayu sing wis atos (HW) kanthi patang langkah. Kapisan, kayu kasebut digodhog ing natrium hidroksida lan natrium sulfat kanggo mbusak sawetara hemiselulosa lan lignin. Sawise perawatan kimia iki, kayu dadi luwih padhet kanthi mencet ing mesin pres sajrone pirang-pirang jam ing suhu ruangan. Iki nyuda celah utawa pori-pori alami ing kayu lan nambah ikatan kimia antarane serat selulosa sing jejer. Sabanjure, kayu kasebut dipres ing suhu 105° C (221° F) sajrone sawetara jam maneh kanggo ngrampungake densifikasi, banjur dikeringake. Pungkasan, kayu kasebut direndhem ing lenga mineral sajrone 48 jam supaya produk sing wis rampung tahan banyu.
Salah sawijining sifat mekanik saka bahan struktural yaiku kekerasan lekukan, yaiku ukuran kemampuane kanggo nolak deformasi nalika dipencet nganggo gaya. Berlian luwih atos tinimbang baja, luwih atos tinimbang emas, luwih atos tinimbang kayu, lan luwih atos tinimbang busa pengepakan. Antarane akeh tes teknik sing digunakake kanggo nemtokake kekerasan, kayata kekerasan Mohs sing digunakake ing gemologi, tes Brinell minangka salah sawijining. Konsep kasebut prasaja: bantalan bal logam atos dipencet menyang permukaan uji kanthi gaya tartamtu. Ukur diameter lekukan bunder sing digawe dening bal. Nilai kekerasan Brinell diitung nggunakake rumus matematika; kira-kira, luwih gedhe bolongan sing kena bal, luwih alus materi kasebut. Ing tes iki, HW 23 kali luwih atos tinimbang kayu alami.
Umume kayu alami sing ora diolah bakal nyerep banyu. Iki bisa ngembangake kayu lan pungkasane ngrusak sifat struktural. Para penulis nggunakake rendheman mineral rong dina kanggo nambah resistensi banyu HW, saengga luwih hidrofobik ("wedi banyu"). Tes hidrofobisitas kalebu nyelehake setetes banyu ing permukaan. Semakin hidrofobik permukaan, semakin bunder tetesan banyu. Permukaan hidrofilik ("seneng banyu"), ing sisih liya, nyebar tetesan rata (lan banjur nyerep banyu kanthi luwih gampang). Mulane, rendheman mineral ora mung nambah hidrofobisitas HW kanthi signifikan, nanging uga nyegah kayu nyerep kelembapan.
Ing sawetara tes teknik, piso HW nduweni kinerja sing luwih apik tinimbang piso logam. Para penulis ngaku yen piso HW kira-kira kaping telu luwih landhep tinimbang piso sing kasedhiya ing pasar. Nanging, ana pengecualian kanggo asil sing menarik iki. Para peneliti mbandhingake piso meja, utawa sing bisa diarani piso mentega. Iki ora dimaksudake supaya landhep banget. Para penulis nuduhake video piso sing lagi ngethok steak, nanging wong diwasa sing cukup kuwat bisa uga ngethok steak sing padha nganggo sisih tumpul garpu logam, lan piso steak bakal luwih apik.
Kepriye karo paku-pakune? Paku HW siji ketoke bisa gampang ditempa dadi tumpukan telung papan, sanajan ora rinci amarga relatif gampang dibandhingake karo paku wesi. Pasak kayu banjur bisa nyekeli papan kasebut, nolak gaya sing bakal nyuwek, kanthi kekuwatan sing padha karo pasak wesi. Nanging, ing uji coba, papan ing loro kasus kasebut gagal sadurunge salah siji paku gagal, mula paku sing luwih kuwat ora katon.
Apa paku HW luwih apik saka cara liya? Pasak kayu luwih entheng, nanging bobot strukture ora utamane didorong dening massa pasak sing nyawiji. Pasak kayu ora bakal teyeng. Nanging, ora bakal tahan banyu utawa bosok.
Ora ana sangsi manawa penulis wis ngembangake proses kanggo nggawe kayu luwih kuwat tinimbang kayu alami. Nanging, kegunaan perangkat keras kanggo proyek tartamtu mbutuhake panliten luwih lanjut. Apa bisa murah lan ora butuh sumber daya kaya plastik? Apa bisa saingan karo obyek logam sing luwih kuwat, luwih menarik, lan bisa digunakake maneh tanpa wates? Riset kasebut ngungkit pitakonan sing menarik. Rekayasa sing terus-terusan (lan pungkasane pasar) bakal mangsuli.
Wektu kiriman: 13-Apr-2022
