Nytt superträ slår metaller i styrka

För att blötlägga trä i en blandning av kemikalier och sedan komprimera och värma det har forskare skapat ett material som är starkare än stål, skriver Sid Perkins i Scientific American.

Materialforskare har arbetat i årtionden med att pressa trä, kyla det och låta det passera genom rullar, behandla det med ammoniak eller ånga – allt i syfte att skapa ett starkt och segt material av en relativt förnybar resurs. Det nya träet är tre gånger så tätt som naturligt trä och 12 gånger starkare, rapporterar forskarna i en ny studie som publiceras i tidskriften Nature.

”Mjuka träslag som tall eller balsa, som växer snabbt och är mer miljövänliga, skulle kunna ersätta långsammare växande men tätare träslag som teak, i möbler eller byggnader”, säger Liangbing Hu, materialforskare vid University of Maryland, College Park och en av författarna till studien, enligt ett pressmeddelande.

Andra metoder för att ”förtäta” trä ger material som tenderar att expandera tillbaka till sin ursprungliga storlek och form när fuktigheten slår till, berättar Perkins. Den nya metoden förbättrar träet på ett sätt som är fuktbeständigt genom att skapa ett mer enhetligt tätt slutresultat.

”Den här typen av trä skulle kunna användas i bilar, flygplan, byggnader – alla tillämpningar där stål används”, säger Hu till David Grossman, som rapporterar för Popular Mechanics. Framtidens skyskrapor skulle till och med kunna byggas av trä.

Processen börjar med att träet blötläggs i ett bad av natriumhydroxid och natriumsulfat. Dessa två kemikalier arbetar tillsammans för att delvis avlägsna lignin och hemicellulosa, två polymerer som gör växternas cellväggar styva. Det viktiga är att kemikalierna lämnar en stor del av cellulosan, en tredje polymer, intakt. Träets cellväggar blir mindre styva och mer porösa. Därefter pressade forskaren träet samtidigt som det värmdesattes till cirka 100 grader Celsius. Trä har många naturliga kanaler, så kallade lumina, som löper längs tillväxtens riktning. Dessa kanaler och cellväggar kollapsar under värme- och pressdelen av forskarnas process och nya vätebindningar bildas mellan cellulosamolekylerna, vilket gör materialet hårdare.

Slutresultatet, som man kan se i mikroskop, är lager av trä som är tätt packade, rapporterar forskarna i sin artikel. Det slutliga materialet är ungefär en femtedel så tjockt som det ursprungliga men tre gånger så tätt.

Forskarna utsatte sedan sitt förtätade trä för ett batteri av tester för att mäta dess mekaniska egenskaper. De testade dess förmåga att bära en belastning. De testade dess styvhet, dess draghållfasthet (hur väl det håller för dragkrafter) och hur väl det kunde böjas. Sammantaget blev resultatet en grov och stökig träbit. I ett fukttest svällde träet endast till 8,4 procent, samtidigt som det förblev segt.

De avfyrade också en stålprojektil mot träet med en ballistisk luftpistol. Fem lager av materialet stoppade tillsammans en projektil som rörde sig med samma hastighet som en bil skulle kunna göra före en kollision, rapporterar Mark Zastrow för Nature.

Resultaten var imponerande, men inte tillräckligt för att övertyga vissa experter. Zastrow talade med Fred Kamke vid Oregon State University som inte var inblandad i den nya forskningen. Kamke påpekade att 24 lager förtätat poppelträ kunde stoppa en snabb 9 mm-kula som avfyrades på 25 fot utan att det krävdes kemisk behandling. ”Dessa andra metoder är förmodligen mycket billigare än en sju timmars kokning i en kaustisk lösning”, säger han.

Men Hu och hans kollegor går vidare med sitt ”superträ”, rapporterar Stu Borman för Chemical & Engineering News. Ett avknoppningsföretag vid namn Inventwood hoppas kunna marknadsföra tekniken och se en framtid med fordon, flygplan, fraktcontainrar, golv, pansar och annat som byggs av kokt, behandlat och komprimerat trä som är starkare än stål.