Ecco il superlegno, più resistente dell’acciaio

I ricercatori dell’Università del Maryland hanno trovato il modo di rendere il legno 10 volte più resistente del normale. Più forte dell’acciaio e persino del titanio

E’ legno, è naturale e organico, ma si comporta come l’acciaio. Un trattamento chimico-meccanico di alcuni tipi di legno porta al rafforzamento della sua struttura, rendendola più resistente dell’acciaio.

Il nuovo modo di trattare il legno lo rende 11,5 volte più forte del legno naturale e 10 volte più duro.

Il nuovo materiale, che già chiamano superlegno, potrebbe essere un concorrente dell’acciaio o addirittura delle leghe di titanio, grazie alla sua resistenza. È anche paragonabile alla fibra di carbonio, ma è molto meno costoso.

Potrebbe essere il materiale del futuro per costruire case, automobili, strutture e perfino schermi anti proiettile.

Le caratteristiche del superlegno

Il super legno è sia forte che duro, una combinazione che di solito non si trova in natura, è resistente come l’acciaio, ma 6 volte più leggero: richiede 10 volte più energia per la frattura rispetto al legno naturale e può persino essere piegato e modellato all’inizio del processo.

Presenta valori di rigidezza quasi 11 volte maggiori rispetto a quella del legno naturale, 51,6 GPa contro 4,8 GPa.

La compressione assiale ha valori di 5,5 volte maggiori rispetto ad un legno naturale pressato (163,6 MPa contro 29,6 MPa), mentre la compressione perpendicolare è fino a 52,3 volte superiore (203,8 MPa contro 3,9 MPa).

Come si arriva al superlegno?

La lavorazione prevede due passaggi.

Nel primo tavole di diversi tipi di legno, tra cui quello di quercia, sono sottoposte a una bollitura di sette ore in una soluzione di idrossido di sodio (la comune soda caustica NaOH) e di solfito di sodio (Na2SO3).

Si tratta del tipico procedimento che serve per ottenere la polpa del legno per fare la carta e che permette di sciogliere e rimuovere parte della lignina e dell’emicellulosa dal legname.

E’ proprio la lignina il composto più importante in questo passaggio, perché da essa dipende principalmente la rigidezza del materiale. Al termine del primo processo essa viene decrementata di circa il 45,0% rispetto al suo contenuto totale.

Nel secondo processo il legno viene pressato alla temperatura di 100 gradi centigradi per 24 ore.

Le pareti cellulari collassano, aumentano di densità e portano il materiale a compattarsi. In questa fase il legno rimane a lungo sotto pressione e viene lievemente riscaldato, formando forti legami ad idrogeno che rinforzano l’intera struttura.

Il risultato finale è una tavola di legno con uno spessore di un quinto di quella originale, ma con una densità tre volte superiore e, soprattutto, una capacità di resistere ai cedimenti 11,5 volte maggiore rispetto all’originale.

Cavità e nodi, che costituiscono i punti deboli del legno quando sottoposto a sollecitazioni di varia natura, spariscono. Ma non finisce qui.

Il legno trattato acquisisce anche una certa omogeneità microscopica: le fibre di cellulosa, per effetto della combinazione dell’azione di compressione e dell’aumento di temperatura, si compattano a tal punto da formare veri e propri legami chimici. Nello specifico, trattasi di legami di idrogeno anche piuttosto forti e stabili, che fungono da super-collante.

Il processo produttivo viene poi ultimato con una fase di verniciatura finale per preservarne l’integrità nel tempo.

Il fattore scatenante sarebbe da ricercare proprio nella concomitanza di resistenza e resilienza, combinazione rarissima soprattutto per un materiale di origine naturale.

I risultati dei test

La robustezza del materiale ottenuto con il nuovo procedimento è stata testata utilizzando uno speciale cannoncino ad aria compressa, normalmente impiegato per provare la resistenza dei veicoli militari.

Un laminato composto da cinque tavole del nuovo materiale, con uno spessore complessivo di soli tre millimetri, si è dimostrato in grado di fermare un proiettile di metallo del peso di 46 grammi sparato a una velocità di circa 30 metri al secondo (108 chilometri orari). La velocità del proiettile utilizzato è molto inferiore a quella delle pallottole di un’arma, ma è paragonabile a quella di un’auto in movimento, rendendo quindi possibile l’utilizzo del nuovo materiale anche nei veicoli a motore, considerando inoltre lo spessore assai sottile del laminato utilizzato durante le prove.

I ricercatori hanno anche testato la resistenza all’umidità del nuovo materiale, ricavando risultati interessanti.

Il super legno è stato sottoposto ad ambienti estremamente umidi per più di 5 giorni e si è deformato appena del 10%.

Rivestendo inoltre il materiale con una vernice contro l’umidità, i ricercatori hanno ottenuto campioni che non si deformano dopo lunghe esposizioni in ambienti umidi.

Le applicazioni in edilizia

L’elevata resistenza insieme al peso ridotto aprono le porte ad un uso massiccio di questo materiale in edilizia, supportato da un processo di lavorazione poco complesso, poco costoso e che richiede solamente diverse ore di lavoro.

Tipologie di legni teneri come il pino o la balsa, che crescono velocemente e sono più rispettosi dell’ambiente, potrebbero sostituire i legni più lenti ma più densi come il teak, spesso utilizzato in ambito strutturale.

Inoltre non dimentichiamo i possibili risvolti sismici: la rinnovata rigidezza insieme alla maggior leggerezza rende il super legno più resistente alle sollecitazioni alla base.

 

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