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Holz wird seit Jahrtausenden für den Bau von Häusern und Möbeln verwendet - nun haben Forscher seine Eigenschaften verändert und an moderne Anforderungen angepasst.
Holz wird seit Jahrtausenden für den Bau von Häusern und Möbeln verwendet - nun haben Forscher seine Eigenschaften verändert und an moderne Anforderungen angepasst.(Foto: picture alliance / dpa)
Mittwoch, 07. Februar 2018

Extrem verdichtetes Holz: Neuer Super-Baustoff geeignet für Panzerung

Nur noch ein Fünftel der ursprünglichen Größe, aber zehnmal bruchfester, elffach zugfester: Forscher entwickeln aus natürlichem Holz einen Super-Baustoff. Das äußerst stabile Material eignet sich sogar zur Panzerung.

Einen Holzwerkstoff mit enormer Festigkeit haben Materialwissenschaftler entwickelt. Die Gruppe um Liangbing Hu von der University of Maryland in College Park behandelte Holz zunächst chemisch. Dann presste sie es auf etwa ein Fünftel seiner ursprünglichen Größe zusammen. Die Zugfestigkeit stieg dadurch um mehr als das Elffache, die Bruchfestigkeit um das Zehnfache, wie die Forscher im Fachblatt "Nature" schreiben.

Holz wird seit Jahrtausenden für den Bau von Häusern und Möbeln verwendet. "Das mechanische Verhalten von Naturholz (seine Festigkeit und Zähigkeit) ist jedoch für viele fortgeschrittene technische Strukturen und Anwendungen nicht zufriedenstellend", schreiben Hu und Kollegen. Das von ihnen hergestellte verdichtete Holz ist leichter als metallische Werkstoffe und weist auch eine größere Festigkeit auf. Selbst wenn es mehr als fünf Tage hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ist, schwillt es nur um 8,4 Prozent an und verliert nur wenig Festigkeit.

Das Verfahren beginnt ähnlich wie die Papierherstellung: In einer wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid und Natriumsulfit werden einige Bestandteile aus dem Holz gelöst - insbesondere Hemicellulose und Lignin. Im Baum erhöht das wasserfeste Lignin die Druckfestigkeit des Holzes, doch indem es teilweise entfernt wurde, erreichten die Forscher eine größere Verdichtung beim Pressen. Das restliche Lignin wirke als eine Art Bindemittel, erklären die Wissenschaftler.

Aufnahmen des verdichteten Holzes mit dem Rasterelektronenmikroskop zeigen, dass die winzigen Röhren, die normalerweise Holz durchziehen, verschwunden sind. Stattdessen lägen die einzelnen Cellulosefasern so dicht beieinander, dass sich zwischen ihnen Wasserstoff-Brückenbindungen ausbildeten, schreibt das Team. Mit diesen zusätzlichen Atombindungen erklären die Forscher auch den Festigkeitsgewinn beim Pressen. Versuche mit verschiedenen weichen und harten Hölzern brachten ähnliche Ergebnisse.

Vielversprechend als Material für kostengünstige Panzerung

Bei Beschussversuchen war verdichtetes Holz siebenmal so widerstandsfähig gegen ein Projektil wie natürliches Holz derselben Dicke. Klebten die Forscher fünf Lagen verdichtetes Holz so aufeinander, dass die Cellulosefasern abwechselnd im 90-Grad-Winkel zueinander standen, verzehnfachte sich sogar die absorbierte Energie bei einem Schuss gegenüber derselben Stärke Naturholz. "Diese starken und zähen, jedoch leichten verdichteten Hölzer sind vielversprechend als Materialien für kostengünstige Panzerung und ballistische Energieabsorption", bilanzieren Hu und Kollegen.

"Neue Anregungen" gibt die Studie dem Holzbauingenieur Peer Haller von der Technischen Universität Dresden, der nicht an der Studie beteiligt war. "Der Umfang der Festigkeitssteigerung überrascht mich sehr und sehr positiv, da sie überproportional zur Dichte steigt", betont Haller. Er wundert sich allerdings, dass die Studienautoren das Aufquellen bei Feuchtigkeit aufführen: "Das Quellen von verdichtetem Holz in seine ursprüngliche Form kann nämlich verfahrenstechnisch weitgehend behoben werden."

Holzforscher Carsten Mai von der Universität Göttingen erklärt, dass das verdichtete Holz wegen des entfernten Lignins weniger spröde ist. Deshalb neige es weniger zum Brechen. "Ich kann mir schon vorstellen, dass es als Tragmaterial verwendet werden kann", sagt Mai. Er verweist auf Kunstharzpressholz, das im Handel erhältlich ist und ähnliche Eigenschaften aufweise wie das verdichtete Holz.

Quelle: n-tv.de