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08.03.2018 | Holzbau | Im Fokus | Onlineartikel

Holz konkurriert mit Stahl und Titanlegierungen

Autor:
Christoph Berger

Es ist so stark wie Stahl, aber leichter – und zehnmal härter als natürliches Holz. Wissenschaftler an der University of Maryland haben einen Weg gefunden, Holz stärker, härter und widerstandsfähiger zu machen.

"Diese neue Art, Holz zu behandeln, macht es zwölf Mal stärker als natürliches Holz und zehn Mal härter", sagt Liangbing Hu, Leiter des Forschungsteams, dessen Ergebnisse gerade in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden. Damit könne der Werkstoff zu einem Konkurrenten für Stahl oder Titanlegierungen werden. Vergleichbar sei er zudem mit Kohlefaser, allerdings viel billiger, wie Hu betont.

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Um diese Holz-Charakteristika zu erlangen, entfernte das Forscherteam zuerst das Lignin im Holz. Lignin, so im Kapitel "Verbundwerkstoffe" des Springer-Fachbuchs "Werkstoffe" beschrieben, gehört zum Holzgefüge, das darüber hinaus auch aus Zellulosefasern und Hohlräumen besteht. Lignin selbst ist ein Stoff ähnlich den duromeren Harzen. Er macht das Holz sowohl steif als auch braun.

Der Bearbeitungsprozess

Dann wird das Holz bei einer Hitze von etwa 150 Grad Fahrenheit, das entspricht etwa 66 Grad Celsius, komprimiert. Dadurch werden die Zellulosefasern sehr dicht gepackt und Defekte wie Löcher oder Knoten zusammengedrückt. Durch das Auftragen einer Farbschicht wurde der Behandlungsprozess noch etwas verlängert.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Fasern des Holzes in diesem Prozess so fest zusammengepresst werden, dass sie starke Wasserstoffbrücken, diese werden im Kapitel "Allgemein-chemische Grundlagen" des Springer-Fachbuchs "Bauchemie für das Bachelor-Studium" beschrieben, bilden können; zudem wird das Holz durch die Kompression dünner.

Getestet wurde das neue Holzmaterial, indem Geschosse wie Projektile auf es abgefeuert wurden, genauso wie auch auf unbehandeltes Naturholz. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass das vollständig behandelte Holz das Projektil zum Teil stoppte während es das natürliche Holz direkt durchdrang.

Anwendbar mit verschiedensten Holzarten

Die gewählte Methode kann für verschiedenste Holzarten angewendet werden. Hu sagt demnach, dass so auch weiche Hölzer wie Kiefer oder Balsa, die schnell wachsen und umweltfreundlicher sind, langsamer wachsende, aber dichtere Hölzer wie Teak ersetzen könnten. Und: "Diese Art von Holz könnte in Autos, Flugzeugen, Gebäuden verwendet werden – für jede Anwendung, bei der Stahl verwendet wird."

"Es ist sowohl stark als auch hart, eine Kombination, die normalerweise nicht in der Natur zu finden ist", sagen auch Teng Li, Co-Leiter des Teams, und Samuel P. Langley, Professor für Maschinenbau an der Universität von Maryland, dessen Team die mechanischen Eigenschaften des neuen Holzes gemessen hat. Langley fügt an: "Es ist so stark wie Stahl, aber sechsmal leichter. Man benötigt zehnmal mehr Energie als bei natürlichem Holz, um es zu brechen. Zu Beginn des Prozesses kann es sogar gebogen und geformt werden."

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