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Wissenschaft

Superwerkstoff

Forscher entwickeln Panzerung aus Holz

Ein spezielles Verfahren macht aus Holz einen Superbaustoff, berichten Forscher. Das äußerst stabile Material eigne sich dann sogar zur Panzerung - die Zugfestigkeit stieg um mehr als das Elffache.

DPA

Holzstämme bereit zum Transport

Donnerstag, 08.02.2018   10:19 Uhr

Die ballistischen Tests sind vielversprechend: Materialwissenschaftler haben einen Holzwerkstoff mit enormer Festigkeit 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 in Bezug auf 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.

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Bauwerke: Der perfekte Brückenbogen

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 Bindungen erklären die Forscher auch den Festigkeitsgewinn beim Pressen. Versuche mit verschiedenen weichen und harten Hölzern brachten ähnliche Ergebnisse.

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.

Ballistische Tests mit Holz

"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 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.

joe/dpa

insgesamt 19 Beiträge
observerlbg 08.02.2018
1. Stelle mit gerade einen Fahrradrahmen....
...oder Kfz-Karosserie aus Holz vor. Überhaupt könnte man damit Polymere zum Teil ersetzen und hätte damit nachwachsende Rohstoffe. Aber da werden die Lobbyisten der Mineralölindustrie schon Einhalt gebieten.
...oder Kfz-Karosserie aus Holz vor. Überhaupt könnte man damit Polymere zum Teil ersetzen und hätte damit nachwachsende Rohstoffe. Aber da werden die Lobbyisten der Mineralölindustrie schon Einhalt gebieten.
taglöhner 08.02.2018
2. Gebetsmühlen im Wind
Wer ist "die Mineralindustrie" und wie zum Beispiel sollten sie das tun?
Zitat von observerlbg...oder Kfz-Karosserie aus Holz vor. Überhaupt könnte man damit Polymere zum Teil ersetzen und hätte damit nachwachsende Rohstoffe. Aber da werden die Lobbyisten der Mineralölindustrie schon Einhalt gebieten.
Wer ist "die Mineralindustrie" und wie zum Beispiel sollten sie das tun?
Kurt-C. Hose 08.02.2018
3.
Die eine Frage ist, was geht damit, die andere wichtige Frage ist aber: was kostet das? Holz ist, insbesondere im Baubereich kein wahnsinnig so billiges Material, und wenn es aufwändig behandelt werden muss, mit Sicherheit erst [...]
Die eine Frage ist, was geht damit, die andere wichtige Frage ist aber: was kostet das? Holz ist, insbesondere im Baubereich kein wahnsinnig so billiges Material, und wenn es aufwändig behandelt werden muss, mit Sicherheit erst Recht nicht.
Onkel Drops 08.02.2018
4. Hausmanns beschusssichere Holzplatten...
Abwandlungen dessen werden seid Jahrzehnten selbst in der Formel 1 als Bodenplatten benutzt. hergestellt in meiner Stadt Blomberg. die beschußsicheren Platten werden in Banken seid Jahrzehnten verbaut. aber hier als Neuigkeit [...]
Abwandlungen dessen werden seid Jahrzehnten selbst in der Formel 1 als Bodenplatten benutzt. hergestellt in meiner Stadt Blomberg. die beschußsicheren Platten werden in Banken seid Jahrzehnten verbaut. aber hier als Neuigkeit verkauft - eventuell Verbesserungen als ultra tolle Neuentwicklung verkaufen ist wie Currywurst von McDollar... lächerlich. kann mal wer die Apple innventions hyping erklären - same shit but rounder corners wow what an innvention
kraus.roland 08.02.2018
5. Holz, ein vor-und-nachwachsender Rohstoff !
Wird es in bleibenden Strukturen verbaut, dann bindet es entsprechende Mengen an Kohlendioxyd. Allein diese Binsenwahrheiten relativieren die Kostenfrage als zweitrangig. In dieser Richtung muss weitergeforscht werden.
Wird es in bleibenden Strukturen verbaut, dann bindet es entsprechende Mengen an Kohlendioxyd. Allein diese Binsenwahrheiten relativieren die Kostenfrage als zweitrangig. In dieser Richtung muss weitergeforscht werden.

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