Materialforschung

Hybridwerkstoff aus Holz und Metall

| Redakteur: Rebecca Vogt

Um den neuen Hybridwerkstoff herzustellen, fügen die Forscher in den Metallschwamm des Fraunhofer-IWU den Holzschaum ein.
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Um den neuen Hybridwerkstoff herzustellen, fügen die Forscher in den Metallschwamm des Fraunhofer-IWU den Holzschaum ein. (Bild: Manuela Lingnau/Fraunhofer-WKI)

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Wissenschaftler haben zwei gegensätzliche Werkstoffe miteinander verbunden. Der so erzeugte Hybridwerkstoff verfügt über eine relativ hohe Biegefestigkeit und gute Dämmeigenschaften. Zum Einsatz kommen könnte er unter anderem im Leichtbau.

Wenn es darum geht, neue Werkstoffe zu entwickeln, spielt heutzutage Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle. Materialien sollen nach Möglichkeit aus nachwachsenden Rohstoffen aufgebaut sein und sich zudem am Ende ihrer Lebensdauer gut wiederverwerten lassen. Vor diesem Hintergrund entwickeln Forscher des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung (WKI) Holzschäume, die zu 100 % aus Holz bestehen. Der Vorteil dabei: Durch die holzeigenen Bindungskräfte ist der Einsatz von synthetischen Klebstoffen nicht notwendig. Die Holzschäume könnten etwa als Kernmaterial für Leichtbau- und Sandwichplatten, als Verpackungsmaterial oder auch als Material zur Wärme- und Schalldämmung eingesetzt werden, heißt es.

Holzschaum und Metallschwamm ergänzen sich gut

Mit dem Ziel, diese Einsatzmöglichkeiten zu erweitern, hat das Fraunhofer-WKI zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) sowie dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) einen neuartigen Hybridwerkstoff entwickelt. Ausgangsfrage im Projekt „Ho-Me-Schaum“ war dabei, ob sich Holzschaum und Metallschwamm miteinander kombinieren lassen. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten ist nun ein Holz-Metall-Schaum, der Charakteristiken beider Werkstoffe aufweist. So zeichnet sich der Materialmix laut WKI durch sehr gute dämmende Eigenschaften und eine – in Relation zur Masse – relativ hohe Biegefestigkeit aus.

Im Rahmen des Projekts haben die Forscher nach eigenen Angaben die Grundlagen für die Fertigung des Verbunds erarbeitet und erste wesentliche Eigenschaften ermittelt, sodass eine Einordnung des Materials in der Werkstofflandschaft möglich ist. Zum Beispiel lasse sich die Biegefestigkeit des neuen Stoffs erhöhen, indem man den Holzschaum durch ein Metallskelett verstärkt. Die Verbundbiegefestigkeit des Hybridwerkstoffs liege damit sogar über den Biegefestigkeiten der Komponenten. „Der Ho-Me-Schaum bietet sich demnach als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder aber als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug an“, berichtet die WKI-Projektleiterin Dr. Frauke Bunzel.

Akustikmatten und Bodenplatten

Hinzu kommt, dass der Metallschwamm im Gegensatz zum Holzschaum elektrisch leitfähig ist. Der Holzschaum wiederum verfügt über eine hohe Schall­absorption und eine geringe Wärmeleitfähigkeit, wodurch er sich als Dämmmaterial eignet. Aus der Mischung von Metallschwamm und Holzschaum entsteht so ein leichtes Hybridmaterial mit einer höheren Funktionalität. Dieses kann den Forschern zufolge für versteifende sowie akustisch dämmende Bauteile eingesetzt werden. Als konkretes Einsatzbeispiel nennt das WKI die Automobilindustrie. Hier könnte der Werkstoff für versteifende Akustikmatten im Motorraum oder als Bodenplatte verwendet werden. Auch andere Einsatzgebiete seien denkbar.

Um den neuen Hybridwerkstoff herzustellen, muss der Holzschaum – eine steife Masse ähnlich dem Eischnee – nachträglich in die Metallschwammplatte eingebracht werden. Dies liegt daran, dass der Metallschwamm am Fraunhofer-IWU nicht geschäumt, sondern im Gießverfahren hergestellt wird, wodurch eine offenzellige Metallstruktur mit vielen kleinen Hohlräumen entsteht. Aktuell wird der Metallschwamm in Platten mit einer Größe von 250 mm × 250 mm × 30 mm hergestellt.

Das Forscherteam versuchte zunächst, die Metallschwammplatte durch Druck mit der Holzschaummasse zu befüllen. Dabei blieben die Holzfasern jedoch an der Oberfläche hängen und drangen nur in die Randbereiche der Platte ein. Die Lösung fand sich schließlich in der Anwendung einer Klopftechnik, durch die die Wissenschaftler den Metallschwamm vollständig mit der Holzschaummasse füllen konnten.

Im Moment sucht die Arbeitsgruppe nach einem Weg, den Holzschaum einfacher und schneller in den Metallschwamm einzubringen. Auch die Prozesskette der Holzschaumherstellung soll gestrafft werden. Die Forscher erhoffen sich, so den Ho-Me-Schaum zügig in die industrielle Fertigung überführen zu können.

* Weitere Informationen: Dr. Frauke Bunzel, Projektleiterin, Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) in 38108 Braunschweig, Tel. (05 31) 21 55-4 22, frauke.bunzel@wki.fraunhofer.de

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