Aus ökologischer Sicht eignen sich Holzschäume sehr gut für eine Vielzahl von Einsatzbereichen, so die Meinung der Forscher. Foto: Fraunhofer WKI

Holz-Metall-Schaum für den Leichtbau

Holzschaum und Metallschwamm für den Leichtbau– passt das zusammen? Dieser Frage gingen Experten vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI im Projekt „HoMe“-Schaum – das Kürzel steht für Holz-Metall-Schaum – gemeinsam mit den Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts IWU und des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM nach.

Das Ergebnis: Die gegensätzlichen Werkstoffe harmonieren perfekt. Der neuartige Materialmix zeichnet sich durch seine sehr guten dämmenden Eigenschaften und eine hohe Biegefestigkeit für den Leichtbau aus.

Nachhaltigkeit spielt heute bei der Entwicklung neuer Werkstoffe eine maßgebliche Rolle – im Fokus stehen vor allem die Nutzung nachwachsender Rohstoffe und eine gute Wiederverwertbarkeit am Ende der Lebensdauer. Am Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI werden Holzschäume entwickelt, die zu 100 Prozent aus Holz bestehen. Durch die holzeigenen Bindungskräfte ist der Einsatz von synthetischen Klebstoffen nicht notwendig. Aus ökologischer Sicht eignen sich somit Holzschäume sehr gut für eine Vielzahl von Einsatzbereichen, etwa als Kernmaterial für Sandwich- und Leichtbauplatten, als Verpackungsmaterial oder als Wärme- und Schalldämmung.

Um die Einsatzmöglichkeiten von Holzschäumen zu erweitern, haben die Forscher der Fraunhofer-Institute unter der Leitung von Dr. Frauke Bunzel vom Fraunhofer WKI einen neuartigen Hybridwerkstoff entwickelt, der einen Eigenschaftsmix von Holzschaum und Metallschwamm aufweist: Das Ergebnis ist ein Holz-Metall-Schaum. Im Vorhaben erarbeitete das Forscherteam die Grundlagen für die Fertigung des Verbunds und ermittelte erste wesentliche Eigenschaften, sodass eine Einordnung des Materials in der Werkstofflandschaft möglich ist. Beispielsweise kann mit der Verstärkung des Holzschaums durch ein Metallskelett seine zuvor niedrige Biegefestigkeit deutlich erhöht werden. Im Falle des Holz-Metall-Schaums liegt die Verbundbiegefestigkeit sogar über den Biegefestigkeiten der Komponenten. „Damit bietet sich der ,HoMe‘-Schaum als Kernwerkstoff in Sandwichkons-truktionen oder aber als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug an“, erklärt Dr. Bunzel.

Der Metallschwamm wird in einem Gießverfahren hergestellt. Foto: Fraunhofer IWU

Hinzu komme, dass der Metallschwamm im Gegensatz zum Holzschaum elektrisch leitfähig ist. Der Holzschaum bringt als herausragende Eigenschaften eine hohe Schallabsorption und eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit, sodass er sich hervorragend als Dämmmaterial eigne. So entsteht aus der Mischung von Metallschwamm und Holzschaum ein leichtes Hybridmaterial mit einer höheren Funktionalität, das für versteifende sowie akustisch dämmende Bauteile eingesetzt werden kann, beispielsweise in der Automobilindustrie als versteifende Akustikmatten im Motorraum oder als Bodenplatte. Aber auch andere Einsatzgebiete sind möglich.

Wie kommt nun der Holzschaum in den Metallschwamm? Den Holz- und Metallschaum einfach in eine Schüssel geben und vermischen, funktioniert nicht. Das liegt daran, dass der Metallschwamm am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU nicht geschäumt, sondern im Gießverfahren hergestellt wird. So entsteht eine offenzellige Metallstruktur, die einem Schwamm ähnelt, mit vielen kleinen Hohlräumen. Der Metallschwamm wird zurzeit in Platten mit einer Größe von 250 x 250 x 30 Millimetern hergestellt. Die Holzschaummasse, eine steife Masse ähnlich dem Eischnee, muss nachträglich in die Metallschaumplatte eingebracht werden.

Zuerst versuchte das Team, die Metallschaumplatte mit Druck mit der Holzschaummasse zu befüllen. Dabei blieben die Holzfasern an der Oberfläche hängen und drangen nur in die Randbereiche der Metallschaum-platte ein. Die Lösung war eine Klopftechnik, mit der die Forscher den Metallschwamm vollständig mit der Holzschaummasse füllen konnten.

Momentan sucht die Arbeitsgruppe nach einem Weg, die Prozesskette der Holzschaumherstellung zu straffen sowie den Holzschaum einfacher und schneller in den Metallschwamm hineinzubringen, um den „HoMe“-Schaum zügig in die industrielle Fertigung zu überführen.

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