Holz-Metall-Schaum: Neuer Hybridwerkstoff mit hoher Funktionalität

Nachhaltigkeit spielt 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 Leichtbau und Sandwichplatten, als Verpackungsmaterial oder als Wärme- und Schalldämmung. Um die Einsatzmöglichkeiten von Holzschäumen noch zu erweitern, haben die Forscher nun unter Leitung von Frauke Bunzel einen neuartigen Hybridwerkstoff entwickelt, der einen Eigenschaftsmix von Holzschaum und Metallschwamm aufweist: Das Ergebnis ist ein Holz-Metall-Schaum. Der Metallschwamm wird dafür zunächst in einem Gießverfahren hergestellt. Es entsteht eine offenzellige Metallstruktur, die einem Schwamm ähnelt, mit vielen kleinen Hohlräumen. 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 jedoch an der Oberfläche hängen und drangen nur in die Randbereiche der Metallschaumplatte ein. Die Lösung war eine Klopftechnik, mit der der Metallschwamm vollständig mit der Holzschaummasse gefüllt werden konnte. Durch die Verstärkung des Holzschaums mit dem Metallskelett kann nun die zuvor niedrige Biegefestigkeit deutlich erhöht werden. Im Falle des HoMe-Schaums liegt die Verbundbiegefestigkeit sogar über den Biegefestigkeiten der Komponenten, wodurch sich der Schaum als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug anbietet. Hinzu kommt, dass der Metallschwamm im Gegensatz zum Holzschaum elektrisch leitfähig ist. Der Holzschaum bringt weiterhin eine hohe Schallabsorption und eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit, so dass er sich hervorragend als Dämmmaterial eignet. 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. Als Anwendung führen die Wissenschaftler zunächst den Einsatz in der Automobilindustrie als versteifende Akustikmatten im Motorraum oder als Bodenplatte an, eine Anwendung in der Baubranche ist aber ebenfalls denkbar. 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.