Leichtbau: Neuer Hybridwerkstoff aus Holz und Metall

Holzschaumplatte

Passen Holzschaum und Metallschwamm zusammen? Dieser Frage sind Experten verschiedener Fraunhofer-Institute und des Wilhelm-Klauditz-Instituts nachgegangen. Die Antwort: Die gegensätzlichen Werkstoffe harmonieren perfekt. Der Materialmix dämmt sehr gut und hat eine niedrige Biegefestigkeit.

„Nachhaltigkeit“ ist heute eines der Schlagworte bei der Entwicklung neuer Werkstoffe. Im Fokus stehen die Nutzung nachwachsender Rohstoffe und eine gute Wiederverwertbarkeit. Das Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI entwickelt Holzschäume, die zu 100 Prozent aus Holz bestehen. Die holzeigenen Bindungskräfte machen den Einsatz synthetischer Klebstoff überflüssig. Aus ökologischer Sicht eignen sich diese Holzschäume sehr gut für viele Einsatzbereiche –  als Kernmaterial für Leichtbau und Sandwichplatten, als Verpackungsmaterial oder als Wärme- und Schalldämmung.

Um die Einsatzmöglichkeiten von Holzschäumen zu erweitern, haben Forscher der Fraunhofer-Institute einen neuartigen Hybridwerkstoff entwickelt, der einen Eigenschaftsmix von Holzschaum und Metallschwamm aufweist: Holz-Metall-Schaum.

Das Forscherteam erarbeitete die Grundlagen für die Fertigung des Verbunds und ermittelte erste wesentliche Eigenschaften –  so wird die Einordnung des Materials in der Werkstofflandschaft möglich. Verstärkt man beispielsweise den Holzschaum durch ein Metallskelett, wird seine zuvor niedrige Biegefestigkeit deutlich erhöht. Beim HoMe-Schaum liegt die Verbundbiegefestigkeit sogar über den Biegefestigkeiten der Komponenten. Damit bietet sich der Schaum als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug an.

Einsatzmöglichkeiten in der Automobilindustrie

Der Metallschwamm ist im Gegensatz zum Holzschaum zudem elektrisch leitfähig. Der Holzschaum bringt als herausragende Eigenschaften eine hohe Schallabsorption sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit, und ist ein hervorragendes Dämmmaterial. Aus der Mischung von Metallschwamm und Holzschaum entsteht so ein leichtes Hybridmaterial mit einer höheren Funktionalität. Es kann für versteifende sowie akustisch dämmende Bauteile eingesetzt werden, beispielsweise in der Automobilindustrie als versteifende Akustikmatten im Motorraum oder als Bodenplatte. Aber auch andere Einsatzgebiete sind möglich.

Den Holz- und Metallschaum einfach in eine Schüssel geben und vermischen, funktioniert nicht. Denn die Forscher des Fraunhofer IWU produzieren den Metallschwamm nicht geschäumt, sondern im Gießverfahren. So entsteht eine offenzellige Metallstruktur mit vielen kleinen Hohlräumen, die einem Schwamm ähnelt. Der Metallschwamm wird zurzeit in Platten mit einer Größe von 250 x 250 x 30 Millimetern hergestellt. Die Holzschaummasse, die eine steife Masse ähnlich dem Eischnee ist, 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 Metallschaumplatte 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. Die Forscher möchten den HoMe-Schaum so zügig in die industrielle Fertigung überführen.

Bild: Aus ökologischer Sicht eignen sich Holzschäume sehr gut für eine Vielzahl von Einsatzbereichen / © Fraunhofer WKI