Expertinnen und Experten vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI, im Projekt HoMe-Schaum gingen gemeinsam mit den Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM der Frage nach, wie Holzschaum und Metallschwamm zusammenpassen. Das Kürzel HoMe-Schaum steht für Holz-Metall-Schaum. Das Ergebnis: Die gegensätzlichen Werkstoffe harmonieren perfekt. Der neuartige Materialmix zeichnet sich durch seine sehr guten dämmenden Eigenschaften und eine niedrige Biegefestigkeit aus.
Nachhaltigkeit spielt heute bei der Entwicklung neuer Werkstoffe eine maßgebliche Rolle – im Fokus stehen vor allem die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen sowie 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 zu erweitern, haben die Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute WKI, IWU und IFAM unter 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 HoMe-Schaums liegt die Verbundbiegefestigkeit sogar über den Biegefestigkeiten der Komponenten. Damit bietet sich der HoMe-Schaum nach Aussage von Dr. Bunzel als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder aber als selbsttragendes Leichtbauhalbzeug an.
Hinzu kommt, dass der Metallschwamm im Gegensatz zum Holzschaum elektrisch leitfähig ist. Der Holzschaum bringt als herausragende Eigenschaften eine hohe Schall-
absorption und eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit, sodass 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, beispielsweise in der Automobilindustrie als versteifende Akustikmatten im Motorraum oder als Bodenplatte. Aber auch andere Einsatzgebiete für das Hybridmaterial sind möglich.
Interessant ist hierbei auch die Technologie, mit der die beiden Schaumtypen zu einem gemeinsamen Produkt verbunden werden. Den Holz- und Metallschaum einfach in eine Schüssel geben und vermischen, das funktioniert nicht. Das liegt daran, dass der Metallschwamm am Fraunhofer IWU nicht geschäumt, sondern im Gießverfahren hergestellt wird. So entsteht eine offenzellige Metallstruktur, die einem Schwamm ähnelt, mit kleinen Hohlräumen. Der Metallschwamm wird zurzeit in Platten mit einer Größe von 250 mm x 250 mm x 30 mm 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 Metallschaumplatte ein. Die Lösung war eine Klopftechnik, mit der die Forscherinnen und 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.
- www.wki.fraunhofer.de
- www.iwu.fraunhofer.de
- www.ifam.fraunhofer.de
Text zum Titelbild: Aus ökologischer Sicht eignen sich Holzschäume sehr gut für eine Vielzahl von Einsatzbereichen (Bild: Fraunhofer WKI)
Der Metallschaum wird in einem Gießverfahren hergestellt (Bild: Fraunhofer IWU)
Platten aus Metallschwamm, wie er für das neue Verbundmaterial zu Anwendung kommen kann (Bild: Fraunhofer IWU)
