Untersuchungen der Festigkeitseigenschaften von Kiefernsplintholz nach Behandlung mit unterschiedlichen Modifizierungsverfahren

Institut für Holzbiologie u. Holztechnologie, Uni Göttingen, Az.: Göttingen 02/03

Zielsetzung:

Mit Hilfe unterschiedlicher Holzmodifizierungsverfahren lässt sich eine Verringerung der Hygroskopizität, der Dimensionsstabilität und der Anfälligkeit gegenüber biotischen und abiotischen Einflüssen bei Kiefernsplintholz und anderen einheimischen Holzarten erzielen. Unter diesen Gesichtspunkten erfährt das modifizierte Holz eine deutliche Wertsteigerung, da es mit qualitativ sehr hochwertigen tropischen Baumarten konkurrieren kann. Das Holz wird im Zuge der unterschiedlichen Behandlungsverfahren jedoch mehr oder weniger starken chemischen und physikalischen Beanspruchungen ausgesetzt, wie hohe Temperaturen und extreme pH-Werte, die für die Veränderung der Zellwandstruktur notwendig sind. Ein wesentliches Charakteristikum des Werkstoffes Holz sind seine guten konstruktiven Eigenschaften im Vergleich zu alternativen Materialien. Ein Ziel der Holzmodifizierung muss daher sein, die Festigkeitseigenschaften nicht wesentlich zu beeinträchtigen. Durch eine vergleichende Gegenüberstellung wesentlicher mechanischer Eigenschaften des modifizierten mit dem unbehandelten Kiefernsplintholz wird im Rahmen dieser Arbeit dargestellt, inwieweit sich die Veränderungen der Behandlung auswirken.

Methode:

Folgende Modifizierungsverfahren werden im Hinblick auf die Auswirkungen auf charakteristische Festigkeitseigenschaften von Kiefernsplintholz beurteilt:

Modifizierungsverfahren | Chemikalie | Holzkennung

Unbehandelte Referenz | - | -

Acetylierung | Essigsäureanhydrid | -

Holzvernetzung | DMDHEU | -

Harzbehandlung | Melamin | -

Furfurylierung | Furfuryalkohol | Visor

Wachsbehandlung | Wachs und Harz | NATWOOD

Royal | CFWP & mod. L. | CIP

Hitzebehandlung | - | New Option Wood

Hitzebehandlung | - | ThermoWood

Hitzebehandlung | - | Balz Holz

Siliziumbehandlung | Silan 1 | -

Siliziumbehandlung | Silan 2 | -

Siliziumbehandlung | Silan 3 | -

Siliziumbehandlung | Silan 4 | -

Siliziumbehandlung | Silan 5 | -

Siliziumbehandlung | Siloxan | -


Da Prozesstechnologie und Materialeigenschaften vielfach nicht optimiert sind, kann eine umfassende Beurteilung oder Klassifizierung im Rahmen dieser Untersuchung nicht geleistet werden. Das modifizierte Kiefernsplintholz wurde von den jeweiligen Forschungsanstalten und Industriebetrieben hergestellt. Die Prüfkörper wurden im Normklima (20°C und 65% relative Luftfeuchtigkeit) konditioniert. Die Ausgleichsfeuchtigkeit ist bei den modifizierten Hölzern gegenüber der unbehandelten Referenz verringert. Das ist bei der Beurteilung der mechanischen Eigenschaften des modifizierten Holzes zu berücksichtigen. Die elastischen Eigenschaften Biegefestigkeit sowie statisches und dynamisches Elastizitätsmodul wurden an jeweils 20 Prüfkörpern der Abmessung 10 x 5 x 100 mm in Anlehnung an EN 807 durchgeführt.
Abweichend davon wurden beim Royal-Verfahren 10 Proben mit den Abmessungen 20 x 20 x 360 mm in Anlehnung an ED 52 186 untersucht. Die Brinellhärte wurde an Prüfkörpern mit einer Kantenlänge von mindestens 50 mm verwendet. Die Prüfung auf Druckfestigkeit nach DIN 52 185 und auf Bruchschlagarbeit nach DIN 52 189 erfolgte an Proben mit den Abmessungen 20 x 20 x 300 mm.
 
Ergebnisse:

  • Die Biegefestigkeit war lediglich bei den hitzebehandelten Proben der „New Option Wood“ und des Balz-3 Holz signifikant reduziert, während Melaminharzbehandlung, Acetylierung und die Wachs-Harzbehandlung „Natwood“ zu erhöhter Biegefestigkeit führte.
  • Statischer und dynamischer E-Modul waren gleichsinnig wie die Biegefestigkeit beeinflusst. Wegen der engen Korrelation zwischen beiden E-Modulen kann das dynamische E-Modul mit Blick auf die zerstörungsfreie Prüfung als probates Beurteilungskriterium angesehen werden.
  • Die Oberflächenhärte wurde durch Hitzebehandlung, Melaminharzbehandlung und SILAN 1 etwas reduziert, während bei den übrigen Behandlungen keine Abnahme festzustellen war. Durch die Wachs-Harz-Behandlung (Natwood) wurde die Brinellhärte vielmehr fast verdoppelt.
  • Deutlich verbessert wird die Druckfestigkeit mit DMDHEU und Wachs-Harzbehandlung; bei den übrigen Modifizierungsverfahren zeigt sich kein Unterschied.
  • Bruchschlagarbeit ist eine sehr variable Größe und liegt bei den Referenzproben zwischen 60 kj/m² und 40 kj/m². Hitzebehandlung führt zu deutlicher Versprödung und verringerter Bruchschlagarbeit; Natwood zeigt höhere Bruchschlagarbeit; bei den übrigen Verfahren ergeben sich keine Unterschiede.