Nanoindentation der Holz-Klebstoff Grenzfläche

Die zunehmende wirtschaftliche Bedeutung und technologische Komplexität von Holzverbundwerkstoffen erfordert eine ständige Optimierung der Verklebungstechnik. Gerade in Bezug auf den natürlichen Werkstoff Holz gilt es allerdings noch eine Reihe von grundlegenden Fragestellungen zu untersuchen, um das teils stark unterschiedliche Leistungsverhalten verschiedener Klebstoffsysteme in spezifischen Lastfällen bzw. Normprüfungen schlüssig zu erklären. Durch die erstmalige Anwendung von Nanoindentation, einer Methode zur Härteprüfung mit Kräften im Mikronewton Bereich, an Holzverklebungen, hat die Forschungsgruppe des Antragstellers erste Beiträge zu dieser Thematik geliefert. Im gegenwärtigen Projekt ist es nun geplant, die Methode Nanoindentation soweit weiter zu entwickeln, dass erstmals eine direkte Messung der Adhäsionsenergie zwischen Klebstoff und Holzzellwand als Schlüsselparameter in der Holzverklebung möglich wird. Dazu soll an speziell präparierten Proben eine keil- oder auch kegelförmige Spitze in die Holz-Klebstoff Grenzfläche getrieben werden. Durch parallele Messung der Eindringkraft und des Eindringwegs soll die Adhäsionsenergie ermittelt werden. Dadurch wird es erstmals möglich, verschiedene Klebstoffsysteme ohne störenden Einfluss der komplexen Holzstruktur direkt miteinander zu vergleichen und insbesondere Schlüsse auf die wirkenden Adhäsionsmechanismen zu ziehen. Auf diesen grundlegenden Erkenntnisgewinn aufbauend sollen dann Schlüsse zur gezielten Optimierung von Klebstoffsystemen gezogen werden.

Die Verwendung von Holz in der Bau- und Möbelindustrie, sowie in anderen Bereichen, nimmt wegen der positiven Eigenschaften von Holz ständig zu. Beispielhaft seien die guten mechanischen Eigenschaften bei verhältnismäßig geringem Gewicht erwähnt, oder die günstige CO2 Bilanz dieses biogenen Materials. Ein optimaler Nutzen dieses wertvollen Rohstoffs wird nur dann erreicht, wenn Holz nicht nur in seiner ursprünglichsten Form als Brett oder Balken zur Anwendung kommt, sondern mittels Verklebung komplexere Formgebung und Werkstoffstrukturen ermöglicht werden. Die Technik der Holzverklebung ist an sich sehr alt, aber trotzdem noch nicht vollständig verstanden. Das trifft insbesondere auf die Vorgänge unmittelbar an der Grenzfläche zwischen Holz und Klebstoff zu. Das soeben beendete Projekt trägt genau in diesem Bereich völlig neue Erkenntnisse bei: eine eigens entwickelte mikromechanische Methode ermöglichte es erstmals, die Leistungsfähigkeit von Klebverbindungen direkt zwischen Klebstoff und der Holzzellwand zu messen.Auf Grund der Komplexität der Holzoberfläche, die aus Zellstrukturen in der Größe von einigen Tausendstel Millimetern besteht, ist es erforderlich, auch mechanische Experimente in eben dieser Größenordnung durchzuführen. Nur so können Ergebnisse gewonnen werden, die nicht durch die Oberflächenrauigkeit oder andere Faktoren verfälscht sind. Im beendeten Projekt wurden solche Messungen durchgeführt und völlig neuartige Erkenntnisse gewonnen. Erstens wurde entsprechend der Zielsetzung eines Grundlagenprojekts zu einem deutlich verbesserten wissenschaftlichen Verständnis des Verklebungsprozesses beigetragen. Zweitens konnten die grundlegenden Ergebnisse direkt angewendet werden, um aktuelle Fragestellungen der industriellen Holzverklebung zu lösen und Empfehlungen für verbesserte Holzverklebungen abzuleiten.Aus der Sicht des Projektteams ist das eben beendete Projekt ein gutes Beispiel dafür, wie Erkenntnisse aus einem Grundlagenprojekt auch für Anwender verwertbar sein können.