Mechanische Eigenschaften

Massivholz und Holzwerkstoffe decken ein breites Eigenschaftsspektrum ab und können dadurch in den unterschiedlichsten Bereichen verwendet werden. Die Festigkeitslehre dient zur Materialcharakterisierung und gehört mit zu den wichtigsten und etablierten Methoden dafür.

Quasi-statische Methoden:

Unter den verwendeten Methoden zur Materialcharakterisierung sind die quasi-statischen Methoden eine der am bekanntesten und meistverwendeten. Damit werden mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Biegefestigkeit oder aber Elastizitätsmodul ermittelt.

Elastizitätsmodul und Festigkeit:

Der Elastizitätsmodul charakterisiert den Widerstand eines Objektes bzw. Materials gegen die Verformung durch eine kleine Kraft und ist definiert als Steigung im linear-elastischen Bereich des Kraft-Verformungs-Diagramms. Im Gegensatz zu dieser zerstörungsfreien Untersuchung wird die Festigkeit eines Materials mit einer zerstörenden Prüfung ermittelt. Dabei wird die Maximalbelastung gemessen, welche ein Objekt (z.B. Balken einer Konstruktion) oder Material aushält.   

Anisotropie:

Holz ist ein sehr komplex zusammengesetztes Material dessen Materialeigenschaften je nach anatomischer Grundrichtung (axial, radial, tangential) variieren. Diese sogenannte Anisotropie verursacht, dass beispielsweise die Zugfestigkeit eines Balkens aus Fichte in axialer Richtung ungefähr 30-fach höher ist als in der radialen bzw. tangentialen Ausrichtung.

Kriechen:

Kriechen, manchmal auch als kaltes Fließen bezeichnet, ist eine duktile Eigenschaft von manchen Feststoffen, die bewirkt, dass sich diese unter andauernder mechanischer Belastung dauerhaft Verformen. Kriechen kann bei viskoelastischen Materialien wie z.B. Holz und Thermoplasten vorkommen. Diese bestehen aus langen manchmal auch verknäulten Molekülketten, die bei langanhaltender Belastung entknäueln und aneinander entlang gleiten können.

Schlagbeanspruchung:

Neben den oben erwähnten Testbedingungen mit langsamer Verformung sind im Gebrauchsfall oft auch die Zähigkeitseigenschaften bei schlagartiger Belastung wichtig. Diese können z.B. mittels des Schlagbiegeversuches oder Kerbschlagbiegeversuch ermittelt werden.

Zyklische und dynamische Tests:

Im Gegensatz zu den Versuchen mit konstanter Last, werden bei dynamischen Tests (auch Dauerschwingversuche genannte) die Eigenschaften von Bauteilen und Materialien unter zyklischen Bedingungen ermittelt. Im Verhältnis zu den statischen Belastungsgrenzen von Materialien können bereits verhältnismäßig kleine zyklische Belastungen zum Versagen führen und sind daher wichtig zu ermitteln.

Aktuelle Forschungsthemen:

• Verfahrenstechnologie von Leichtbauplatten
• Kompositwerkstoffe auf Basis von Bambus
• Low-tech Kompositwerkstoffe in Entwicklungs und Schwellenländern 
• Holz – Geopolymer Komposite
• Holzkomposite und Verfahrenstechnologie
• Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) auf Basis thermoplastischen TPU
• In-situ Compoundierung von TMP-Fasern
• Holz-Wasser-Interaktion
• Porosität von Biopolymeren (Physisorption, Silica-Repliken, Elektronenmikroskopie)
• Mechanische Eigenschaften von Holz unter Feuchteeinfluss
• Grenzflächenbindungen und Adhäsionseigenschaften zwischen heterogen Komponenten in Holzkompositen