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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-35165
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3516/


Verhalten von nach neuen thermischen Modifikationsverfahren behandelter Fichte und Kiefer unter besonderer Berücksichtigung der Dauerhaftigkeit gegenüber holzzerstörenden Mikroorganismen

Welzbacher, Christian Robert

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Holz , Hitzebehandlung , Festigkeit , Dimensionsstabilität , Dauerhaftigkeit
Freie Schlagwörter (Englisch): timber , heat treatment , strength , dimensions stability , durability
Basisklassifikation: 48.46 , 58.46
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schmidt, Olaf (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.12.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 19.12.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war es, ein umfassendes Eigenschaftsbild von im industriellen Maßstab hergestellten hitzebehandeltem Holz [“thermally modified timber“ (TMT)] zu erstellen. Der Bedarf hierfür ergab sich aus stark variierenden Produkteigenschaften der in Europa produzierten TMT-Sortimente, die zur Verunsicherung der Verbraucher führen.
Deshalb wurde zum ersten Mal TMT aus industrieller Produktion der vier etablierten Prozesse zur Hitzebehandlung (Plato-, ThermoWood®-, Retifikations- und Öl-Hitze-Behandlungs (OHT)-Verfahren) in kombinierten biologischen, mechanischen und physikalischen Prüfungen vergleichend untersucht.
Als Ergebnis der Prüfungen zeigte sich, dass unabhängig vom Herstellungsprozess die Dimensionsstabilität von TMT wie auch dessen Resistenz gegenüber biologischen Abbau durch holzzerstörende Pilze im Labor und im Freiland ohne Erdkontakt erhöht ist. TMT erscheint ungeeignet für Anwendungen im direkten Erdkontakt, wenn lange Standzeiten des Materials gefordert werden. Untersuchungen zur Ursache der Resistenzerhöhung von TMT zeigten, dass die reduzierte Feuchteaufnahme verantwortlich für die erhöhte Dauerhaftigkeit ist. Dieser Schutzmechanismus kann jedoch überwunden werden, u.a. durch dauernde Befeuchtung wie im Erdkontakt.
Die mechanischen Eigenschaften des TMT wurden durch die Hitzeeinwirkung zum Teil stark verändert: Die statische Festigkeit war um bis zu 38% verringert und die dynamische Festigkeit sogar um bis zu 64%. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die mechanischen Festigkeiten, deren Minderung eng mit der Erhöhung der biologischen Resistenz durch die thermische Modifikation verbunden ist, als einschränkende Schlüsseleigenschaften von TMT identifiziert.
Deshalb beinhaltete ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit die Suche nach technologischen Ansätzen, die eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit von TMT bei gleichzeitig unverändert hoher Dauerhaftigkeit ermöglichen. Zu diesem Zweck wurde die Hitzebehandlung von Holz, dessen mechanische Festigkeit durch thermo-mechanische Verdichtung technisch erhöht wurde, erfolgreich im Labormaßstab umgesetzt: Der im Labor hergestellte Werkstoff wies verglichen mit unbehandeltem Holz unverminderte Festigkeitswerte auf, war aber zugleich sehr dauerhaft. Die Übertragung des Prozesses auf den industriellen Maßstab offenbarte jedoch weiteren Optimierungsbedarf, da die industriell hergestellten Sortimente stark streuende Dauerhaftigkeits- und Festigkeitseigenschaften aufzeigten. Als Ursache hierfür wurden die Behandlungsparameter der industriell ausgeführten Hitzebehandlung erkannt, die nicht ausreichend auf die veränderten technologischen Eigenschaften des thermo-mechanisch verdichteten Holzes abgestimmt waren. Für eine spätere Optimierung war es somit notwendig, den Einfluss der Parameter (Behandlungstemperatur und –dauer) auf die resultierende Behandlungsintensität systematisch zu untersuchen.
Da bislang jedoch keine geeigneten Prüfmethoden zur Verfügung standen, die mit geringem Stichprobenumfang und geringem Prüfaufwand bei kurzer Prüfdauer für die statistisch signifikante Unterscheidung verschiedener Behandlungsintensitäten einsetzbar waren, wurden zwei neue Methoden zur Charakterisierung der Vergütungsintensität von TMT entwickelt: Der “High-energy multiple impact – Test“ (HEMI-Test) basiert auf dem Zerschlagen von Prüfkörpern durch von Stahlkugeln hervorgerufene multiple dynamische Einwirkungen. Aus den fraktionierten Prüfkörperbruchstücken wurde die Prüfgröße des HEMI-Test, die “Resistance to impact milling“ (RIM), gebildet, die eng mit der Intensität der Hitzebehandlung korrelierte. Als weitere Methode zur Charakterisierung der Behandlungsintensität wurde die Bestimmung der L*a*b*-Farbwerte an homogenisierten Proben optimiert und angewandt. Der kumulierte Farbwert L*+b* wies eine straffe lineare Abhängigkeit mit der Behandlungsintensität auf.
Die Untersuchungen zum Einfluss der Behandlungstemperatur und –dauer auf die Hitzebehandlungsintensität zeigten den übergeordneten Temperatureinfluss: Die Temperaturerhöhung hatte eine größere Auswirkung auf die untersuchten Kenngrößen von TMT als eine Verlängerung der Behandlungszeit. Die Zieleigenschaft von TMT (Resistenzerhöhung gegenüber biologischen Abbau) konnte als temperaturabhängige Funktion der untersuchten Kenngrößen RIM, Helligkeit L*, ASE und EMC dargestellt werden.
Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für notwendige weitere Prozessoptimierungen zur Sicherstellung reproduzierbarer Produkteigenschaften von TMT. Zudem stellt die ermittelte Abhängigkeit der Behandlungsintensität von den Behandlungsparametern in Kombination mit den neu entwickelten Prüfmethoden die Basis für eine im Produktionsablauf integrierbare industrielle Qualitätssicherung sowie die Standardisierung von TMT dar.

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