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M. Wetzig/T. Sieverts/H. Bergemann/P. Niemz · Mechanische und physikalische Eigenschaften von mit dem Vakuumpress-Trocknungsverfahren thermisch behandeltem Holz
Farbänderungen ergaben, während Pappel deutlich höhere Werte aufweist. Farbunterschiede an Buchenproben mit Farbkern konnten selbst nach intensiver thermischer Behandlung nicht egalisiert werden. Der Farbkern war nach der thermischen Modifizierung heller als das Holz ohne Farbkern. Andere Technologien zur thermischen Behandlung von Holz können bereits bei geringeren Temperaturen eine vollständige Egalisierung der Farbunterschiede zwischen Farbkern und umliegendem Holz erreichen. Grund dafür ist nicht zuletzt der größere Helligkeitsverlust des Holzes der anderen Verfahren (z. B. Behandlung im Autoklav). Das mittels Vacu3 vergütete Holz ist bei gleichen Temperaturen heller als das z. B. im Autoklav behandelte. Nach Angaben von Kollmann et al. [18] wird die Helligkeit des Holzes umso stärker reduziert, je feuchter es während der thermischen Behandlung ist. Entscheidend ist auch die Sauerstoffkonzentration. Die Auswertung der Farbe des mit Vacu3 vergüteten Holzes zeigte zudem, dass die Helligkeit mit einem Behandlungstemperaturanstieg von 20 K um 10 % sank.
4.2 Dichte der Biegefestigkeits- und Bruchschlagarbeitsproben Die ermittelten Werte lassen erkennen, dass der Einfluss einer thermischen Vergütung auf die Rohdichte stark von der Holzart abhängt. Die Untersuchung der Pappel ergibt um ca. 4 % gestiegene Werte des modifizierten Holzes gegenüber den Referenzproben. Die Dichte der Buche nimmt mit zunehmender Behandlungstemperatur um bis zu 8 % ab. Auch die Dichte der mit hoher Temperatur modifizierten Esche wird um rund 3 % reduziert. Die mild vergüteten Proben hingegen weisen dem Referenzholz gegenüber einen Dichteanstieg von 11 % auf (Bild 2). Ein Dichteanstieg thermisch vergüteten Holzes gegenüber Referenzholz wurde u. a. bereits von Bächle und Schmutz [2] ermittelt. Basis war eine milde Behandlung, wobei die Behandlungstemperatur den wesentlichen Einfluss auf die Intensität ausübte. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit kann die Erhöhung der Dichte der mild vergüteten Eschenproben auf die niedrigen Prozesstemperaturen zurückgeführt werden, nicht aber die unveränderte Dichte der Pappelproben. Eine Verringerung der Dichte steht bei thermisch modifiziertem Holz in starker Verbindung mit dem Hemizelluloseabbau, welcher wiederum
Bild 2. Dichte ρ des unbehandelten Referenzholzes (R) und des thermisch behandelten Holzes (Behandlungstemperatur: T1 < 200 °C, T2 > 200 °C) Fig. 2. Density ρ of untreated (R) and heat-treated hardwood samples (treatment temperature: T1 < 200 °C, T2 > 200 °C)
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wesentlich mit für die Farbänderung verantwortlich ist. Ausgehend von dem großem Helligkeitsverlust der modifizierten Pappelproben (–40 %), war eine Dichtereduktion zu erwarten. Ebenfalls ausschlaggebend für reduzierte Dichtewerte thermisch behandelten Holzes ist nach Niemz [31] die verringerte Feuchtigkeitsaufnahme. Die Gegenüberstellung der Ausgleichsfeuchten des untersuchten, normalklimatisierten Holzes (Tabelle 3: 20/65) mit den ermittelten Dichten lässt erkennen, dass die Holzfeuchten im Gegensatz zu den Dichten mit steigender Behandlungstemperatur kontinuierlich sinken.
4.3 Brinellhärte Die tangentiale und radiale Brinellhärte der jeweiligen Behandlungsintensitäten unterscheiden sich bei Esche nahezu nicht. Bei Buche treten hingegen deutliche Unterschiede auf (Bild 3). Die radiale Brinellhärte der Buche steigt leicht mit steigender Behandlungsintensität, während die tangential ermittelten Werte nahezu unverändert bleiben. Die mittlere Härte der thermisch behandelten Eschenproben (radial und tangential) stieg (T1) verglichen mit den Werten des Referenzholzes, doch sank mit zunehmender Behandlungstemperatur (T2) wieder unter die Werte der unvergüteten Esche. Die Härte der modifizierten Pappel liegt radial wie tangential über den Werten der Referenzproben. Radial ist der Unterschied mit 48 % dabei signifikant höher als tangential mit nur 13 %. Werden die Werte der Brinellhärte im Zusammenhang mit der ermittelten Dichte (Bild 2) der Holzproben betrachtet ist zu erkennen, dass die Änderung der Härte von Esche und Pappel mit der Dichte korreliert. Buche weist gegenläufige Werte auf. Während die Dichte um 8 % sinkt, steigt die Härte in radialer Richtung um 7 %. Die tangential erfasste Brinellhärte ist mit –2 % nahezu gleich der des unbehandelten Buchenholzes. Aus Untersuchungen von Niemz [31] geht hervor, dass durch die im Zuge der thermischen Behandlung gleichzeitig stattfindende Reduktion der Gleichgewichtsfeuchte des Holzes, teilweise ein leichter Anstieg der Härte auftreten kann. Dies sei hauptsächlich bei einer milden Behandlung der Fall. Werden die Werte der Gleichgewichtsfeuchte zum Zeitpunkt der Härteprüfung betrachtet (Tabelle 3: 20/65),
Bild 3. Brinellhärte HB des unbehandelten Referenzholzes (R) und des thermisch behandelten Holzes (Behandlungstemperatur: T1 < 200 °C, T2 > 200 °C); rad: radial, tang: tangential Fig. 3. Brinell hardness HB of untreated (R) and heat-treated hardwood samples (treatment temperature: T1 < 200 °C, T2 > 200 °C); rad: radial, tang: tangential