Vom Holz zum Holzwerkstoff - AHB - Berner Fachhochschule

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FORSCHUNGSARBEITEN
sentlichen qualitative Aussagen über die Werkstoffstruktur zulassen, lassen sich
aufgrund von mikrotomographischen Daten auch quantitative Angaben zu
Strukturmerkmalen wie z.B. Faserorientierung, Kontaktflächen zwischen Fasern
oder Porengrößenverteilung machen.
Tomographische Verfahren basieren in der Regel auf der Auswertung von
Röntgenbildern des zu analysierenden Gegenstandes, die aus in verschiedenen
Winkeln aufgenommenen Einzelbildern zu einem dreidimensionalen Bilddaten-
satz zusammengefügt wurden. Dieser Datensatz lässt sich am Computer aufbe-
reiten und auswerten. Die tomographische Untersuchung von Lebewesen und
Werkstoffen mit Hilfe der Computertomographie ist seit Anfang der 1970er Jah-
re möglich. Entwickelt und realisiert von A. Cormick und G. Houndsfield, ge-
hört dieses Verfahren zu den etablierten Methoden, dreidimensionale Strukturen
zerstörungsfrei abzubilden.
Allerdings wird die Auflösung und Tiefenschärfe von lichtmikroskopischen,
rasterelektronenmikroskopischen (REM, ESEM) und transmissionselektronenmikroskopischen
Systemen (TEM) von Tomographieverfahren derzeit noch
nicht erreicht. Die mikroskopischen Verfahren sind also nach wie vor von größter
Bedeutung im Hinblick auf die Untersuchung kleinster Strukturen.
Die Strukturuntersuchung von Holzwerkstoffen mit Hilfe der Computertomographie
(CT) rückt seit Mitte der 1990er Jahre in den Fokus der Forschung.
Erste Untersuchungen der Struktur von kleinen Proben von verschiedenen
Holzwerkstoffen mittels Mikrotomographie wurden von Shaler 1997, Shaler et
al. 1998 und Groom et al. 1999 vorgestellt. Bei Groom et al. finden sich erstmals
fundierte und detaillierte Auswertungen der Mikrotomographieaufnahmen von
MDF-Proben. Die Eigenschaften von Faserplatten aus Holzfasern sowie die
Auswertung von Mikrotomographieaufnahmen und die Bestimmung der Orientierung
und Krümmung von ausgewählten Fasern aus einer 1,28 mm × 1,09 mm
× 0,37 mm großen Probe stellten einen großen Schritt in Richtung Strukturana-
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lyse dar, auch wenn die Probengröße als sehr klein für eine strukturelle Auswertung
angesehen werden muss. Die Auswertung der Daten wurde manuell durchgeführt
und 72 von Hand ausgewählte Fasern aus einer unbekannten Anzahl
vorhandener Fasern bzw. Faserfragmente wurden vermessen, und die Orientierung
sowie die Krümmung bestimmt. Die Methodik und die Qualität der Aufnahmen
spiegeln den Stand des Wissens der damaligen Zeit wider und geben
nur wenig Aufschluss über die Verhältnisse von erkannten und nicht erkannten
Fasern im Gesamtgefüge. Diese Arbeit stellt die Ausgangsposition für die eigenen
Mikrotomographie-Untersuchungen dar.
Im gleichen Jahr wurden von Illman und Dowd 1999 hochauflösende Aufnahmen
von Massivholzproben präsentiert, die durch Pilzbefall abgebaut worden
waren. Es wurden Charakterisierungsmethoden vorgestellt, mit denen die
Struktureigenschaften auswertet wurden. Des Weiteren zeigten Sugimori und
Lam 1999 für den Holzwerkstoffbereich anhand der Hohlraumverteilung in
Holzwerkstoffen die Möglichkeiten des Einsatzes der Mikrotomographie zur
Analyse von Strukturen auf, um die Eigenschaften von Holzwerkstoffen zu verbessern.
Wimmer et al. 2000 berichten über die Messung der Strandorientierung
von OSB mit Hilfe der Mikrotomographie, in der bei einer Auflösung von 50
μm Proben mit einer Kantenlänge von 2 cm gemessen wurden. Durch die An alyse
von virtuellen 2D-Schnitten in Abständen von 150 μm durch die Probe
wurde mit Hilfe von Bildanalyseverfahren die Orientierung von einzelnen
Strands berechnet. Eine ähnliche Herangehensweise findet sich bei Ekevad
2004, der anhand von aneinander gefügten virtuellen 2D-Schnitten aus Mikrotomographieaufnahmen
den Faserverlauf in einer Vollholzprobe beschreibt.
Steppe et al. 2004 nutzten die Mikrotomographie für die Verfolgung des Gefäßverlaufs
in Buchen- und Eichenproben. Einen Schritt weiter in Richtung 3D-
Strukturanalyse zur Simulation und Modellierung von Holzfaserwerkstoffen gehen
die Arbeiten von Faessel et al. 2003 und Faessel et al. 2005, die versuchten,
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