Werkstoffe

Im Fachgebiet Werkstoffe werden mit modernster Labor- und Technikumsausstattung Holzwerkstoffe entwickelt und die Technologien zu deren Herstellung optimiert bzw. erarbeitet.

Zu den Tätigkeitsschwerpunkten gehören dabei die labortechnische Herstellung und Analyse von Partikeln aus Holz und Einjahrespflanzen (Späne, Strands, Fasern) sowie deren Nutzung zur Herstellung von Werkstoffen (Platten, Formteile, Spezialprodukte).

Im Technikum kann die komplette Wertschöpfungskette vom Rundholz bis zur fertigen Platte nachvollzogen werden.

Ergänzt wird das Leistungsspektrum durch spezielle Prüfungen wie z. B. die Bestimmung des Rohdichteprofils, des Kriechverhaltens und der Formstabilität.

Detlef Krug

Dr. rer. nat.

Detlef Krug

Ressortleiter · MDF · OSB · PB · SWP · Klebstoffe · Rohstoffalternativen · Überwachung

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Partikelherstellung und - analyse

Die Erzeugung definierter Partikel stellt einen zentralen Punkt der Holzwerkstoffherstellung dar. Im Technikum des Ressort Werkstoffe besteht die Möglichkeit, aus verschiedenen lignocellulosen Ausgangsmaterialien Partikel eines weiten Korngrößenbereiches (von Mehl bis hin zu Strands) herzustellen. Somit lassen sich Werkstoffe für ganz bestimmte Anwendungsfälle erzeugen.

Die kontinuierliche Herstellung folgender Partikel ist möglich:

Faserstoff

 Für den Aufschluss von Rohholz, Recyclingprodukten sowie Einjahrespflanzen und anderen landwirtschaftlichen Erzeugnissen ist das Fachgebiet mit zahlreichen Laboraggregaten ausgerüstet:

Durch spezielle Analyseverfahren ist es möglich, den Einfluss von Geometrie und Zusammensetzung der Partikel bzw. Partikelgemische auf den Herstellungsprozess sowie die Eigenschaften der Werkstoffe nachzuvollziehen. Durch die Identifikation dieser Zusammenhänge kann stetig an der technologischen Weiterentwicklung und der Optimierung der Prozesse Zerspanung bzw. Zerfaserung gearbeitet werden. Folgende Analysemöglichkeiten stehen zur Verfügung:

Holzwerkstoffherstellung und –überwachung

Holz ist ein Material mit vielen Gesichtern. Durch Um- und Urformungsprozesse wird die Komposition und Herstellung verschiedenster holzbasierter Werkstoffe für tragende und nichttragende Anwendungen ermöglicht. Im Fachgebiet Werkstoffe werden zum einen dem Vollholz sehr ähnliche Produkte, wie Massivholzplatten und Sperrholz (Lagenwerkstoffe), und zum anderen nur noch schwer als Holz identifizierbare Partikelwerkstoffe, wie Span- und Faserplatten, hergestellt.

Holzwerkstoffe

Die technische Ausstattung erlaubt eine industrieanaloge Umsetzung der einzelnen Prozesse zur Fertigung von organisch und anorganisch gebundenen Holzwerkstoffen, von der Trocknung über die Beleimung bis hin zum Verpressen des fertigen Werkstoffes. Für die Urformung von Lagen- oder Partikelwerkstoffen stehen verschiedene technische Lösungen bereit:

  • Massivholzplattenpresse
  • Kurztaktpresse
  • Heißpressen mit Rückkühlung
  • Hochfrequenz-Presse

 

In wie weit sich ein Werkstoff für bestimmte Anwendungen eignet bzw. die gewünschten Leistungen erfüllt, wird anhand verschiedener Kurz- und Langzeit-Prüfungen (u. a. Rohdichteprofil, Formstabilität, Kriechverhalten) an Labor- und Industrieplatten untersucht.

Zudem sind Mitarbeiter des Fachgebiets als Überwacher in Unternehmen zur Herstellung von Holzpartikelwerkstoffen (Spanplatte, OSB, Faserplatte), lagenförmigen Werkstoffen (Massivholplatten, Sperrholz) sowie von WPC aktiv.

Holzwerkstoffentwicklung und -analyse

Der stetige Wandel der gesellschaftlichen, ökologischen sowie ökonomischen Umwelt macht eine ständige Verbesserung klassischer Werkstoffe sowie die Entwicklung von Innovationen unumgänglich. Daher arbeitet das Fachgebiet Werkstoffe kontinuierlich an der Lösung aktueller Frage- oder Problemstellungen rund um den Werkstoff Holz.

Neben den immer präsenten Leitmotiven Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Klimawandel und Energieverbrauch sind aktuelle Themen u.a.:

Modell einer HF-Presse
Modell einer HF-Presse
  • Variation des Rohstoffeinsatzes (z. B. alternative Holzarten, Einjahrespflanzen)
  • Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe (Span- und Faserstoffherstellung)
  • Einsatz herkömmlicher organischer und anorganischer Bindemittel sowie alternativer Bindemittel/Bindemittelkombinationen (z. B. Proteine, Pulverlackreste)
  • Verbundplatten mit alternativen und funktionellen Mittellagen
  • WPC (Wood-Plastic/polymer-Composition)
  • Pulverlackbasierte Holzpartikelwerkstoffe
  • Thermisch und chemisch modifizierte Holzwerkstoffe
  • Dämmstoffe aus organischen Rohstoffen (z. B. Leder)

Die Werkstoffanalytik umfasst neben den klassischen Methoden auch die Prüfung von biologischen, physikalisch-mechanischen und Oberflächen-Eigenschaften sowie des Emissionsverhaltens von Holzwerkstoffen.

Klebstoff- und Additiverprobung

Klebstoffe

Die Holzwerkstoffentwicklung ist eng mit der Entwicklung von geeigneten Klebstoffsystemen verknüpft. Ohne Klebstoffe sind die meisten Werkstoffe auf ligno-celluloser Basis kaum vorstellbar. Von entscheidender Bedeutung für einen erfolgreichen Klebstoff sind u. a. hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, niedrige Emissionen, geringe Kosten und eine starke Vernetzung mit den Strukturelementen. Wie gut ein neues oder weiterentwickeltes Klebstoffsystem ist, zeigt sich zumeist erst während oder nach der Plattenherstellung.

Im Fachgebiet Werkstoffe wird zum einen die technologische Umsetzung der Beleimung von Partikeln (Blender, Blowline) oder Lagen (Gießen, Streichen) mit verschiedenen Klebstoffen und Additiven sowie deren Einfluss auf den Pressprozess (Presszeit, -druck, -temperatur) erprobt. Zum anderen werden die Kennwerte für die Verklebungsqualität bestimmt (u.a. Gelzeit, Bindemittelverteilung, Rohdichteprofil, Zugfestigkeit). Neben den klassischen Klebstoffen auf Basis von Formaldehyd und Isocyanaten sind Alternativen wie thermoplastische (PVAc, EPI), natürliche (Proteine, Lignin) und anorganische Bindemittel (Zement, Gips, Wasserglas) sowie holzeigenen Bindekräfte Untersuchungsgegenstand. Zudem kommen verschiedene Additive zur gezielten Verbesserung der Werkstoffe (u.a. Hydrophobierung, Brandschutz, Emissionsminderung) zum Einsatz.

Technologieoptimierung und –beratung

Die Fertigungstechnologie von Holzwerkstoffen umfasst eine Reihe von Prozessstufen von der Partikelerzeugung bis hin zur Verpressung. Das Vermarktungspotential eines Werkstoffes hängt in hohem Maße von seinem Preis ab, der auf einer wirtschaftlichen Gestaltung der einzelnen Prozesse fußt.

Bei der Herstellung von Holzwerkstoffen zielt die Optimierung der Technologie im Allgemeinen auf Energieeinsparung, erhöhte Standzeiten, schnelle Umrüstung, erhöhter Flexibilität und Materialeinsparung ab. Im Fachgebiet Werkstoffe werden im Speziellen folgende Fragestellungen zur Weiterentwicklung bestehender Technologien bearbeitet:

  • Klebstoffeinsparung durch Verbesserung des Klebstoffauftrages auf Fasern in der Blowline und durch Einsatz der Kombinations- und Trockenbeleimungstechnologie
  • Erzeugung definierter Span- und Strandgeometrien durch Variation der Zerspanungsparameter bei verschiedenen Zerspanungsaggregaten
  • Bestimmung der optimalen Faseraufschlussbedingungen im Refiner (Verweilzeit, Druck, Temperatur, Mahlscheibenabstand) für die gewünschte Fasergröße
Refinerversuche
Refinerversuche
  • Presszeitverkürzung durch Vorerwärmung mittels HF-Technologie
  • Untersuchung des Einflusses der Partikelgeometrie auf den Verdichtungsprozess
  • Auswirkungen verschiedener Rohstoffe auf den Energieverbrauch während des Aufschlussprozesses
  • Optimierte Gestaltung des Pressprozesses zur Herstellung von Partikelwerkstoffen mit angepassten Rohdichteprofilen

Dienstleistungen Werkstoffe

  • Partikelherstellung, -aufbereitung und -trocknung (u.a. Faserstoffe, Späne, Strands, Hackschnitzel)
  • Morphologische Partikelanalysen (Schwingsieb für Späne, Strands und Hackschnitzel; Digitale Bildanalyse (Camsizer) für Späne und Faserstoff; Luftstrahlsieb für Faserstoff und Feinstspäne)
  • Bindemitteltest und Klebstoffanalyse mittels ABES-Messgerät
  • Herstellung von Holzwerkstoffen mit verschiedenen Bindemitteln und Additiven
  • Prozessanalysen mittels PressMAN®
  • Technologieoptimierung (u.a. Kombinationsbeleimung, Rohstoffeinsatz, Faserstoff-Aufschlussgrad, Span- oder Strandgeometrie, Pressparameter)
  • Prüfen des Dauerstandverhaltens (Kriechen und Zeitstandfestigkeit) von Holzwerkstoffen
  • Prüfen der Formstabilität von Holzwerkstoffen im Konstant-, Differenz- oder Wechselklima (Doppelklimakammer)
  • Prüfen des Rohdichteprofils von Holzwerkstoffen senkrecht zur Plattenebene
  • Bestimmung charakteristischer Eigenschaften von Holzwerkstoffen

Technische Ausstattung

Rundholzaufbereitung:

  • Entrinder
  • Spalter
  • Hacker
  • Stufensieb

Spanherstellung:

  • Messerscheibenzerspaner
  • Langholzzerspaner
  • Schlagkreuzmühle mit/ohne Messerringeinsatz
  • Trommeltrockner für Strands
  • Stromrohrtrockner für Späne
  • Taumelsieb für Fraktionierung
  • Wirbelstrommühle

Faserherstellung:

  • Zerfaserungsanlage (Vordämpfer, MSD, Kocher, Refiner)
  • Blowline-Beleimung
  • Stromrohrtrockner

Hydrothermischer Aufschluss von Lignocellulosen zur Zuckergewinnung:

  • Kocher (Reaktionraum)
  • Materialauslass mit Steam-Explosion oder unter atmosphärischen Bedingungen

Blender zur Beleimung bzw. Partikelauflockerung:

Vorpress- und Vorwärmsysteme:

Presssysteme:

  • Oberkolbenpresse (rückkühlbar, Formwerkzeugeinbau möglich)
  • Unterkolbenpresse für Kurztaktbeschichtung
  • Unterkolbenpresse für Lagenwerkstoffe (mit zusätzlichem Seitendruck)

Dämmstoffherstellung:

Partikelanalysen:

  • Digitale Bildanalyse (Camsizer)
  • Luftstrahl- und Planprüfsiebmaschine

Spezialprüfungen:

  • Rohdichteprofil senkrecht zur Plattenebene nach IHD-Werkstandard
  • Kriechen und Dauerstandverhalten nach EN 1156
  • Formstabilität nach IHD-Werkstandard in Differenzklimakammer
  • Automated Bonding Evaluation System (ABES)

Chemische Prüfungen

Werkstoff-/Produktprüfungen

Oberflächenprüfungen

Zertifizierung von Bauprodukten

Produktbereiche