Werkstoffe

Im Fachgebiet Werkstoffe steht die stoffliche Nutzung der Ressource Holz im Fokus. Mit modernster Labor- und Technikumsausstattung werden Holzwerkstoffe erforscht, entwickelt und hergestellt. Dabei wird dem Konzept des „Cradle-to-Cradle“ nachgegangen, um einen der ältesten Werkstoffe der Welt weiterhin auf ökologische, soziale sowie ökonomische Weise nachhaltig zu nutzen.

Zu den Tätigkeitsschwerpunkten des Fachgebiets Werkstoffe gehören die labortechnische Herstellung und Analyse von Holzpartikeln sowie jeglicher Art von Holzwerkstoffen. Darüber hinaus wird stetig an der Neu- und Weiterentwicklung von Holzwerkstoffen geforscht. Dies beinhaltet auch die Untersuchung alternativer bzw. neuer Bindemittel für emissionsarme und leistungsfähige Werkstoffe sowie Spezialprodukte. In einem hochmodern ausgestatteten Technikum, in dem die komplette Wertschöpfungskette vom Rundholz bis zur fertigen Platte nachvollzogen werden kann, wird stetig an der Optimierung der Technologie gearbeitet.

Detlef Krug

Dr. rer. nat.

Detlef Krug

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

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Partikelherstellung und - analyse

Das Umformen von Vollholz zu Holzpartikeln stellt einen zentralen Punkt der Holzwerkstoffherstellung dar. Erst durch die Erzeugung spezieller lignocelluloser Strukturelemente lassen sich Werkstoffe für ganz bestimmte Anwendungsfälle erzeugen.

Die technische Ausstattung des Fachgebietes Werkstoffe erlaubt die Herstellung von Holzpartikeln unterschiedlicher Größe:

  • Hackschnitzel
  • Späne
  • Strands/Wafer
  • Fasern
Faserstoff

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

  • Hacker (Trommelhacker)
  • Zerspaner (Messerring-, Messerscheiben- und Langholzzerspaner)
  • Mühlen (Hammer-, Schlagkreuz- und Wirbelstrommühle)
  • Labordefibrator
  • Trockenrefiner

Durch spezielle Analyseverfahren kann der Einfluss von Geometrie und Zusammensetzung der Partikel bzw. Partikelgemische auf den Herstellungsprozess sowie die Eigenschaften der Werkstoffe nachvollzogen werden. Durch die Identifikation dieser Zusammenhänge kann stetig an der technologischen Weiterentwickelung und der Optimierung der Prozesse Zerspanung und Zerfaserung gearbeitet werden.

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