JAHRGANG 58, AUSGABE 1/2017

Eigenschaften mitteldichter Faserplatten (z. B. mechanische und Oberflächeneigenschaften) werden wesentlich durch die Faserstoffmorphologie bestimmt. Die morphologische Charakterisierung von MDF-Faserstoffen zur Prozessüberwachung ist bislang nicht umfänglich gelöst. Problematisch sind u. a. die Analysegeschwindigkeit, die heterogene Partikelzusammensetzung (Staub, Fasern, Bündel), die Faserstoffagglomeration sowie eine differenzierte Auswertung chemischer und morphologischer Daten. In Teil 1 der Veröffentlichung wurden theoretische Grundlagen zur Klassifizierung von Faserstoffstruktureinheiten und in Teil 2 methodische Grundlagen der morphologischen Charakterisierung (Vereinzelung der Partikel, Bildanalyse und Kennwertbestimmung) diskutiert. Im vorliegenden Teil 3 werden mittels Regressionsrechnung funktionale Abhängigkeiten zwischen MDF-Eigenschaften und der Faserstoffmorphologie besprochen.

Der Anstieg der energetischen Nutzung von Holz führt zu einer Verknappung des Rohstoffs. Um den steigenden Preis- und Beschaffungsdruck für den Rohstoff Holz entgegenzuwirken, wurden und werden in der Holzwerkstoffindustrie leichte Holzwerkstoffe mit einer geringeren Rohdichte entwickelt. Ein neues Konzept zur Herstellung einer gewichtsreduzierten Spanplatte sieht den Einsatz von definierten, geeigneten Spangeometrien in der Mittelschicht vor. Die Umsetzung erfolgt ohne leichte Füllstoffe, die bei bestehenden leichten Spanplattenprodukten als Substituent für Holzpartikel in der Mittelschicht dienen. Durch die geeignete Spangeometrie in der Mittelschicht einer Dreischicht-Spanplatte sinkt die benötigte Holzmenge pro Volumeneinheit. Durch Einstellung und Anpassung verschiedener Fräswerkzeuge, Werkzeug und Bearbeitungsparameter werden verschiedene Spangeometrien hergestellt und auf ihre technologische Eignung hin untersucht.

Das Quell- und Schwindverhalten von Massivholz und Holzwerkstoffen wurde schon seit langer Zeit intensiv untersucht. Das Quell- und Schwindverhalten der relativ neuen Holz-Kunststoff -Verbundwerkstoffe (WPC) wurde hingegen bislang nicht in dieser Tiefe untersucht. Im Gegensatz zu klassischen Holzwerkstoffen werden WPC bei hohen Temperaturen von bis zu 200 °C und Drücken bis 2000 bar compoundiert und anschließend extrudiert oder spritzgegossen. Das Feuchtigkeitsniveau frisch hergestellter WPC-Produkte liegt dabei unter 1 %. In dieser Studie wird das Kompressions-, das Rückstellungs-, das Quellungs- und das Quelldruckverhalten von Massivholz, Holzpulvern und WPC verglichen. Teil 1 beschreibt das Verdichtungsverhalten unter hohen Temperaturen und hohem Druck von Vollholz, Holzpulvern und WPC. In Teil 2 wird schließlich auf das Rückstellungs- und Quellverhalten sowie den Aufbau von Quelldruck eingegangen. Massivholzwürfel bilden hohe Quellkräfte aus, wenn sie an der Quellung gehindert werden. Bei unbehinderter Quellung zeigen sie einen starken Volumenzuwachs. WPC zeigen eine vergleichbar hohe Quellkraft, wenn die Quellung behindert wird. Die Volumenquellung beträgt jedoch nur ein Zehntel von Vollholz und Holzpulvern.

Drei verschiedene Phenolharze unterschiedlichen Molekulargewichts wurden auf ihre Beständigkeit gegen photoaktive Degradierung getestet. Buchenfurniere (Fagus sylvatica L.) wurden mit Phenol-Formaldehyd-Harzen bei Unterdruck 24 h imprägniert. Anschließend wurden die Phenol-Formaldehyd-Harze in den Furnieren bei 150 °C für 90 min ausgehärtet. Die behandelten Furniere wurden in einem künstlichen Bewitterungstest in Anlehnung an die Europäische Norm EN DIN 927-6 (2006) geprüft. Nach dem Prüfzeitraum von 960 h UV-Bestrahlung wurden die Prüfkörper hinsichtlich ihrer Farbänderung mit dem CIELab-Farbsystem, der chemischen Stabilität mit Infrarotspektroskopie und die strukturellen Änderungen der bewitterten Oberfläche am Umweltrasterelektronenmikroskop untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Phenolharze mit niedrigem und mittlerem Molekulargewicht eine bessere Bewitterungsbeständigkeit im Holz bewirkten, als das hochmolekulare Phenolharz. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass eine verbesserte Verwitterungsstabilität aller drei Harze

gegenüber der unbehandelten Kontrolle für alle Prüfungen erzielt wurde.

Die ultraschallunterstützte Bearbeitung ist ein hybrides Fertigungsverfahren und führt zu einer deutlichen Produktivitätssteigerung. Bei der schwingungsüberlagerten Zerspanung mit Ultraschallfrequenzen (über 20 kHz) wurde für zahlreiche Werkstoffe eine Reduzierung der Schnittkraft und Verbesserung der Bearbeitungsqualität nachgewiesen. Allerdings sind die infolge der oszillierenden Bewegung des Werkzeugs mit sehr hohen Frequenzen entstehenden Effekte weitgehend unklar. Insbesondere ist die Anwendung dieses Prozesses auf anisotrope Werkstoffe wenig erforscht. Daher wurden im Rahmen des DFG-Vorhabens HE 1656/171-1 „Grundlagenuntersuchung zur schwingungsüberlagerten Zerspanung von Holz und Holzwerkstoffen“ am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart die Einflüsse von verschiedenen prozesstechnologischen Parametern beim ultraschallunterstützten Drehen von Holz und Holzwerkstoffen auf die Zerspankräfte und Bearbeitungsqualität untersucht. Hier spielt neben den zerspantechnologischen und schwingungstechnologischen Parametern aufgrund der Anisotropie von Holz auch das Zusammenspiel von Werkzeuganregungsrichtung und Schnittrichtung bzw. Faserrichtung eine große Rolle.

Im Herstellungsprozess flexibler Schleifmittel führen schwankende Rohstoffeigenschaften, Einstellungen und anlagenbedingte Störungen zu Streufehlern. Produktwechsel sind material- und kostenintensiv. Für ein neuartiges Prinzip der elektrostatischen Abscheidung wurden Abhängigkeiten der Streumittelqualität (insbesondere Kornverteilung und Kornstellung sowie rückkornfreies Streuen als technologisches Maß) von Dosierung, Streutechnik, Transportbändern, Elektrodengeometrien, Art der Hochspannung und modifizierten Kornstoffen untersucht sowie Prozessführungsalgorithmen entwickelt. Aufbauend auf den physikalischen Zusammenhängen zwischen Aufladung, Transport und Eindringen des Schleifkorns in die Grundbinderschicht wurde eine Pilotanlage zur Herstellung flexibler Schleifmittel in hoher Qualität entwickelt. Zusammenhänge von Fertigungsparametern des elektrostatischen Kornauftrags und der Schleifbandqualität konnten abgeleitet werden.

Am Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI wurde ein Holzschaum auf Basis von Lignocellulosen entwickelt. Dieser Schaum besteht zu 100 % aus Holz und bedarf keines Zusatzes an Bindemitteln bzw. Klebstoffen, da holzeigene Bindungskräfte die Festigkeit des Schaums bewirken. Eine mögliche gesundheitliche Belastung durch Emissionen aus Klebstoffen ist daher nicht gegeben. Das Ergebnis dieser Entwicklung ist ein leichter Grundwerkstoff mit einer porösen, offenzelligen Struktur, einer hohen Festigkeit und einer niedrigen Rohdichte. Schäume können gezielt in einem Dichtebereich zwischen 50 kg/m³ und 200 kg/m³ hergestellt werden. Holzschäume sind aus ökologischer und ökonomischer Sicht für eine Vielzahl von Einsatzbereichen interessant.