JAHRGANG 61, AUSGABE 5/2020

Vor allem durch die Digitalisierung und den Einzug von Industrie 4.0 in die Holzwerkstoffindustrie erfährt die numerische Simulation von Holzwerkstoffen und die damit verbundene Bestimmung der mechanischen Ersatzparameter eine immer größer werdende Bedeutung. Um alle neun Elastizitätsparameter zu erhalten, werden jeweils drei Querkontraktionszahlen, Elastizitäts- und Schubmoduln benötigt. Die Bestimmung der Querkontraktionszahlen stellt eine große Herausforderung dar, sodass oft auf die Bestimmung verzichtet wird. Auch zeigen die Ergebnisse eine schlechte Wiederholpräzision. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Verfahren mit zuverlässigen Ergebnissen zu erzielen. Die Umsetzung erfolgte über das Einspannen der Proben in ein DMTA- Prüfsystem, mit dem die Probe harmonisch belastet und parallel die Längenänderung vermessen wurde. Die Vermessung der Querdehnung wurde über zwei Laser-Doppler-Vibrometer realisiert. Die Querkontraktionszahlen berechnen sich anschließend aus dem Quotienten aus Quer- und Längsdehnung. Mit diesem Verfahren können die Querkontraktionszahlen zuverlässig bestimmt werden.

Das Vakuum-Press-Trocknen ist ein Verfahren, um nasslaminierte Faserformkörper zu verdichten, zu entwässern und zu trocknen. Die dabei eingesetzten Materialien sind aufgeschlossene Naturfasern, Recyclingfasern und Zellstoffe. Formkörper mit anspruchsvollen Festigkeiten entstehen durch eine vakuuminduzierte Pressung, sowie eine Wasser- und Dampfabsaugung. Potenzielle Bauteile sind bspw. recyclingfähige Faserformteilmöbel, also Alternativen zu Werkstoffen, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind und Bindemittel bzw. Kunststoffe enthalten. Durch die hier durchgeführte Gewichtung der Einflussgrößen über einen Signifikanztest nach Plackett und Burman gelingt ein wichtiger Teilschritt, das Verfahrensverständnis zu festigen und potenzielle Anwendungen zu erarbeiten. Die Untersuchung wurde durch die Forschungsgruppe „Naturfaserverbunde und Biocomposite“ der Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik an der Technischen Universität Dresden durchgeführt.

Ein aktuelles Forschungsthema in Bereich der Holzwerkstoffe ist die Bestimmung der elastischen Materialparameter. Nach dem aktuellen Stand der Technik gibt es kaum vollständige Kennwertsätze, um das mechanische Verhalten von Holzwerkstoffe über ein orthotropes Materialmodell zu beschreiben. Ziel dieser Arbeit war es alle neun mechanischen Parameter zuverlässig zu bestimmen. Neben statischen Bestimmungsverfahren, die sich an die vorhandenen DIN-Normen anlehnten, wurden die Kennwerte dynamisch über das Model-Updating-Verfahren ermittelt. Bei den statischen Verfahren konnte in den Deckschichten eine stärkere Richtungsabhängigkeit nachgewiesen werden als in der Mittelschicht. Außerdem zeigte sich eine große Abhängigkeit zur Belastungsdauer, die mit dem rheonomen Materialverhalten zu begründen ist. Diese nichtlineare Eigenschaft von Holzwerkstoffen führte ebenfalls dazu, dass die dynamisch identifizierten Parameter oberhalb der statisch ermittelten Kennwerte lagen. Beide Verfahren für sich betrachtet liefern zuverlässige Werte mit einer geringen Standardabweichung. Die Kennwertbestimmung ist somit an die spätere Belastungsart anzupassen.

In einem Forschungsprojekt der Hochschule RheinMain, Labor für Holzbau, und der Firma Römmelt – Zimmerei und Hallenbau – wurden die Einsatzmöglichkeiten von mehrlagig verklebten OSB untersucht. Es wurden u. a. gekrümmte Platten entwickelt, mit denen bspw. die Herstellung von gekrümmten Dachgauben ermöglicht wird. Des Weiteren wurden Decklagen aus massiver Eiche eingesetzt, die mit den mehrlagigen OSB verklebt wurden. Zur Prüfung wurden Delaminierungsversuche und Druck-Scher-Versuche bei verschiedenen Vorbehandlungen durchgeführt. Abschließend wurden Stöße zwischen verschiedenen mehrlagigen OSB untersucht. Dabei wurden zum einen OSB zur Kopplung eingesetzt, zum anderen wurden eingeklebte Lochbleche verwendet. Besonders bei dem Ansatz mit den eingeklebten Lochblechen konnten gute Resultate in Bezug auf das Tragverhalten verzeichnet werden.

Aufgrund des hohen Energie- und Wasserverbrauchs in der Papierindustrie wurde in der letzten Zeit ein neuer möglicher Ansatz entwickelt, um das bekannte Trockenverfahren der Holzwerk-stoffindustrie auf die Fertigung von Papierprodukten, vor allem Karton für Verpackungszwecke, zu übertragen. Diese aus Altpapier erzeugten Dünn-MDF sollen konventionell hergestellte Kartone substituieren und daher im Weiteren als „Trockenkarton“ bezeichnet werden. Folgende Voraussetzungen müssen dafür erfüllt werden: Zum einen müssen die Dünn-MDF kartonähnliche Eigenschaften aufweisen und zum anderen darf der funktionierende Altpapierkreislauf durch das Recycling der Trockenkartone nicht negativ beeinflusst werden. Die dafür erforderliche Verfahrenstechnologie basiert auf einem modifizierten MDF-Trockenverfahren. Zudem wurden auch innovative Technologien wie Trockenaufschluss, Trockenbeleimung, Airlaid-Verfahren und mehrschichtiger Aufbau eingesetzt.

Es wurden Längszugscherversuch an mit Celluloseregeneratfaser (CRF) verstärktem Epoxidharz durchgeführt. Dabei wurden die Festigkeiten von CRF mit und ohne Schlichtemittel verglichen. Die dauerhafte Ausbildung eines stabilen Verbundes zwischen CRF und Epoxidharz ist weiterhin problematisch. Der Einsatz eines Schlichtemittels wirkt sich nicht auf die Verklebbarkeit der Fasern in der Matrix aus. Sowohl die Werte des Zugscherversuchs als auch die makroskopischen Bruchbilder und die mikroskopischen Analysen von Rissen in der Matrix zeigen keine nennenswerten Unterschiede zwischen beiden untersuchten Varianten.