Das Ziel der Forschungsarbeiten war die Entwicklung von geschäumten WPC-Platten auf Basis von Bio-Polyethylen (Bio-PE) bzw. Polylactide (PLA). Die Dichte der WPC-Schaum-Profile sollte hierdurch auf das Niveau von Span- bzw. Faserplatten (500 - 800 kg/m³) reduziert werden. Gleichzeitig wurden die biobasierten WPC-Rezepturen hinsichtlich ihrer Eignung für die Kompaktextrusion von Hohl- und Vollprofilen untersucht. Hierfür wurden drei verschiedene Bio-PE und ein PLA Typ ausgewählt und mit unterschiedlichen Anteilen von verschiedenen Holzfasern gemischt. Die ausgewählten WPC-Rezepturen wurden compoundiert und anschließend auf das Extrusionsverhalten zu kompakten Profilen und das Schäumverhalten untersucht. Die umfangreichen Untersuchungen zeigten, dass für die Kompakt- und die Schaumextrusion unterschiedliche Holzanteile benötigt werden. Bei einem geschäumten Vollprofil lag der optimale Holzanteil < 40 Gew.-%, um einen hohen Aufschäumgrad und eine niedrige Dichte zu erreichen. Bei einem kompakten Vollprofil dagegen lag der optimale Holzanteil ≥ 60 Gew.-%, um ein gutes Extrusionsverhalten zu gewährleisten.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Untersuchung verschiedener Treibmittel und deren Einfluss auf das Formfüllverhalten von WPC im Spritzgießprozess. Für die Untersuchungen wurden verschiedene WPC-Rezepturen auf Polypropylenbasis hergestellt. Dabei variierten die Partikelgröße und Massenanteile an Holzfüllstoff, sowie die Fließeigenschaften der unterschiedlichen Kunststoffmatrices. Zur Verbesserung des Fließverhaltens beim Spritzgießen wurden chemische und physikalische Schaumbildner zugesetzt. Bei der Verarbeitung wurden Prozessparameter wie beispielsweise Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit und Werkzeuginnendruck hinsichtlich ihres Einflusses auf die sich bildende Schaumstruktur untersucht. Charakterisiert wurden die geschäumten Bauteile mittels Computertomographie, mechanischer und thermischer Analysen. Weiterhin wurde das WPC-Material für Sandwichspritzgießversuche verwendet, um die Vorteile eines geschäumten WPCs mit einer kompakten Polymerhaut zu vereinen.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Die Alterung von WPC ist bisher nicht vollständig verstanden. Unter beschleunigten Laborbedingungen ergibt sich eine andere Alterung als im Freien. Vermutlich wirkt im Freien eine biologische Belastung durch Pilze auf das WPC ein. Ziel des Projekts war deshalb eine Methode zu entwickeln, mit welcher eine realistische und beschleunigte Alterung von WPC im Labor realisiert werden kann.
Es wurden verschiedene kommerzielle und selbst hergestellte WPCs im Freien bodennah und -fern für bis zu 18 Monate in Göttingen exponiert und in 6 Monats-Intervallen nachfolgenden Prüfungen zur Bestimmung der biologischen Dauerhaftigkeit gegenüber holzzerstörenden Pilzen unterzogen.
Mit Voralterungsmethoden im Labor sollte versucht werden, Schädigungen zu erzeugen, mit denen ein Pilzbefall ermöglicht wird und eine Freibewitterung realitätsnah nachgestellt werden kann. Es wurden vier Methoden untersucht, bei denen der Klima-Wechsel-Test mit vorgeschalteter Wasserlagerung die realistischsten und größten Alterungseffekte erzeugte.
Anschließend an die Freibewitterung und die Laborvoralterung wurde die Beständigkeit gegen braun- und weißfäuleerregende Pilze sowie gegen Moderfäulepilze geprüft. Es wurde festgestellt, dass sich die Feuchte im WPC negativ auf die Mechanik auswirkte und den Einfluss des Pilzbefalls überwog. Es fand zwar ein Abbau von Holzsubstanz im WPC statt, dieser wirkte sich aber weniger stark auf die Mechanik aus als durch die Feuchteerhöhung. Zudem zeigte sich, dass die Voralterungen keinen signifikanten Einfluss auf Masseverlust und Mechanik bei der biologischen Prüfung bewirkten. Zusätzlich wurde die Resistenz gegen Schimmelbewuchs vergleichend nach zwei Prüfverfahren untersucht. Die Inkubationskammer-Methode war der Agarplattenmethode vorzuziehen.
Aktualisiert: 2022-01-13
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Die Bedeutung gefüllter und verstärkter Kunststoffe mit hohen Füllstoffanteilen nimmt stetig zu. Ein Beispiel dafür sind Kunststoffe mit bis zu 70 Gew.-% Holzfasern (WPC), welche überwiegend im Extrusionsverfahren verarbeitet werden. Die Prozessführung solcher hochgefüllten Materialien unterscheidet sich aufgrund des komplexen Materialverhaltens und der notwendigen partiellen Erstarrung der WPC-Schmelze im Werkzeug jedoch von der Herstellung klassischer Kunststoffprodukte. WPC-Werkzeuge werden daher zumeist in kosten- und zeitaufwändigen Versuchen optimiert. Simulationen kommen dabei bisher kaum zum Einsatz. Forschungsziel war deshalb die numerische Berechnung des Fließ- und Verformungsverhaltens von WPC im Extrusionswerkzeug und die darauf basierende Erstellung von Empfehlungen für eine optimierte Auslegung von WPC-Werkzeugen.
Im Projekt wurden erforderliche Materialdaten von WPC für die Simulation ermittelt und durch geeignete Materialmodelle beschrieben. Parallel wurden Extrusionsversuche durchgeführt, um die notwendigen Randbedingungen für die Simulation zu ermitteln. Darauf aufbauend wurden numerische Berechnungen der Fließvorgänge im Extrusionswerkzeug durchgeführt. Ein Vergleich zwischen simulierten und gemessenen Werten zeigt eine gute Übereinstimmung für Parallelteile des Werkzeugs. Für Einström- und Übergangsteile mit hohen Dehnströmungen wurden für Kunststoffe mit 70 Gew.-% Holzfasern deutliche Abweichungen festgestellt. Versuche mit einem industrienahen Werkzeug zeigen vergleichbare Abweichungen zwischen Simulation und Experiment. Dennoch kann die Entwicklung neuer WPC-Extrusionswerkzeuge mit Hilfe der numerischen Prognosen zukünftig effektiver und kostengünstiger gestaltet werden, da Fehler im Werkzeugdesign frühzeitig erkannt und vermieden werden können.
Aktualisiert: 2021-03-11
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Dieses Forschungsvorhaben baut auf einer vorhergehenden Machbarkeitsstudie (Innovativer Einsatz von Wood Polymer Composites zur Herstellung von biogenen SiC-Keramiken) auf. In dieser wurden erstmals Grünkörper aus Wood Polymer Composites (WPC) erfolgreich in siliciuminfiltrierte Siliciumkarbid (SiSiC)-Keramiken konvertiert. Um die noch beschränkte Formgebungsvielfalt von SiSiC zu erweitern, sollten in dem vorliegenden Folgevorhaben biogene und kostengünstige Ausgangsmaterialien mit polymeren Verarbeitungstechniken zu neuartigen Grünkörpern verarbeitet werden. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag auf einer Verbesserung der resultierenden mechanischen Eigenschaften der SiSiC Keramiken im Vergleich zur Machbarkeitsstudie. Hierzu wurden diverse Faktoren, wie die WPC-Zusammensetzung und die Verarbeitungsparameter systematisch variiert. Darüber hinaus wurde ein Modell zur quantitativen Beschreibung der Schrumpfung während des Fertigungsprozesses erstellt, um eine endkonturnahe Fertigung zu ermöglichen. Zusätzlich erfolgte die Nutzung und zweckmäßige Übertragung der Erkenntnisse aus der Extrusion auf neuartige WPC-Werkstoffsysteme, die sogar für Spritzgießbauteile geeignet sind. Durch die kostengünstige Herstellung und die Formgebungsvielfalt bei der Grünkörperfertigung ist es möglich, mit dem optimierten Prozess SiSiC-Bauteile zu entwickeln, die hinsichtlich ihrer Mikrostruktur und Eigenschaften mit herkömmlichen Werkstoffen konkurrieren können.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Im Rahmen dieser Dissertation wurden grundlegende Untersuchungen zum Kleben von Wood-Plastic Composite (WPC) mit Dispersionsklebstoffen durchgeführt. Diese Art von Klebstoff wird zu einem großen Anteil in der Holz- und Möbelindustrie eingesetzt. Die Motivation entsteht aus dem möglichen Potential des Werkstoffs WPC, Anwendung in der holzverarbeitenden Industrie zu finden. Die Herausforderung beim Kleben von WPC mit Dispersionen besteht in der im Vergleich zu Holz geringen Wasseraufnahme des WPC. Für das Abbinden des Klebstoffs ist die Entfernung des Wassers eine notwendige Voraussetzung. Daher bilden die Untersuchungen zur Wasseraufnahme von vorbehandeltem WPC und die Analyse der dabei vorherrschenden Mechanismen einen großen Schwerpunkt dieser Arbeit. Durch mechanische Behandlung wird eine Freilegung der Holzpartikel an der Oberfläche erzielt und durch Laserbehandlung wird eine poröse Randschicht erzeugt, die sich schlagartig mit Wasser füllt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit zielt auf eine Entfernung des Wassers aus der Fügeebene ab, indem in eines der Fügeteile in regelmäßigen Abständen Bohrungen gesetzt werden. Über diese findet die Verdunstung des Wassers statt, wodurch ein quasi-flächiges Abbinden des Klebstoffs resultiert. Eine Analyse der stattfindenden Filmbildungsprozesse erfolgt auf Basis des experimentellen Befunds und vorhandener modelltheoretischer Erkenntnisse. Konvektive und molekulare Stofftransportvorgänge führen zu einer gleichmäßigen Filmbildung in der Klebschicht. Zuletzt wird anhand eines Praxisbeispiels die Umsetzung der neuen Fügetechnologie gezeigt.
Aktualisiert: 2021-12-20
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In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Themen zur Compoundierung von Holz-Kunststoff-Gemischen (WPC) untersucht. Es soll die WPC-Compoundierung im gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder (DSE) durch experimentelle Untersuchungen und Simulationen verbessert werden. Auch der Compoundierprozess im Innenmischer (IM) wird für die WPC-Herstellung angepasst. Daraufhin werden die beiden WPC-Compoundierprozesse (DSE und IM) hinsichtlich der Compoundqualität und der Betriebswirtschaftlichkeit miteinander verglichen. Weiterhin wird der Einfluss der Feuchte auf die mechanischen und optischen Eigenschaften des Bauteils beim Spritzgießprozess untersucht. Um den Trocknungsaufwand von WPC-Granulat vor dem Spritzgießprozess zu minimieren, wird der Einfluss der Granulierparameter einer Unterwassergranulierung auf die Granulatrestfeuchte von WPC untersucht und ein Modell zur Berechnung der Restfeuchte erstellt. Zudem werden Untersuchungen dargestellt, durch welche besseres Verständnis des Einflusses der Rohstoffe auf das Compound oder das Bauteil erlangt werden soll. Dieses alles soll zu verbesserten Herstellungsverfahren, besseren oder günstigeren WPCs und somit zu besseren WPC-Produkten mit erweitertem Einsatzbereich führen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf spritzgießfähige Compounds gelegt.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Naturfaser und holzgefüllte Kunststoffe sind in der Extrusion und im Pressverfahren etablierte Materialien. WPC hat seit den späten 90er Jahren als Substitut von Holz Belägen für Terrassen Einzug in die Baumärkte gefunden. Im automotiven Bereich
kommen hauptsächlich Pressverfahren von Naturfaser verstärktem Kunststoffen zum Einsatz, Holzfaserverstärkung spielt hier eine untergeordnete Rolle. Motivation zu dieser Arbeit war die Entwicklung von spritzgussfähigem Material, auf Basis von WPC, das einerseits gute Festigkeit und Steifigkeit aufweist und andererseits seitens des Bruchverhaltens und der Kerbschlagzähigkeit für den Einsatz im Automobil geeignet ist.
Aktualisiert: 2020-06-05
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