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3. Deutscher WPC-Kongress02. - 03. Dezember Köln
WPC-Herstellung nach dem FlachpressverfahrenEinfluss der Rohstoffkomponenten und derEinfluss der Rohstoffkomponenten und der
Herstellungsparameter auf die physikalischenund mechanischen Eigenschaften
Jan Benthien Universität Hamburg, Zentrum HolzwirtschaftDr. Heiko Thömen Universität Hamburg, Zentrum HolzwirtschaftVolker Weißmann Hochschule Wismar undVolker Weißmann Hochschule Wismar und
Institut für Polymertechnologien e.V.Dr. Hans Korte Innovationsberatung Holz & Fasern
1
ÜbersichtÜbersicht
• EinleitungVe s chsmate ial• Versuchsmaterial
• Probenherstellung• Ergebnisse• Ergebnisse
- Einfluss Rohstoffparameter- Einfluss Prozessbedingungen
f• Zusammenfassung
2
Anwendungspotenziale von WPCAnwendungspotenziale von WPC--PlattenPlatten
Betonschalungsplatten für Trägersysteme
Fassadengestaltung
Dachunterschlag
Möb lb
Frachtraumböden für LKW und Container
Möbelbau:Küche, Bad
SchwimmbadGarage u ä
Gerüstbohlen
Garage u.ä.
Gerüstbohlen
Hobby, Baumarkt
3
BodenbelagQuelle. www.cartoon-haus.de
Baumarkt, Garten
WettbewerbsprodukteWettbewerbsprodukte
Produkt Anwendung Vorteil WPC-Platte
t di WPC´ A ß d i d i Di htextrudiere WPC s Außenanwendung,Möbelbau
niedrigere Dichte,größere Breite
Kunststofftafeln Betonschalungsplatten, niedrigere Kosten durch gContainerböden,Tierhaltung
gKunststoffsubstitution
HPL Fassadengestaltung niedrigere DichteHPL(Hochdruck-schichtstoffplatten)
Fassadengestaltung,Schwimmbadausstattung,Labor- und Büromöbel
niedrigere Dichte,formaldehydfrei
Sperrholz Betonschalungsplatten,Containerböden
kontinuierliche Produktion
M i h l H bb V i ht f A t i hf bMassivholz Hobby,Baumarkt,Garten
Verzicht auf Anstrichfarbe,größere Materialbreite,Verzicht auf Tropenholz
HDF Trägerplatte Laminat kaum Quellneigung
4
HDF Trägerplatte Laminat kaum Quellneigung
EntwicklungszieleEntwicklungsziele
• Entwicklung der Verfahrenstechnik zur Herstellung von WPC-PlattenWPC Platten
• Analyse der grundlegenden Einflussgrößen- Rohstoffe (Holz, Polymer, Additive)- Werkstoffparameter- Granuliertechnik- Presstechnologie
Projektpartner:Projektpartner:
• Universität Hamburg (Leitung Verbundprojekt)• Hochschule Wismar / Institut für Polymertechnologien• Innovationsberatung Holz & Fasern (Dr. Hans Korte)• TechnoPartner Samtronic
P ll M hi f b ik
5
• Pallmann Maschinenfabrik• Dr. Schürmann Kunststoffe
SpanfraktionenSpanfraktionen
F8 JELU F5 R hF8 - JELU F5 - Rauch
F1 – LA.SO.LE
F6 - Rauchenan
teil
Mas
se F4 - Rauch
< 0.1 0.1 - 0.3 0.3 - 0.5 0.5 - 1.0 > 1.0
6
Siebfraktion (mm)
Polymere & HaftvermittlerPolymere & Haftvermittler
Polypropylen
MFR1) 4P1
MFR1) 25P5
MFR1) 55P6
MFR1) 120P3
P1 + P3P83)
Polyethylen
MFR2) 0,4P13
Haftvermittler (CA) 4)
1) 230 °C / 2,16 kg2) 190 °C / 2,16 kg3) 50 % / 50 %
( )
P1 + CA0 %
P1 + CA3 %
P1 + CA1 %
P1 + CA2 %
7
% %4) Equistar, NE 5420130 % 3 %1 % 2 %
ÜbersichtÜbersicht
• EinleitungVe s chsmate ial• Versuchsmaterial
• Probenherstellung• Ergebnisse• Ergebnisse
- Einfluss Rohstoffparameter- Einfluss Prozessbedingungen
• Zusammenfassung
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MischMisch-- bzw. bzw. GranuliertechnikGranuliertechnik
Trockenmischung WPC Granulat
Heizkühlmischer Palltruder
Trockenmischung WPC-Granulat
Heizkühlmischer Palltruder
manuell vermischte Späne mit
Polymerpulver
Ringmatrizenpresse
9
PresstechnikenPresstechniken
LaborpresseUniv. HH
Konti-PresseTPS
2
11
Ein-EtagenpresseDr Schürmann
Streu-station
10
Dr. Schürmann station
ÜbersichtÜbersicht
• EinleitungVe s chsmate ial• Versuchsmaterial
• Probenherstellung• Ergebnisse• Ergebnisse
- Einfluss Rohstoffparameter- Einfluss Prozessbedingungen
• Zusammenfassung
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Einfluss PolymerEinfluss Polymer
Dickenquellung [%](Holzanteil 70 % Dichte 0 8 g/cm³)(Holzanteil 70 %, Dichte 0,8 g/cm³)
40 4024 h 168 h24 h
quel
lung
[%]
20
30168 h
20
3024 h 168 h
Dic
kenq
P5
Tro.HKM
P llP1
0
10Tro.
HKMP5P1
10
0
• Polymertyp beeinflusst hauptsächlich die Wasseraufnahme und Dickenquellung
P5 Pall.P6 P3 P13%
Pall.P5 P6 P3 P13%
• Polymertyp beeinflusst hauptsächlich die Wasseraufnahme und Dickenquellung.
• MFR und Additivzusatz für Benetzung der Holzpartikel mit Polymer sowie für die Anwendbarkeit der Misch- bzw. Granuliertechnik maßgeblich.
12Standardspan F1, Presstemperatur 190 °C, -dauer 500 s (Leicht veränderte Bedingungen für Kombination P3, Tro.: F8, 210 °C, 500 s, direkter Vergleich aber zulässig)
Einfluss Einfluss HolzpartikelgrößeHolzpartikelgröße
Einfluss der Partikelgröße auf die Platteneigenschaften von verwendeter Granuliertechnik abhängig:von verwendeter Granuliertechnik abhängig:
• Für Trockenmischungen steigen mit der Partikelgröße die mechanischen Festigkeiten
• Für Heizkühlmischergranulate erhöht sich mit steigender Partikelgröße die Wasseraufnahme und Dickenquellung
Einfluss der Partikelgröße auf Granulatqualität:• die Variation der Holzpartikelgröße bei der Agglomerierung imdie Variation der Holzpartikelgröße bei der Agglomerierung im
Palltruder kann zu unterschiedlichen Granulatqualitäten führen.
F1 + P1 ≠ F8 + P1
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Einfluss WerkstoffdichteEinfluss Werkstoffdichte
Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2](Trockenmischung Holzanteil 70 %)
Biegefestigkeit [N/mm2](Trockenmischung, Holzanteil 70 %)
605000 60
mm
2 ] 5000
403000
4000
keit
[N/m
m2 ]
40
smod
ul [N
/m
4000
3000
20
1000
2000
Bie
gefe
stig
k
20
e-E
last
izitä
t
2000
1000
00,65 0,75 0,85 0,95 1,05
00,65 0,75 0,85 0,95 1,05
B
0,9 0,95 1,0 1,05 1,100,85
Dichte [g/cm3]
Bie
g
0,85 0,9 0,95 1,0 1,05
Dichte [g/cm3]
01,1
Dichte [g/cm3] Dichte [g/cm3]
• Werkstoffdichte beeinflusst die physikalischen und mechanischen Eigenschaftenmaßgeblich.
[g ] [g ]
14Standardspan F1, Polymer P5, Presstemperatur 190 °C, -dauer 500 s
Einfluss HolzanteilEinfluss Holzanteil
Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2] Biegefestigkeit [N/mm2]
2 ]
4000
5000
405060
odul
[N/m
m2 ]
igke
it [N
/mm
2
1000
2000
3000
10203040
Elas
tizitä
tsm
o
Bie
gefe
st0
P5P6
P3P1
P3 70%60%
50%0%
0
P5P6
P3P1
P3 70%60%
50%0%
Bieg
e-E
Tro.mi.
HKM
Palltruder
P3P13 80%
70%
HolzanteilTro.mi.
HKM
Palltruder
P3P13 80%
70%Holzanteil
• Abgesehen von E-Modul wirkt sich ein sinkender Holzanteil positiv auf das Eigenschaftsprofil der WPC-Platten aus.
• Biege Elastizitätsmodul ist für bestimmten rezepturbedingten Holzanteil maximal
15
• Biege-Elastizitätsmodul ist für bestimmten rezepturbedingten Holzanteil maximal.Zieldichte 0,8 g/cm3, Presstemp. 190 °C, -dauer 500 s (P 13 Zieldichte 1,0 g/cm3, Pressd. 0% abweichend)
Einfluss Einfluss GranuliertechnikGranuliertechnik
Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2]Querzugfestigkeit [N/mm2](Span F1 Polymer P8 Holzanteil 70 %)(Span F1, Polymer P8, Holzanteil 70 %)
5000500066
3000
40004000
300044
PalltruderHKM
1000
20002000
1000
22
HKMPalltruder
00,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
00,8 0,9 1,0 1,1 1,20,7
00,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20
00,8 0,9 1,0 1,1 1,20,7
Dichte [g/cm3] Dichte [g/cm3]
• Querzugfestigkeit und Biege-Elastizitätsmodul vom Granulattyp abhängig.
• Einfluss des Granulattyps hebt sich im Fall des E-Moduls für hohe Dichten auf.
16Herstellung der Prüfkörper mit unterschiedlichen Pressprogrammen
ÜbersichtÜbersicht
• EinleitungVe s chsmate ial• Versuchsmaterial
• Probenherstellung• Ergebnisse• Ergebnisse
- Einfluss Rohstoffparameter- Einfluss Prozessbedingungen
• Zusammenfassung
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Einfluss Granulat Einfluss Granulat
Temperatur [° C]Di k [ ] P d k [N/ 2]Dicke [mm] Pressdruck [N/cm2]250 1250 Palltruder
HKM
150
200
750
1000
max. DruckHeiztemperatur
Temp in Platte
Temperatur
50
100
250
500
DickeDruck
Temp. in Platte
DruckPlattendicke
0
50
0 200 400 600 800 1000 1200 14000
250Dicke
Dauer [s]
• Die Aufheizung und Verdichtung eines HKM-Granulates scheint mehr Zeit und einen höheren Pressdruck zu erfordern
18* Span F1, Polymer P8, Holzanteil 70 %, Dichte 1,1 g/cm3
mehr Zeit und einen höheren Pressdruck zu erfordern.
Einfluss Presstemperatur Einfluss Presstemperatur (1)(1)
Biegefestigkeit [N/mm2]Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2](Span F1 Polymer P1 Palltruder
605000 605000
(Span F1, Polymer P1, Palltruder,Holzanteil 50 %)
403000
4000
40
4000
3000
20
1000
2000
202000
1000
00,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10
00,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10
0,9 0,95 1,0 1,05 1,100,850,85 0,9 0,95 1,0 1,05
01,1
Dichte [g/cm3] Dichte [g/cm3]
210 °C, 800 s190 °C, 900 s
210 °C, 500 s190 °C, 500 s
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• Einfluss der Dichte auf Platteneigenschaften maßgeblicher als die Presstemperatur.
Einfluss Presstemperatur Einfluss Presstemperatur (2)(2)
Temperatur [° C]
200
250 Temperatur der Plattenmittelschicht bei Pressplattentemperatur:
100
150 210 °C190 °C170 °C
0
50
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
170 C
200 400 600 800 1000 1200 1400Dauer [s]
• durch eine möglichst hohe Presstemperatur kann der Pressprozess verkürzt werdenPressprozess verkürzt werden
20* Span F1, Polymer P1, Holzanteil 50 %, Palltrudergranulat, Dichte 1,0 g/cm3
Einfluss Presstechnologie Einfluss Presstechnologie (Rohstoffkombination 1)(Rohstoffkombination 1)
Biegefestigkeit [N/mm2]Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2](Rohstoffkombination 1*)
605000 605000
(Rohstoffkombination 1*)
403000
4000
40
4000
3000
20
1000
2000
202000
1000
0
Kontipresse Ein-Etagenpresse Laborpresse0
Kontipresse Ein-Etagenpresse Laborpresse00
• keine deutlichen Unterschiede der Platteneigenschaften bei alternativer• keine deutlichen Unterschiede der Platteneigenschaften bei alternativer Anwendung der Presstechniken
21* Span F1, Polymer P13, Holzanteil 50 %, Palltrudergranulat, Dichte 1,1 g/cm3
Einfluss Presstechnologie Einfluss Presstechnologie (Rohstoffkombination 2)(Rohstoffkombination 2)
Biegefestigkeit [N/mm2]Biege-Elastizitätsmodul [N/mm2](Rohstoffkombination 2*)(Rohstoffkombination 2*)
4000
5000 60605000
4000Kontipresse
Kontipresse
2000
30004040
20
3000
2000
Kontipresse
0
1000
0
2020
0
1000
0
210 °C, 800 s190 °C, 900 s
210 °C, 500 s Kontipresse190 °C, 500 s
0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,100,9 0,95 1,0 1,05 1,1
00,850,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1
• Einfluss der Presstechnologie für diese Rohstoffzusammensetzung und Granuliertechnologie deutlich erkennbar
22* Span F1, Polymer P1, Holzanteil 50 %, Palltrudergranulat
ZusammenfassungZusammenfassung
• Die WPC-Platte hat breites Anwendungsspektrum und ist eine Alternative zu zahlreichen WerkstoffenAlternative zu zahlreichen Werkstoffen
• Die Rohstoffzusammensetzung hat Einfluss auf die Granulierung g gund die Werkstoffeigenschaften
• Die Werkstoffparameter Dichte und Holzanteil beeinflussen physikalische und mechanische Platteneigenschaftenphysikalische und mechanische Platteneigenschaften
• Der Granulattyp hat Einfluss auf den Pressprozess• Die Presstemperatur beeinflusst die Pressdauer• Die Presstemperatur beeinflusst die Pressdauer• Die Presstechnologie kann Einfluss auf die Platteneigenschaften
haben
Durch sinnvolle Kombination vonRohstoff, Werkstoffparameter und Presstechnologiekö d if WPC Pl tt h t llt d
23
können anwendungsreife WPC-Platten hergestellt werden.