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

8

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

11

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

13

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

17

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

19

• 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.

Herzlichen Dankfür Ihre

Aufmerksamkeit

24