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Institut für
HF Holzforschung
Projekt
Leichte Spanplatte: Die Partikelgeometrie macht den Unterschied
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Entwicklung leichter Holzwerkstoffe unter Anwendung definierter Spanorientierung und Partikelmorphologie
Für die Herstellung von Spanplatten soll immer weniger Holz eingesetzt werden. Diese sollen aber vergleichbare Eigenschaften haben wie Platten aus konventioneller Herstellung. Wir forschen an ihrer Entwicklung.
Hintergrund und Zielsetzung
Mit einer Produktion von rund 28,4 Millionen Kubikmeter im Jahr 2013 (EPF, 2012) ist die Spanplatte der wichtigste Holzwerkstoff (HWS) in Europa. Die gestiegene Holznachfrage führt zu höheren Preisen und belastet so die Wirtschaftlichkeit der Spanplattenproduktion. Da die Herstellung von Spanplatten in einem hohen Maße optimiert und automatisiert ist, können Einsparungen praktisch nur noch durch reduzierte Rohstoffkosten realisiert werden. Neben verschiedenen Ansätzen, den Rohstoff günstiger einzukaufen, können die Kosten auch über eine Reduzierung des Rohstoffverbrauchs gesenkt werden. Dies bringt eine Verringerung der Plattendichte mit sich und infolge dessen stets eine Reduktion der Platteneigenschaften. Mit verschiedenen Konzepten versucht man, diese Eigenschaftsreduktion zu kompensieren. Mit allen Vor- und Nachteilen: Das Einbringen leichter Füllstoffe in den Spankuchen beispielsweise kann Probleme bei der Kantenbearbeitung verursachen.
Wir arbeiten deshalb an einem Konzept, mit dem frei-formatierbare Platten hergestellt werden können, die ohne den Zusatz solcher Füllstoffe auskommen.
Vorgehensweise
Ziel ist es, eine dreischichtige Spanplatte zu entwickeln, deren Dichte unter 500 kg/m3 liegt, ohne dass sie erforderlichen Platteneigenschaften verliert. Sie soll im Rahmen des Projektes Späne innovativer Geometrie hergestellt und für die Plattenherstellung eingesetzt werden. Wir wollen dies durch eine gezielte Ausrichtung der Späne im Spankuchen erreichen. Im Anschluss an die Laborentwicklung sollen die gewonnenen Erkenntnisse im industriellen Maßstab angewendet werden. Ergänzend hierzu streben wir eine nummerische Modellierung des Verhaltens der Späne im Verbund an. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung rundet das Projekt ab.
Daten und Methoden
Im ersten Projektabschnitt erarbeiten Thünen-Institut und Institut für Werkzeugmaschinen (IfW der Universität Stuttgart) gemeinsam ein Anforderungsprofil eines geeigneten Modellspans für die Produktion leichter Spanplatten. Resultierend daraus stellt das IfW verschiedene Spanformen her. Dabei kommen verschiedene Fräswerkzeuge, Fräsverfahren und Holzarten zum Einsatz. Zusätzlich werden die Zerspanparameter variiert. Ein definierter Modellspan mit passendem Anforderungsprofil offenbart das Verdichtungs- und Federverhalten, die Verleimungsqualität hinsichtlich der Flächenbeleimbarkeit der Späne sowie Verleimungsqualität hinsichtlich der Kontaktflächen großdimensionierter Späne. Mit den so gewonnenen Kennwerten können wir Platten herstellen und auf verwendungsrelevante wie Rohdichteprofil, E-Modul, Biegefestigkeit und Querzugfestigkeit prüfen. Parallel zu diesen Untersuchungen generieren wir ein Modell, das die Eigenschaften der einzelnen Späne darstellt - besonders bezüglich des Federverhaltens, der Beleimbarkeit, also der Kontaktflächen. Es berücksichtigt auch die Orientierung der einzelnen Späne im Verbund. Im zweiten Projektabschnitt stehen die entwickelten Spanplatten im Mittelpunkt der Untersuchungen. Zu nennen ist hier das Umsetzen einer geeigneten Spangeometrie. Sie muss auf mögliche Zerspanungs- und Verfahrenstechnik im industriellen Prozess ausgerichtet sein. Folglich müssen in weiteren Arbeitsschritten Erkenntnisse auf die in der Industrie vorhandenen Holzsortimente und Holzartenmix übertragen und verfahrenstechnische Probleme der Beleimung und Streuung gelöst werden. Das wollen wir auf Basis der im Labor gewonnenen Erkenntnisse mit Hilfe von Holzwerkstoffherstellern und des Maschinen- und Anlagenbaus leisten.
Unsere Forschungsfragen
Mit dem Projekt untersuchen wir, ob über den Einsatz eines Spans bestimmter Geometrie bzw. dessen gezielter Ausrichtung im Spankuchen sich die Plattendichte reduzieren lässt und gleichzeitig die Eigenschaften einer konventionellen Spanplatte vergleichbar gehalten werden können.
Ergebnisse
Im Rahmen des Projektes konnten wir zeigen, dass die Spangeometrie einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften von Spanplatten hat. Insbesondere der Einsatz von Spänen mit angepasster Geometrie und Anordnung im Spankuchen, die bisher nicht von Spanplattenherstellern einbezogen wurden, führten zu vielversprechenden Platteneigenschaften - auch im Fall dichtereduzierter Spanplatten.
Thünen-Ansprechperson
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Thünen-Beteiligte
Beteiligte externe Thünen-Partner
-
Universität Stuttgart
(Stuttgart, Deutschland)
Geldgeber
-
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
(national, öffentlich)
Downloads:
Thuenen Working Paper 94 (pdf Datei: 0,46 MB)
https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn062501.pdf
Benthien JT, Lüdtke J, Ohlmeyer M (2019) Effect of increasing core layer particle thickness on lightweight particleboard properties. Eur J Wood Wood Prod 77(6):1029-1043, DOI:10.1007/s00107-019-01452-5
literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn061952.pdf
Benthien JT, Ohlmeyer M (2018) Enhancement of low-density particleboard properties by core layer particle orientation. Eur J Wood Wood Prod 76(3):1087-1091, DOI:10.1007/s00107-017-1282-8
https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn059805.pdf
Benthien JT, Ohlmeyer M, Schneider M, Stehle T (2018) Experimental determination of the compression resistance of differently shaped wood particles as influencing parameter on wood-reduced particleboard manufacturing. Eur J Wood Wood Prod 76(3):937-945, DOI:10.1007/s00107-017-1270-z
Schneider M, Stehle T, Benthien JT, Ohlmeyer M (2018) Stiffness modelling of particles in the core layer for the manufacturing of wood-reduced particleboard. Eur J Wood Wood Prod 76(3):947-952, DOI:10.1007/s00107-018-1287-y
Benthien JT, Ohlmeyer M (2017) Influence of face-to-core layer ratio and core layer resin content on the properties of density-decreased particleboards. Eur J Wood Wood Prod 75(1):55-62, DOI:10.1007/s00107-016-1059-5