Oberflächenbeständigkeit von WPC

Auf ewig verbunden? Oberflächenbeständigkeit von Holz-Polymer-Verbunden

Oberflächenbeständigkeit von Holz-Polymer-Verbunden

Die Diskussion über Nachhaltigkeit in allen wirtschaftlichen Branchen führt zu einer verstärkten Entwicklung von umweltfreundlichen Werkstoffen mit hohen Anforderungen an die dafür in Frage kommenden nachwachsenden Rohstoffe. Einer der Hoffnungsträger ist dabei der Traditionswerkstoff Holz. Da aber das Naturprodukt Holz die heute geforderten Eigenschaften (hohe Dimensionsstabilität, beliebige Formbarkeit) oft nicht allein erfüllen kann, sind intelligente Materialkombinationen gefragt. Die Kombination von Kunststoffen und Holz vereinigt die positiven Eigenschaften der beiden Materialien in vorteilhafter Weise. Die Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (Wood Plastic Composites - WPC) haben sich in den letzten Jahren schnell entwickelt und werden derzeit in Europa in der Außenanwendung fokussiert.

Das KuZ nahm im Rahmen eines Forschungsprojektes die Oberflächenbeständigkeit von WPC´s genau unter die Lupe. Untersucht wurde der Einfluss von Bewitterung und chemomechanischer Beanspruchung auf die Gebrauchseigenschaften. Die bewitterungsbedingten Strukturveränderungen in der Materialoberfläche und deren Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften bilden die Basis der Untersuchungen.

Freibewitterung vs. Bewitterung im Zeitraffer

Die Untersuchungen zur Freibewitterung erfolgten über einen Zeitraum von 22 Monaten.

Prüfgestell zur Freibewitterung

Prüfgestell zur Freibewitterung

FTIR-Spektren nach Freibewitterung

FTIR-Spektren nach Freibewitterung

PE-Banden: 1470/720 cm-1

Lignin-Bande: 1510 cm-1

Zellulose-Bande: 1026 cm-1 Carbonyl-Bande: 1720 cm-1

Diese Ergebnisse stimmten gut mit den Farbveränderungen überein, die ein Vergilben und Vergrauen, hervorgerufen durch die Veränderungen an den Holzfasern, anzeigten. UV induzierte Schädigungen der Kunststoffmatrix, die üblicherweise an einer Zunahme der Carbonylbandenintensität erkennbar ist, konnten nicht festgestellt werden. Bei den Untersuchungen von tiefer liegenden Schichten (ca. 0,5 mm) konnten wieder Lignin und Zellulose (charakteristische Holzbanden) nachgewiesen werden. Das lässt den Schluss zu, dass sich die Alterung im untersuchten Zeitraum auf die Oberflächenbereiche beschränkt und nicht in tiefere Regionen vordringt.

In einem 6-monatigen Versuchszeitraum wurden die WPC´s mit Xenonbogenstrahler künstlich bewittert. Die erzeugten Oberflächenveränderungen stimmten gut mit den Ergebnissen aus der 12-monatigen Freibewitterung überein. Damit konnte gezeigt werden, dass mit dieser zeitgerafften Simulation die Möglichkeit besteht, die Freibewitterung nachzubilden.

Unter Verwendung des vom KuZ entwickelten Kombinationsprüfstandes für unterschiedlichste Oberflächenprüfungen erfolgte die Reib- bzw. Kratzbeanspruchung der WPC´s. Die mittels FTIR durchgeführten Untersuchungen zeigten Alterungseffekte, die bis zum Kratzgrund reichten. Darunter liegende Schichten waren davon nicht betroffen.

Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von WPC´s

Das Interesse der Kunststoffverarbeiter an Materialverbunden auf Basis von nachwachsen Rohstoffen ist nach wie vor groß. Für die junge Werkstoffgruppe der WPC`s gibt es noch keine Aussagen zu ihrem Langzeitverhalten. Eine Simulation des Freibewitterungsverhaltens durch eine geeignete zeitgeraffte künstliche Bewitterung ist eine wesentliche Basis, um seriöse Langzeitproduktgarantien für diese Werkstoffgruppe zu geben und damit deren Einsatzgebiete zu erweitern.

Das KuZ bietet folgende Leistungen:

  • Verschiedene Oberflächenprüfungen
  • Abriebbeständigkeit (Crockmetertest)
  • Kratzbeständigkeit / Gitterschnitt Farbmessungen
  • Verschiedene Klimabelastungen
  • Wärme- bzw. Kälteverhalten
  • Klimawechseltest
  • Sonnensimulation

Kontakt

Dr. Katrin Lühe

luehe(at)kuz-leipzig.de

+49 (0)341 4941 810

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Reg.-Nr.: MF110050