Leichte Spanplatte: Die Partikelgeometrie macht den Unterschied

Projekt

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.

Vorläufige Ergebnisse

Im Rahmen der bisherigen Projektlaufzeit 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-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • IfW, Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart
    (Stuttgart, Deutschland)

Geldgeber

  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
    (national, öffentlich)