Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der Bewitterung auf die biologische Alterung/Dauerhaftigkeit von Wood Plastic Composites (WPC)

Für WPC Produkte, die bisher vorwiegend im Außenbereich zu finden sind, werden hohe Langzeitstabilitäten von bis zu 25 Jahren verlangt. Deshalb sind die Prüfung der Langzeitstabilität und die Vorhersage der Lebensdauer für WPC in Außenanwendungen besonders wichtig. Forschungsbedarf besteht bei der Entwicklung geeigneter Prüfverfahren für WPC, um das Material hinsichtlich der biologischen Beständigkeit hinreichend zu charakterisieren und damit eine Vorhersage des biologischen Befalls unter bestimmten Nutzungsbedingungen zu ermöglichen und dessen Verlauf zu verfolgen.

Durch die Bündelung der Kompetenzen des Kunststoffzentrums (SKZ) in Würzburg und der Universität Göttingen in den Bereichen Kunststoffverarbeitung, Holzforschung, biologischer Alterung sowie Bewitterung, mechanischer Dauergebrauchseigenschaften, chemischer Analytik und Normprüfung soll ein Verständnis der biologischen Alterung von WPC generiert werden. Dazu sollen der Startzeitpunkt, der Verlauf sowie die Ursachen der biologischen Alterung von WPC Produkten ermittelt werden.

Den Unternehmen der WPC Branche, die überwiegend aus KMU besteht, wird damit geholfen, die biologische Alterung ihrer Produkte und Werkstoffe besser zu verstehen und den Zeitpunkt einer biologisch bedingten Materialveränderung zu erkennen. Damit können diese ihre Rezepturen und Verarbeitungsprozesse im Hinblick auf eine bessere biologische Dauerhaftigkeit optimieren und haben dadurch einen Wettbewerbsvorteil.

Bisher werden die genauen Alterungsmechanismen, insbesondere die biologische Alterung, durch bestehende Tests im Labor noch unzureichend erfasst. Mit der Entwicklung eines normgerechten Prüfverfahrens zur biologischen Alterung/Dauerhaftigkeit können sich Unternehmen, besonders KMU, beim Ansatz von Garantiezeiträumen und bzgl. Haftungsrisiken und Regressionsansprüchen besser absichern.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden unterschiedliche kommerzielle und selbst hergestellte WPC-Werkstoffe untersucht. Diese wurden im Freien und künstlich im Labor gealtert und danach verschiedenen Prüfungen zur Bestimmung der biologischen Dauerhaftigkeit unterzogen. Im Freien wurden die WPC bodennah und -fern für bis zu 18 Monate am Standort Göttingen exponiert. Mit Labortests wurde versucht, Schädigungen zu erzeugen, die einen Pilzbefall ermöglichen und die eine Alterung im Freien nachstellen. Bei den vier Labortests zeigte sich, dass die Mechanik hauptsächlich durch die Feuchte, aber nur minimal durch die Alterung beeinflusst wird. Als geeignetster Test wird der Klima-Wechsel-Test mit vorgeschalteter Wasserlagerung vorgeschlagen, da dieser eine realistische, aber deutliche Alterung erzeugte. Anschließend wurde die Beständigkeit gegen braun- und weißfäuleerregende Pilze sowie gegen Moderfäulepilze getestet. Über alle Materialien hinweg wurde festgestellt, dass sich die Feuchte negativ auf die Mechanik auswirkte und den Einfluss eines Pilzbefalls überwog. Es wurde ein Abbau von Holzsubstanz festgestellt. Dieser wirkte sich nur wenig auf die Mechanik aus. Es zeigte sich, dass eine Vor-Alterung vor den biologischen Tests keinen signifikanten Einfluss auf die erzielten Verluste in Masse und Mechanik ergibt.

Auch die Resistenz gegen Schimmelbewuchs wurde vergleichend nach zwei Prüfverfahren untersucht. Es wurde deutlich, dass die Inkubationskammer-Methode Vorteile gegenüber der Agarplattenmethode hinsichtlich Reproduzierbarkeit, technischer Durchführung und zu erwartender Praxisrelevanz hat. Weiter konnte mit Hilfe der µCT der Einfluss der Feuchte auf die mechanischen Eigenschaften visualisiert werden. Es entstanden Veränderungen im Oberflächenbereich, welche zur Schwächung des Komposits und zur Erhöhung der Porosität führten. Auch die Erhöhung der Porosität durch den Pilzbefall konnte mit der µCT detektiert werden. Der Einfluss auf die Mechank war im Vergleich zur Feuchtigkeit aber gering.