Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Zeitraffende Beurteilung der Dauergebrauchseigenschaften von Wood-Plastic-Composites in der Außenanwendung

Bisher sind standardisierte, zeitraffende Laborbewitterungsverfahren nicht in der Lage das natürliche Alterungsverhalten von WPC unter Witterungseinflüssen zu simulieren. Dies liegt hauptsächlich an dem unterschiedlichen Feuchteangebot der Laborbewitterung, wodurch keine Korrelation gefunden werden kann. Deswegen soll in diesem Forschungsvorhaben ein Laborbewitterungsverfahren für WPC-Werkstoffe entwickelt werden, welches die erhöhte Feuchteempfindlichkeit dieser Werkstoffklasse berücksichtigt. Zur Erreichung dieser Ziele sollen verschiedene WPC-Rezepturen (mit unterschiedlichen Polymer-Matrices, Additiven und Holzfasergehalten sowie mit hydrophob modifizierten Holzfasern) unterschiedlichen Tests unterzogen werden, welche zur Entwicklung eines verbesserten Laborbewitterungsverfahrens durchgeführt werden müssen. Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung eines angepassten Regenzyklus. Dieser wird mit Hilfe von Untersuchungen zum generellen Feuchteaufkommen in der Freibewitterung sowie mit verschiedenen Untersuchungen zum Wasseraufnahme- bzw. -abgabeverhalten der WPC-Werkstoffe entwickelt. Das neue Laborbewitterungsverfahren wird anschließend mit Frei- und Laborbewitterungsprüfungen validiert. Für die Bewertung der Alterung werden die Farbmessung und die Messung der mechanischen Eigenschaften im Biegeversuch herangezogen.

Der Nutzen des Forschungsvorhabens liegt darin, dass die Unternehmen der WPC-Branche erstmals Lebensdauern ihrer Produkte und Werkstoffe in einer vertretbaren Zeit ermitteln können. Bisher waren dazu langwierige Freibewitterungsprüfungen notwendig. Dies erhöht die Sicherheit der Firmen beim Ansatz von Garantiezeiträumen. Auch bei der Entwicklung neuer Rezepturen können schnellere und praxisnähere Tests zur Vorauswahl verwendet werden. Außerdem kann das Forschungsvorhaben zur Entwicklung von WPC-Rezepturen mit besserem Witterungsverhalten beitragen.

Ergebniszusammenfassung:

Bei der Werkstoffgruppe WPC zeigt sich im Unterschied zu reinem Kunststoff, dass diese bei Bewitterungsbeanspruchung neben den Hauptschädigungsfaktoren Strahlung und Temperatur viel deutlicher durch Nässe bzw. Feuchte geschädigt wird. Da in der Bewitterungsnorm DIN EN ISO 4892-2 die prozentuale Feuchte/Nässe-Belastung deutlich geringer ist als bei realen Belastungen im Freien muss der Bewitterungszyklus dieser Norm angepasst werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein Beregnungszyklus von 50 Minuten trocken und 50 Minuten nass eine deutlich bessere Nachstellung der Realität im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaftsänderungen und des Quellverhaltens ermöglicht. Mit dem neuen Verfahren war es möglich die Langzeiteigenschaften verschiedener WPC-Profile zu vergleichen und anhand der Ergebnisse Handlungsempfehlungen für die Optimierung von WPC Rezepturen in Bezug auf die Lebensdauer zu gegeben. Ein zunehmender Holzanteil im Compound führt zu einem anteilmäßig stärkeren Rückgang der mechanischen Eigenschaften, bei absolut höheren Ausgangswerten. Die thermische Vorbehandlung von Holz hat sich nicht als erfolgsversprechend erwiesen. Die Forschungsergebnisse tragen dazu be,i die Entwicklungszeiten von neuen WPC-Produkten und Materialien entscheidend zu verkürzen, da auf langwierige Freibewitterungstests weitgehend verzichtet und das Witterungsverhalten beschleunigt im Labor realitätsnah nachgestellt werden kann. Weiterhin können die Hersteller von WPC-Produkten ihre Wettbewerbsfähigkeit dadurch steigern, dass sie aufgrund der erwarteten Forschungsergebnisse ihre Rezepturen im Hinblick auf eine bessere Witterungsstabilität optimieren können.