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Hamburg, Carl von Ossietzky

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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-62447
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6244/


Investigation of Foam Materials to be Used in Lightweight Wood Based Composites

Untersuchung von Schaummaterialien für die Verwendung in leichten Holzwerkstoffen

Shalbafan, Ali

pdf-Format:
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Freie Schlagwörter (Englisch): Lightweight , Foam core , EPS , Particleboard , One-step process
Basisklassifikation: 48.46
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Frühwald, Arno (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.07.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 03.07.2013
Kurzfassung auf Englisch: The future supply of raw materials is of major concern for particleboard producers due to a steadily increasing competition for wooden biomass in the form of wood chips. There currently is competition for wood chips, both fresh fiber material and recovered fiber between particleboard manufacturers, pulp mills and energetic producers. Lightweight sandwich panels could offer a solution through the development of wood-based foam core panels for furniture constructions that fulfill the same function as particleboard but with reduced raw material input. Customer demand for flat pack furniture is also a driving force for the development of light panels. Lightweight panels have also been favored by furniture producers because of thier low density, high resource efficiency and advantageous strength to weight ratio. Recent technological developments lead to an innovative one-step process which simplifies the current multi-step process for producing of foam core panels (Luedtke et al. 2008).
In this thesis foam core particleboards were produced using the newly developed process to use either expandable microspheres or polystyrene as the core layer. The first analysis compared of produced panels with different core layer materials. It was observed that there are several press parameters (e.g. press temperature, pressing and foaming time) and panel features (e.g. face layer thickness, core layer density) which affect both the manufacturing process set up and final panel properties. The effects of press and panel parameters were experimentally analyzed in a series of tests. To assist marketability of novel foam core particleboards, their fire performance was examined with cone calorimetry tests (ISO 5660). Additionally, the composition behavior of foam core particleboards with and without fire retardant treatments was analyzed using advanced cone calorimetry techniques. As a recycling option for trimming waste and reusing rejected foam core panels, flat pressed wood plastic composites were made from foam core particleboard as residues. The physical and mechanical properties of these boards were tested.
The research found that variations in the press and panel parameters achieve different performances of the foam core particleboards. This provides more options for the manufacturers to tailor foam core particleboards for different applications. The results confirm foam core particleboards can be used as an alternative to conventional particleboard in certain applications.
Kurzfassung auf Deutsch: Die zukünftige Versorgung mit Rohstoffen besorgt die Holzwerkstoffhersteller wegen einer stetig zunehmenden Konkurrenz um Holzbiomasse in der Form von Hackschnitzeln. Zu nennen in diesem Zusammenhang ist der starke Wettbewerb zwischen Holzwerkstoffherstellern, Faserstoffproduzenten und der energischen Verwendung von Hackschnitzeln, sowohl in Form von frischem Holz (fresh fibre) als auch in Form von Altholz (recycled fibre). Leichte Sandwichwerkstoffplatten können durch die Entwicklung einer auf Holz basierenden Schaumkernplatte mit vergleichbaren Eigenschaften wie herkömmliche Spanplatten für den Möbelbau einen Beitrag dazu liefern, den Rohstoffeinsatz zu reduzieren. Zudem ist die Nachfrage der Kunden nach sogenannten Mitnahmemöbeln eine treibende Kraft für leichte Holzwerkstoffe. Leichte Holzwerkstoffe werden außerdem von den Möbelerzeugern wegen ihrer niedrigen Dichte, der hohen Ressourceneffizienz sowie wegen der günstigen Festigkeits/Gewichts-Relation favorisiert. Neue technologische Entwicklungen führten zu einem innovativen einstufigen Prozess, der den aufwendigen mehrstufigen Prozess für die Produktion von Schaumkernplatten vereinfacht(Lüdtke et al. 2008).
In dieser Arbeit wurden Schaumkernplatten nach dem kürzlich entwickelten Prozess hergestellt, der als Kernlage expandierbare Microspheren oder Polystyrol vorsieht. Eine erste Analyse beinhaltet einen Vergleich von Holzwerkstoffenplatten mit unterschiedlichen Kernschichtmaterialien. Es wurde nachgewiesen, dass die Pressparameter (z.B. Presstemperatur, Press- und Schäumungszeit) und Plattencharakteristika (z.B. Deckschichtdicke, Kernlagendichte) einen Einfluss auf die Abläufe bei der Plattenherstellung sowie auf die Platteneigenschaften haben. Der Einfluss der Pressfaktoren sowie die Plattencharakteristika auf die Platteneigenschaften wurden experimentell analysiert. Um eine mögliche Markteinführung der neuartigen Schaumkernplatte zu unterstützen, wurde die Feuerresistenz mittels des „cone calorimetry tests“ (ISO 5660) ermittelt. Unterschiedlich zusammengesetzte Schaumkernspanplatte mit und ohne zusätzliche flamm-hemmendem Mittel wurde untersucht. Als eine Option der Verwertung von Produktionsresten und Ausschussmaterial im industriellen Maßstab wurden WPC-Flachpressplatten aus den im Labor produzierten Schaumkernspanplatten hergestellt und deren mechanischen physikalischen Eigenschaften bestimmt.
Als Hauptergebnis ist festzuhalten, dass sich durch Variation der Press- und Plattenparameter Schaumkernspanplatten mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen lassen. Hieraus ergeben sich für die Plattenproduzenten vielfältige Optionen Schaumkernplatten mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Zudem lassen sich diese Platten in bestimmten Fällen als Alternative zur herkömmlichen Spanplatte einsetzen.

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