Titel: Holzreduzierte Spanplatte
Sprache: mehrsprachig
Autor*in: Benthien, Jan Thore
Schlagwörter: Spangeometrie; Holzreduktion
GND-Schlagwörter: SpanplatteGND
Erscheinungsdatum: 2022-02-22
Tag der mündlichen Prüfung: 2022-10-11
Zusammenfassung: 
Spanplatte im engeren Sinne ist ein flachgepresster Holzwerkstoff auf Spanbasis, der für den Bau von nicht tragenden Inneneinrichtungen (einschließlich Möbeln) im Trockenbereich eingesetzt wird, bestimmte Anforderungen nach DIN EN 312:2010-12 zu erfüllen hat (Plattentyp P2), über die Plattendicke einen mehrschichtigen Aufbau zeigt und gewöhnlich eine Dichte um 650 kg/m3 aufweist. Aus verschiedenen Gründen wird angestrebt, die Menge an Holz - und damit die Plattendichte - für die Herstellung von Spanplatte zu reduzieren. Da jedoch die (mechanischen) Platteneigenschaften bei ansonsten unveränderten Gegebenheiten mit der Dichte (positiv) korrelieren, ist die Reduktion der Menge des eingesetzten Holzes vornehmlich mit einer Reduktion der Platteneigenschaften verbunden. Sollen also holzreduzierte Spanplatten (mit beispielsweise einer Dichte von 500 kg/m3) die üblichen Anforderungen erfüllen, sind Maßnahmen zu ergreifen, mit denen die Eigenschaftsverschlechterungen abzuwenden sind.

Gemeinsames Ziel der vorliegend zusammengefassten Forschungsarbeiten war es abschätzen zu können, ob dies über eine Veränderung von Spanorientierung und -geometrie möglich ist, ohne leichte Nicht-Holz-Füllstoffe zuzusetzen. Idee hierbei war es zum einen, über den so zu verändern beabsichtigten Verdichtungswiderstand der Spanmatte bzw. einzelner Schichten ein stärker ausgeprägtes Rohdichteprofil, folglich Deckschichten höherer Festigkeit und Elastizität, und damit im Effekt insbesondere unveränderte Biegeeigenschaften zu erhalten. Zum anderen war es die Idee, dass der Einsatz dünner, flächiger Deckschichtspäne die Biegeeigenschaften direkt, also allein aufgrund der Spangeometrie, auf dem Niveau herkömmlicher Platten hält. Neben der veränderten Spanorientierung in der Mittelschicht war ein zentraler Ansatz, einen erhöhten Verdichtungswiderstand über eine möglichst voluminöse Spanform (geringe Schüttdichte) zu erreichen.

Zum Prüfen dieser Arbeitshypothesen wurden fünf Untersuchungen durchgeführt, wobei unter Variation der Methode der Holzreduktion (Publikation I), der Orientierung der Mittelschichtspäne (Publikation III) und der Spangeometrie (Publikation IV und V) Laborspanplatten hergestellt und getestet sowie der Verdichtungswiderstand von Spänen unterschiedlicher Geometrie (Publikation II) bestimmt wurde. Ergänzend wurde eine Vielzahl der eingesetzten Späne mittels Siebanalyse, Bildanalyse und manueller Dickenmessung charakterisiert sowie die Veränderung der oberflächenspezifischen Klebstoffmenge mit Veränderung der Spandicke berechnet.

Die Untersuchungen zeigten, dass der Verdichtungswiderstand von Mittelschichtspänen mit geringer Schüttdichte aufgrund ihrer voluminösen Form den Verdichtungswiederstand von Spänen typischer Form nicht übersteigt. Weiter wurde gezeigt, dass die Eigenschaften von Platten aus solchen Spänen die von herkömmlichen Platten gleicher Dichte nicht übersteigen. Die Befassung mit dem Verdichtungsverhältnis ergab, dass allein dessen Berechnung als Quotient von Holzdichte und Plattendichte eine hilfreiche Kenngröße bei der Herstellung von Spanplatten darstellt. Im Fall von Platten mit vertikal orientierten Spänen in der Mittelschicht sowie Platten mit dicken Spänen als Mittelschichtmaterial wurden weder ein stärker ausgeprägtes Rohdichteprofil noch höhere Biegeeigenschaften festgestellt. Jedoch bewirkte die vertikale Orientierung der Mittelschicht einen derartigen Anstieg der Querzugfestigkeit, dass hinsichtlich dieser Eigenschaft die Platten mit Holzreduktion auf eine Dichte von 500 kg/m3 denen gewöhnlicher Spanorientierung und typischen Holzeinsatzes (650 kg/m3) vergleichbar waren. Platten mit dünnen, flachen Spänen als Deckschichtmaterial zeigten zwar kein stärker ausgeprägtes Rohdichteprofil, jedoch - wie die Platten mit vertikaler Spanorientierung in der Mittelschicht in Bezug auf die Querzugfestigkeit - hinsichtlich der Biegeeigenschaften einen derartigen Anstieg, dass die holzreduzierten Platten denen typischen Holzein-satzes vergleichbar waren.

Hieraus wurde abgeleitet, dass sowohl im Fall der veränderten Spanorientierung als auch beim Einsatz von dünnen, flachen Spänen als Deckschichtmaterial die Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften der Späne selbst für den Anstieg der Platteneigenschaften verantwortlich sind. Schließlich wurde weder für Späne innovativer Geometrie (geringe Schüttdichte aufgrund der Spanform) ein erhöhter Verdichtungswiderstand festgestellt, der zu einer stärkeren Ausprägung des Rohdichteprofils hätte führen können, noch führte der Einsatz von dünnen, flachen Spänen in der Deckschicht sowie die verändertere Orientierung der Mittelschichtspäne zu einem stärker ausgeprägten Rohdichteprofil. Insbesondere für dünne, flache Deckschichtspäne wurde daher vermutet, dass es aufgrund der Spangeometrie zur Ausbildung belastbarerer Klebstoffverbindungen kommt.

Für eine zukünftige Weiterverfolgung der Fragestellung, ob und in welchem Umfang die Menge an Holz allein durch die eine veränderte Spanorientierung und -geometrie ohne eine Abnahme der mechani-schen Platteneigenschaften zu reduzieren ist, wird ausblickend das Erstellen eines Modells zur Vorausberechnung der Platteneigenschaften vorgeschlagen. Dieses Modell sollte die mechanischen Zusammenhänge bei mehrschichtigem Plattenaufbau im Hinblick auf den Einfluss von Schichtdicke und -dichte, insbesondere aber auch Spangeometrie und oberflächenspezifische Klebstoffmenge berücksichtigen. Ein hierfür erforderliches Messsystem, mit dem automatisiert die dreidimensionalen Spanabmessungen zu bestimmen sind, wurde zwischenzeitlich mitentwickelt und vom Projektpartner Anfang 2020 auf den Markt gebracht.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9888
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-104152
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Krause, Andreas
Ressel, Jörg
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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