Ziel der Entwicklung
Die Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (Wood Plastic Composites – WPC) haben sich in den letzten Jahren schnell entwickelt und werden derzeit in Europa in der Außenanwendung fokussiert. Vor diesem Hintergrund war das Ziel des Projektes, wesentliche Zusammenhänge zwischen dem komplexen Einfluss von Bewitterung und chemomechanischer Beanspruchung und den Gebrauchseigenschaften von WPC's aufzudecken. Die bewitterungsbedingten Strukturveränderungen in der Materialoberfläche und deren Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften als eine wesentliche Gebrauchseigenschaft der WPC's bilden hierbei die Basis der Untersuchungen. Dazu sollte eine neue, effektive Prüfstrategie unter Kopplung von Bewitterung und Abriebbeständigkeitsunter-suchungen zur Simulation von längerfristigen Belastungen erarbeitet werden.
Die Untersuchungen zur Freibewitterung erfolgten über einen Zeitraum von 22 Monaten. Die qualitative Auswertung der FTIR-Untersuchungen zeigten innerhalb der ersten Freibewitterungsmonaten einen schnellen Abbau des Holzbestanteils Lignin. Deutlich stabiler zeigte sich die Zellulose. Sie war auch nach 22 Monaten noch auf der Oberfläche vorhanden (Abbildung). Diese Ergebnisse stimmten gut mit den Farbveränderungen überein, die ein Vergilben und Vergrauen, hervorgerufen durch die Veränderungen an den Holzfasern, anzeigten. Eine UV induzierte Schädigungen der Kunststoffmatrix, die überlicherweise an einer Zunahme der Carbonylbandenintensität erkennbar ist, konnten nicht festgestellt werden. Bei den Untersuchungen von tiefer liegenden Schichten (zirka 0,5 Millimeter) konnten wieder Lignin und Zellulose (charakteristische Holzbanden) nachgewiesen werden. Das lässt den Schluss zu, dass sich die Alterung im untersuchten Zeitraum auf die Oberflächenbereiche beschränkt und nicht in tiefere Regionen vordringt.
Die durch die künstliche Bewitterung mit Xenonbogenstrahler in einem sechsmonatigen Versuchszeitraum erzeugten Oberflächenveränderungen stimmten gut mit den Ergebnissen aus der zwölfmonatigen Freibewitterung überein. Damit konnte gezeigt werden, dass mit dieser zeitgerafften Simulation die Möglichkeit besteht, die Freibewitterung nachzubilden.
Unter Verwendung des KuZ-Kombinationsprüfstandes erfolgte die Reib- sowie Kratzbeanspruchung der WPC's. Die mittels FTIR durchgeführten Untersuchungen zeigten Alterungseffekte, die bis zum Kratzgrund reichten. Tiefer liegende Schichten waren davon nicht betroffen.
Vorteile und Lösungen
Das Interesse der Kunststoffverarbeiter an Materialverbunden auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen ist nach wie vor groß. Für die junge Werkstoffgruppe der WPC's gibt es noch keine Aussagen zu ihrem Langzeitverhalten. Eine Simulation des Freibewitterungsverhaltens durch eine geeignete zeitgeraffte künstliche Bewitterung ist eine wesentliche Basis um seriöse Langzeitproduktgarantien für diese Werkstoffgruppe zu geben.
Zielgruppe und Zielmarkt
Insgesamt zeigten die durchgeführten Untersuchungen die Komplexität der im Verbund Holz-Kunststoff wirkenden Mechanismen. Die teilweise Überlagerung der Einzelmechanismen im Holz beziehungsweise Kunststoff gestaltet eine direkte Analyse zwischen Ursache und Wirkung schwierig. Weiterführende Arbeiten müssen sich der Aufdeckung der Zusammenhänge zwischen den witterungsbedingten Alterungsvorgängen im Holz und im Kunststoff widmen.