2.2 Holzwerkstoffe
2.2.4 Spanplattenherstellung im Labormaßstab
Die Baum- und Aststücke werden zuerst entrindet. Aufgrund der Größe des Zufuhrschlitzes des Ha-ckers werden daraufhin alle Stücke mit einem Durchmesser >10 cm längs aufgetrennt oder gespalten, damit eine maximale Dicke von <10 cm gegeben ist. Daraufhin werden die Stücke auf eine Länge von etwa 1 m abgelängt. Die vorbereiteten Stücke können so dem Hacker zugeführt werden, welcher daraus Hackschnitzel herstellt. Diese Hackschnitzel werden direkt im Anschluss dem Messerringzer-spaner zugeführt, wodurch das Spanmaterial entsteht.
Sieben
Das Spanmaterial, welches aus dem Zerspanungsprozess hervorgeht, setzt sich aus Spänen unter-schiedlicher Dimensionen zusammen. Für die Herstellung von Spanplatten mit Deck- und Mittel-schicht ist eine Fraktionierung in feinere und gröbere Späne notwendig. Hierbei wird das
2.2 Holzwerkstoffe 27 Spanmaterial auf Siebböden eines Taumelsiebs gegeben, welche unterschiedliche fest definierte Ma-schenweiten besitzen. Für die Mittelschicht wurden Siebböden mit MaMa-schenweiten von 1,3 x 1,3 mm2 und 4,0 x 4,0 mm2 gewählt und für die Deckschicht 0,4 x 0,4 mm2 bis 1,3 x 1,3 mm2. Während des Rüttelvorgangs bleibt das gröbere Material auf den oberen Siebböden und das feinere Material fällt weiter nach unten durch und das fraktionierte Siebmaterial wird automatisch zur Lagerung in Auffangbehälter überführt. Der feine Holzstaub fällt nach unten durch und wird direkt verworfen.
Trocknung
Das zu verarbeitende Material ist i.d.R. noch feucht, da sonst bei der Zerspanung des Holzes eine immense Menge an Holzstaub entsteht. Die Späne müssen vor der Beleimung auf <5 % Holzfeuchte getrocknet werden, um Dampfspalter nach dem Heißpressvorgang zu vermeiden. Dampfspalter ent-stehen, wenn im Zuge des Heißpressvorgangs die Feuchtigkeit nicht schnell genug nach Außen trans-portiert werden kann. Der Trocknungsvorgang der Späne wird im Holztrockner (Spezialanfertigung der HB Group, Almelo, Niederlande) der Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte des Burckhardt-Instituts mit einem speziellen Gestell für Spänetrocknung durchgeführt. Die Späne werden für 72 Stunden bei 70 °C getrocknet, wobei sie zur weitestgehend einheitlichen Trocknung alle 24 Stunden durchmischt und gewendet werden.
Beleimung
In der Spanplattenproduktion ist neben der Wahl des Holzes auch die Wahl des Bindemittels von entscheidendem Einfluss. Für die Herstellung von Spanplatten für die Forschungsstudien, welche Teil dieser Arbeit sind, wird ausschließlich Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet. Für die Beleimung kommt eine kleinvolumige Leimtrommel zum Einsatz. Während des Beleimungsvorgangs wird das Bindemittel über eine in der Leimtrommel verbaute Düse auf die Späne gesprüht. Durch die ständige Bewegung verteilt sich das Bindemittel untereinander gleichmäßig über das ganze Material. Deck- und Mittelschichten weisen aufgrund des unterschiedlichen Materials auch unterschiedliche Binde-mittelmengen auf.
Streuung und Formgebung
Die Streuung wird im händischen Verfahren durchgeführt. Bei dreischichtigen Spanplatten wird im-mer ein mengenmäßiges Verhältnis von 60 % Mittelschicht zu 40 % Deckschichten eingehalten.
Hierfür werden die abgewogenen Deck- und Mittelschichtspäne mit einer Handschaufel in eine quadratische Form mit den Dimension 45 x 45 cm2 gegeben, wobei die Späne über den gesamten Streubereich verteilt werden. Im nächsten Schritt erfolgt die Vorverdichtung bei ca. 6 bar. Durch die Kaltklebrigkeit des Bindemittels behält der vorverdichtete Spankuchen seine Form bei der Überfüh-rung von Vorpresse in Heißpresse.
Pressen
Bei einem Druck von 6,81 N mm-2 und einer Temperatur von 200 °C wird der vorverdichtete Span-kuchen für 12 s mm-1 in einer Heißpresse gepresst, wobei über und unter dem Spankuchen eine mit Wachsfolie beschichtete Metallplatte angebracht wird, um ein einwandfreies Entfernen der frisch gepressten Spanplatte zu gewährleisten. Zur Einhaltung der Zieldicke werden quadratische Metall-stangen mit definierten Maßen benutzt. Nach Ablauf der Presszeit wird dann die Spanplatte samt
28 2 Theoretische Grundlagen
den mit Wachsfolie beschichteten Metallplatten herausgeholt, beschriftet und in eine Abkühlein-richtung gestellt.
Endfertigung
Die Endfertigung besteht aus den folgenden Schritten: Reifelagerung, Besäumen, Schleifen und Zu-schneiden der Prüfkörper und Konditionierung dieser in der Klimakammer bei 20 °C und 65 % Luft-feuchtigkeit. Die Reifelagerung erfolgt in einer Abkühleinrichtung, in welcher von allen Seiten Luft an die frisch gepresste Platte gelangen kann. Sie muss durchgeführt werden, damit es nach dem Press-vorgang im Zuge der Lagerung nicht zu einer Hydrolyse des Bindemittels kommt. Wenn dies ge-schieht, verliert das Bindemittel einen Teil seiner Festigkeit und die Festigkeitseigenschaften der Platte sinken erheblich. Zudem sind die Deckschichten unmittelbar nach dem Pressvorgang trocke-ner als die Mittelschicht. Im Zuge der Abkühlung in der Abkühleinrichtung nehmen die Deckschichten wieder Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf. Formstabil bleiben die Platten nur, wenn nach dem Abkühlen zwischen Deck- und Mittelschicht keine Feuchtigkeitsunterschiede mehr bestehen, sonst führen die dadurch entstehenden Spannungen zu einer irreversiblen Verformung der Platte. Nach dem Abkühlen werden die Spanplatten an einer Kreissäge besäumt. Zur Entfernung der „Presshaut“, welche im Zuge des Heißpressvorgangs auf der Oberfläche der Spanplatte entsteht, und um exakte Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität zu gewährleisten, werden von der Ober- und Unterseite der Spanplatte 0,5 mm im Schleifautomaten abgeschliffen. Danach erfolgen der Zuschnitt der Prüfkörper und eine ca. zweiwöchige Lagerung in der Klimakammer. Die Lagerung erfolgt solange, bis an zwei aufeinanderfolgenden Messungen im Abstand von 24 Stunden der Gewichtsunterschied nicht mehr als 0,1 % ausmacht.
30 3 Veröffentlichungen
3 V ERÖFFENTLICHUNGEN
3.1 Publikation 1
Kiri wood ( Paulownia tomentosa ): can it improve the perfor-mance of particleboards?
Autoren:
Journal:
Jahr:
DOI:
Philipp A. Nelis, Franz Michaelis, Kim C. Krause & Carsten Mai European Journal of Wood and Wood Products 76:445–453 2018
Ideen: Konzeption der Untersuchung / Versuchsplanung / Interpretation der Daten Arbeit: Durchführung des Versuchs / Datenaufnahme und -analyse
Schreiben: Entwurf des Artikels / kritische, inhaltliche Überarbeitung /Begutachtung der Endfas-sung
Verwaltung: Erschließung von Ressourcen und Gewährleistung der wissenschaftlichen Integrität vor, während und nach der Publikation
3.1 Publikation 1 31
32 3 Veröffentlichungen
3.1 Publikation 1 33
34 3 Veröffentlichungen
3.1 Publikation 1 35
36 3 Veröffentlichungen
3.1 Publikation 1 37
38 3 Veröffentlichungen
3.1 Publikation 1 39
40 3 Veröffentlichungen
3.2 Publikation 2
Improved strength properties of three-layered particleboards with different core and surface layers based on kiri wood ( Pau-lownia spp.)
Autoren:
Journal:
Jahr:
DOI:
Philipp A. Nelis, Carsten Mai
European Journal of Wood and Wood Products 77:761–769 2019
Ideen: Konzeption der Untersuchung / Versuchsplanung / Interpretation der Daten Arbeit: Durchführung des Versuchs / Datenaufnahme und -analyse
Schreiben: Entwurf des Artikels / kritische, inhaltliche Überarbeitung /Begutachtung der Endfas-sung
Verwaltung: Erschließung v on Ressourcen und Gewährleistung der wissenschaftlichen Integrität vor, während und nach der Publikation
3.2 Publikation 2 41
42 3 Veröffentlichungen
3.2 Publikation 2 43
44 3 Veröffentlichungen
3.2 Publikation 2 45
46 3 Veröffentlichungen
3.2 Publikation 2 47
48 3 Veröffentlichungen
3.2 Publikation 2 49
50 3 Veröffentlichungen
3.3 Publikation 3
The influence of low-density ( Paulownia spp.) and high-density ( Fagus sylvatica L.) wood species on various characteristics of light and medium-density three-layered particleboards
Autoren:
Journal:
Jahr:
DOI:
Philipp A. Nelis, Carsten Mai
Wood Material Science & Engineering 2019
Ideen: Konzeption der Untersuchung / Versuchsplanung / Interpretation der Daten Arbeit: Durchführung des Versuchs / Datenaufnahme und -analyse
Schreiben: Entwurf des Artikels / kritische, inhaltliche Überarbeitung /Begutachtung der Endfas-sung
Verwaltung: Erschließung v on Ressourcen und Gewährleistung der wissenschaftlichen Integrität vor, während und nach der Publikation
3.3 Publikation 3 51
52 3 Veröffentlichungen
3.3 Publikation 3 53
54 3 Veröffentlichungen
3.3 Publikation 3 55
56 3 Veröffentlichungen
58 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4
Effects caused by admixing of different amounts of kiri particles to low-density spruce particleboards at different adhesive con-tents
Autoren:
Journal:
Jahr:
DOI:
Philipp A. Nelis, Carsten Mai
Wood Material Science & Engineering Eingereicht beim Verlag am 09.08.20 Noch nicht vergeben
Ideen: Konzeption der Untersuchung / Versuchsplanung / Interpretation der Daten Arbeit: Durchführung des Versuchs / Datenaufnahme und -analyse
Schreiben: Entwurf des Artikels / kritische, inhaltliche Überarbeitung /Begutachtung der Endfas-sung
Verwaltung: Erschließung von Ressourcen und Gewährleistung der wissenschaftlichen Integrität vor, während und nach der Publikation
3.4 Publikation 4 59
60 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 61
62 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 63
64 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 65
66 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 67
68 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 69
70 3 Veröffentlichungen
3.4 Publikation 4 71
72 3 Veröffentlichungen
3.5 Publikation 5
Comparison of blockboards with core layers made of kiri ( Pau-lownia spp.) and of spruce ( Picea abies ) regarding mechanical properties
Autoren:
Journal:
Jahr:
DOI:
Philipp A. Nelis, Olaf Henke, Carsten Mai
European Journal of Wood and Wood Products 77, 323-326 2019
Ideen: Konzeption der Untersuchung / Versuchsplanung / Interpretation der Daten Arbeit: Durchführung des Versuchs / Datenaufnahme und -analyse
Schreiben: Entwurf des Artikels / kritische, inhaltliche Überarbeitung /Begutachtung der Endfas-sung
Verwaltung: Erschließung von Ressourcen und Gewährleistung der wissenschaftlichen Integrität vor, während und nach der Publikation
3.5 Publikation 5 73
74 3 Veröffentlichungen
3.5 Publikation 5 75
76 4 Charakterisierung von Kiriholz