Leistungsfähigkeit und Anwendungsgebiete verschiedener Arten von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen
Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) finden breite Anwendung in der Herstellung von maßgefertigten Innen- und Außenmöbeln, in Projekten der Inneneinrichtung sowie in Bauanwendungen wie Türen, Fenstern und Sockelleisten. Dies ist hauptsächlich auf die folgenden Eigenschaften und Merkmale von WPC-Materialien zurückzuführen:
(1) Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit.
Die Hauptbestandteile von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen sind Kunststoffe und Holzfasern, wodurch sich das Material hervorragend bearbeiten lässt. Standard-Holzbearbeitungswerkzeuge können zum Sägen, Nageln und Hobeln verwendet werden. Insbesondere weisen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe eine deutlich höhere Nagelhaltekraft als herkömmliches Holz auf.
(2) Überlegene mechanische Eigenschaften.
Der Elastizitätsmodul von WPC liegt zwischen dem von Holz und dem von Kunststoff. Darüber hinaus übertreffen ihre Druck-, Biege- und Biegefestigkeit aufgrund des Mischeffekts und der katalytischen Wirkung von Additiven die von typischem Holz und sind mit hochwertigen Harthölzern vergleichbar.
(3) Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Korrosion und Alterung.
Da Kunststoffe der primäre Rohstoff sind, weisen Holzwerkstoffe viele der vorteilhaften Eigenschaften von Kunststoffen auf. In Möbel-, Dekorations- und Bauanwendungen zeigen sie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber langfristiger Sonneneinstrahlung, Wasser, Feuchtigkeit, Säure- und Laugenkorrosion sowie Alterung. Zudem vermeiden sie Probleme, die bei Naturholz auftreten können, wie Bakterien- oder Pilzbefall und Insektenbefall.
1. Polyvinylchlorid (PVC)-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
PVC-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch hervorragende elektrische Isolation und chemische Beständigkeit aus. Durch die Zugabe von Holzfasern – die porös sind und Mikrokapillarkanäle enthalten – weisen PVC-WPCs zudem eine gute Wasseraufnahme auf.
Die mechanische Festigkeit von PVC-Holz-Verbundwerkstoffen hängt von der Art der verwendeten Holzfasern ab: Je fester die Rohholzfasern, desto besser die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs. Darüber hinaus bieten PVC-Holz-Verbundwerkstoffe eine gute Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit.
Durch den Einsatz von Weichmachern lassen sich die Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen und die Verarbeitungseigenschaften von PVC-WPC verbessern, wodurch deren Einsatzmöglichkeiten im Außenbereich bei niedrigen Temperaturen erhöht werden.
2. Polystyrol (PS)-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
PS-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Wärmedämmung, hohe Temperaturbeständigkeit, Beständigkeit gegen optische Alterung und elektrische Isolationseigenschaften aus. PS-WPCs können aus recycelten PS-Materialien und Reststoffen der Holzverarbeitung hergestellt werden.
Wie andere Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe (WPC) weisen auch PS-WPC eine Wasseraufnahme auf, deren Ausmaß von der Textur der Holzfaser abhängt. WPC aus krautigen Pflanzenfasern absorbieren Wasser effektiver als solche aus holzigen Pflanzenfasern.
Die unterschiedlichen Formgebungsverfahren, die für PS-WPCs eingesetzt werden, können die Dichte des Materials verändern und dadurch dessen Feuerbeständigkeit und Wärmedämmeigenschaften beeinflussen.
3. Polypropylen (PP) Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
PP-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe bieten Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit, elektrische Isolation und chemische Korrosionsbeständigkeit. Zu ihren wichtigsten Vorteilen zählen Verschleißfestigkeit und Flammschutz.
Bei Verwendung von mit Ricinolsäure gepfropfter Polyhydroxystearinsäure (RA-g-PHS) als Modifikator erreichen PP-WPCs maximale thermische Stabilität. Durch die Zugabe von Aluminiumhypophosphit (AP) als Modifikator erzielen PP-WPCs maximale Flammwidrigkeit.
Durch den Einsatz der dynamischen Hohlraumübertragungsschäumtechnologie und die Zugabe von Polyethylen hoher Dichte (HDPE) lassen sich die Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit von PP-WPCs deutlich verbessern.
Durch die Modifizierung von PP-WPCs mit Ionisationstechniken mittels Strahlung lassen sich deren Schlagfestigkeit sowie Biegefestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Biegeversagen verbessern.
4. Polyethylen (PE)-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
PE-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe weisen eine gute Verarbeitbarkeit, mechanische Eigenschaften und chemische Stabilität auf und behalten ihre stabile Leistungsfähigkeit auch unter UV-Strahlung und hohen Temperaturen im Außenbereich bei.
Durch die Vorbehandlung der Holzfasern mit Natriumhydroxid (NaOH) lassen sich die Zugfestigkeit, die Schlagfestigkeit und die Wasseraufnahme von PE-WPC verbessern.
Durch die Modifizierung von PE-WPC mit Nano-Calciumcarbonat (NPCC) wird die thermische Stabilität erhöht und die Verformung bei hohen Temperaturen verringert.
Die meisten PE-WPCs werden aus recycelten PE-Materialien und Holzmehl hergestellt, wodurch Abfälle aus der Holzverarbeitung und ausrangiertes PE effektiv genutzt und somit die Umweltbelastung reduziert wird.
5. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
ABS-Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe vereinen die Eigenschaften aller drei Komponenten und bieten chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit, hohe Elastizität, Zähigkeit, hervorragende Verarbeitbarkeit und elektrische Isolation. Sie finden breite Anwendung in hochwertigen Möbeln und Gartenmöbeln.
Unter den ABS-WPCs weisen diejenigen, die mit harten Kiefernfasern und Maleinsäure als Katalysator hergestellt werden, die beste Grenzflächenkompatibilität und die überlegenste mechanische Leistung auf.
(4) Anpassbare funktionale Eigenschaften.
Durch die Auswahl unterschiedlicher Kunststoffe, Additive oder Herstellungsverfahren kann die Dichte von WPC angepasst und spezielle funktionelle Eigenschaften wie Flammschutz und antistatische Eigenschaften integriert werden.
(5) Breite Verfügbarkeit von Rohstoffen und niedrige Kosten.
WPCs nutzen Altholzressourcen effektiv und tragen so zur Reduzierung des Waldverbrauchs bei, während gleichzeitig die durch weggeworfene Kunststoffe verursachte „weiße Umweltverschmutzung“ gemildert wird.