Verstärkter Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff

Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) werden hauptsächlich aus Pflanzenfasern wie Holzmehl und Strohpulver in Kombination mit Kunststoffen unter Einsatz fortschrittlicher Verarbeitungstechnologien hergestellt. Die resultierenden Produkte sind recycelbar und wiederverwendbar. Angesichts der zunehmenden Verknappung globaler Ressourcen und des wachsenden Umweltbewusstseins haben sich WPC in den letzten Jahren als neue Generation umweltfreundlicher und sauberer Verbundwerkstoffe etabliert. Als energiesparende und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichem Holz bieten WPC vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten auf dem Markt.

Die Hauptbestandteile holzbasierter Werkstoffe – Cellulose, Hemicellulose und Lignin – enthalten jedoch zahlreiche polare Hydroxyl- und phenolische Hydroxylgruppen, was zu einer starken chemischen Polarität an der Oberfläche der Holzfasern führt. Daher besteht die zentrale Herausforderung bei der Entwicklung von Holzfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen darin, eine gute Grenzflächenkompatibilität und -haftung zwischen den hydrophilen, polaren Holzfasern und der hydrophoben, unpolaren Kunststoffmatrix zu erzielen. Nur durch die Integration der Oberflächenschichten von Holzfasern und Kunststoff auf molekularer Ebene lassen sich diese beiden prinzipiell unterschiedlichen Materialien effektiv zu einem neuen Verbundwerkstoff mit überlegenen Eigenschaften im Vergleich zu den Einzelkomponenten kombinieren. Dieses Thema ist seit Langem ein Schwerpunkt der Forschung.

Ein neu entwickelt Langglasfaserverstärktes Holz-Kunststoff-Verbundprofil und dessen Herstellungsverfahren Die mechanischen Eigenschaften von Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen (WPC) lassen sich durch die Zugabe von Langglasfasern verbessern. Obwohl die Einarbeitung von Langglasfasern die mechanische Leistungsfähigkeit bis zu einem gewissen Grad steigern kann, ist die herkömmliche Oberflächenbehandlung der Glasfasern relativ einfach und nur bedingt wirksam, um die Grenzflächenkompatibilität und -haftung zwischen hydrophilen Holzfasern und hydrophoben thermoplastischen Matrixmaterialien während der WPC-Herstellung zu verbessern. Darüber hinaus bewirken Langglasfasern hauptsächlich eine Längsverstärkung, was zu anisotropen Eigenschaften und einer Neigung zu Längsbrüchen führt.

A hochfestes glasfaserverstärktes Holz-Kunststoff-Verbundprofil wird unter Verwendung folgender Rohstoffe im Gewichtsverhältnis hergestellt:
40–65 Teile aus Kunststoffflocken;
50–75 Teile Holzmehl, Sägemehl und/oder Späne mit einer Maschenweite von 40–120;
15–25 Teile Kleiepulver mit einer Maschenweite von 40–120;
8–15 Teile aus 3–6 mm alkalifreien und/oder mittelalkalischen Glasfasern;
6–10 Teile Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polyethylen;
3–4 Teile eines Haftvermittlers;
4–10 Teile Zinkstearat und/oder Polyethylenwachs;
0,5–1 Teil von UV-531;
0,5–1 Teil von AT-168.

Als Haftvermittler wird ein oder mehrere Silan-, Aluminat- oder Titanat-Haftvermittler ausgewählt, wobei die Menge an Maleinsäureanhydrid-gepfropftem Polyethylen der Menge des Haftvermittlers entspricht. Diese Formulierung behebt grundlegend Probleme herkömmlicher WPC-Herstellung, wie die mangelhafte Grenzflächenkompatibilität und Haftung zwischen hydrophilen Holzfasern und hydrophoben thermoplastischen Matrizen, und verbessert die Eigenschaften in eine Richtung.

Bei dieser Technologie werden mit einer Haftvermittlerlösung behandelte Glasfasern als Verstärkungsmittel eingesetzt, was zu unerwartet deutlichen Leistungsverbesserungen bei WPC-Profilen führt. Die Grenzflächenkompatibilität und die Haftfestigkeit zwischen Holzfasern und Kunststoff werden erheblich verbessert, sodass die Glasfasern gleichmäßig verteilt werden und den Verbundwerkstoff in mehrere Richtungen verstärken können. Dies führt zu isotropen mechanischen Eigenschaften und einer deutlichen Verbesserung der gesamten mechanischen Leistungsfähigkeit.

Das Haftvermittler führt nicht nur polare funktionelle Gruppen in die Matrix ein, sondern bildet auch chemische Bindungen mit den Glasfasern. Dadurch werden die Benetzbarkeit und die intermolekularen Wechselwirkungen an der Grenzfläche verbessert, was die Haftfestigkeit erhöht. Nach der Oberflächenbehandlung mit der Haftvermittlerlösung entstehen auf der Glasfaseroberfläche chemische Bindungen und aktive funktionelle Gruppen. Dies ermöglicht eine stärkere chemische Bindung zwischen Harz und Glasfasern und führt zu einer effektiveren Grenzflächenhaftung. Dadurch werden die gegenseitige Imprägnierung und die Kopplung zwischen den Glasfasern und der verstärkten Matrix verstärkt.

Während des Mischvorgangs dispergieren die Glasfasern in zahlreiche Glasfaserstäbe. Durch die Reibung zwischen diesen Stäben und den Holzpartikeln entstehen viele feine Holzfaser-Mikrofilamente. Diese Mikrofilamente verflechten sich mit den Glasfaserstäben und bilden eine hohle, dreidimensionale Netzwerkstruktur. Holzpartikel und Polyethylen hoher Dichte füllen die Hohlräume dieser Struktur, wodurch die verstärkende Wirkung der Glasfasern maximiert und der Synergieeffekt des Verbundwerkstoffs demonstriert wird. Dies verbessert die Materialdispersion, die Grenzflächenkompatibilität und die Haftung zwischen Holzfasern und Kunststoffmatrix signifikant und führt letztendlich zu einer bemerkenswerten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Holz-Kunststoff Verbundprofile.