Ziel der Entwicklung
Leichte und stabile Materialien erlangen in vielen unterschiedlichen Bereichen zunehmende Bedeutung wie zum Beispiel im Möbelbau zur Steigerung möglicher Spannweiten von Regalsystemen oder zur Reduzierung des Paketgewichts im Mitnahmebereich, im Innenausbau insbesondere beim Messebau, bei mobilen Trennwandsystemen und Decken- beziehungsweise Wandverkleidungen oder im Bereich des Fahrzeugbaus zur Reduzierung der Gesamtmasse von Karosserie und Innenverkleidungen. Im Fokus des Projektes stand die Entwicklung eines plattenförmigen Materials/Halbzeuges und seines Herstellungsverfahrens mit verdichteten Zonen im Bereich der Randfaser von Holzfaserwerkstoffplatten niedriger Dichte durch einseitiges Verdichten von Teilbereichen in der Fläche.
Vorteile und Lösungen
Teilverdichtete plattenförmige Halbzeuge werden spiegelbildlich zusammengefügt, wodurch in der Mittellage Hohlräume entstehen und die verdichteten Bereiche mit den höheren mechanischen Eigenschaften am Querschnittsrand positioniert werden. Dadurch werden plattenförmige Werkstoffe mit Sandwichstrukturen erzeugt, die aber im Unterschied zu den derzeit erhältlichen Leichtbauplatten keine gleichmäßig strukturierte Mittelschicht wie beispielsweise Wabenkernplatten oder Sandwichplatten mit Vollkernmaterial (Schäume) aufweisen. Durch die partielle Verdichtung wird im Bereich der Randfaser niedrig verdichtetes Material durch höher verdichtetes Material substituiert, was in einer Erhöhung der Tragfähigkeit resultiert. Diese Steigerung der Tragfähigkeit basiert auf dem Effekt, dass mit der Dichteerhöhung des Materials höhere Steifigkeit und Festigkeiten einhergehen. Bei konstantem Verformungsgrad konnte so eine Laststeigerung von 100 Prozent für Biegebelastung und von 60 Prozent für Zug- beziehungsweise Druckbelastung in Plattenebene nachgewiesen werden. Es wird daher als Beitrag zum Leichtbau gesehen, wenngleich hier nicht ein Material durch ein leichteres Material gleicher oder größerer Leistungsfähigkeit (Tragfähigkeit) ersetzt wird. Im vorliegenden Fall wird durch nahezu kostenneutrale Werkstoffmodifikation (Dichteerhöhung) einem Material niedriger Dichte eine Leistungssteigerung (Lastaufnahme) vermittelt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass hier ein Leichtbauwerkstoff erzeugt wird, der kein Verbundwerkstoff (Werkstoffmix) ist, wodurch beim Recycling auch keine Probleme in Bezug auf die Trennung unterschiedlicher Materialien zu erwartet ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der entwickelte Werkstoff zeichnet sich durch höhere Steifigkeiten aus und ermöglicht in den konturierten Hohlräumen die Integration von Funktionselementen. In Kombination mit der Nutzung nachwachsender Rohstoffe entsprechen die Vorteile der entwickelten Lösung den Anforderungen zahlreicher Zielbranchen: Möbelbau, Baugewerbe, Fahrzeugbau, Verpackung und Consumer Products. Durch die partielle Verdichtung partikelbasierter lignocelluloser Werkstoffe und die Fertigung leichter, belastungsgerecht gestalteter Plattenwerkstoffe mit höherem E-Modul und höherer Steifigkeit ist es möglich, den Rohstoffeinsatz, hier: Nadelholz, im Vergleich zu herkömmlichen MDF beziehungsweise Spanplatten mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften (Steifigkeiten, Festigkeiten) zu senken.
1. Kostensenkungseffekte bei MDF: Berechnungen für Kastenmöbelelemente aus MDF gleicher Steifigkeit führen zu einer Materialersparnis von 26 Prozent lignocelluloser Rohstoffe (Nadelholz). Volkswirtschaftlich ergeben sich damit folgende Einsparungseffekte: In Deutschland werden p.a. 3,7 Mio. m³ MDF mit einem Umsatzvolumen von zirka 1,1 Mrd. € gefertigt. Davon werden 60 Prozent in der Möbelindustrie, vorwiegend für Kastenmöbel, verwendet; dies entspricht einem Umfang von 2,2 Mio. m³ und einem Umsatz von zirka 600 Mio. € p.a. Für eine Standard-MDF werden zirka 620 kg/m³ Nadelholz benötigt; dass heisst der Rohstoffeinsatz für die Möbelindustrie entspricht etwa 1,364 Mio. t. Bei einem durchschnittlichen Preis von 90 €/t für Nadelholz entstehen damit Kosten in Höhe von 122,8 Mio. € für die Holzwerkstoffindustrie als Zulieferer der Möbelbranche. Mit der Annahme einer 26 %-igen Reduzierung des Rohstoffeinsatzes können diese Kosten um bis zu 31,8 Mio. € gesenkt werden, wovon Werkstoffhersteller und Verarbeiter profitieren können.
2. Kostensenkungseffekte bei Spanplatten: Berechnungen für Kastenmöbelelemente aus Spanplatten gleicher Steifigkeit führen zu einer Materialersparnis von 20 Prozent lignocelluloser Rohstoffe (Nadelholz). Volkswirtschaftlich ergeben sich damit folgende Einsparungseffekte: In Deutschland werden p.a. 5,5 Mio. m³ Spanplatten mit einem Umsatzvolumen von zirka 1,1 Mrd. € gefertigt. Davon werden 40 Prozent in der Möbelindustrie, vorwiegend für Kastenmöbel, verwendet; dies entspricht einem Umfang von 2,2 Mio. m³ und einem Umsatz von ca. 450 Mio. € p.a. Für eine Standard-Spanplatte werden zirka 600 kg/m³ Nadelholz benötigt; d.h. der Rohstoffeinsatz für die Möbelindustrie entspricht etwa 1,320 Mio. t. Bei einem durchschnittlichen Preis von 90 €/t für Nadelholz entstehen damit Kosten in Höhe von 118,8 Mio. € für die Holzwerkstoffindustrie als Zulieferer der Möbelbranche. Mit der Annahme einer 20 Prozentigen Reduzierung des Rohstoffeinsatzes können diese Kosten um bis zu 23,8 Mio. € gesenkt werden. Kooperationsprojekte mit Partnern insbesondere in den Bereichen Möbelbau, Baugewerbe und Verpackung erscheinen sehr erfolgversprechend. Sie sind Grundlage für eine breit gefächerte F&E Tätigkeit des Antragstellers in diesen Segmenten. Die Projektergebnisse liefern weiterhin die Grundlage für einen breit gefächerten Know-how-Transfer und den weiteren Ausbau der wissenschaftlich-technischen Basis des IHD. Ergebnisse des Vorhabens werden in diversen Medien und Veranstaltungen für einen breiten Anwenderkreis publiziert beziehungsweise vorgestellt.