Neue Holzfurnier-Prepregs: Sehr guter Brandschutz, deutlich weniger Formaldehyd

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Die verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Laminats aus Prepregs (v.l.n.r.): Rohfurnier (Birkenholz) – mit Flammschutz imprägniert – Holzfurnier-Prepreg – ausgehärtetes Laminat (mehrere Schichten) (Foto: Fraunhofer IAP)

Zur Herstellung von Sitzen für Schienenfahrzeuge und weiteren Produkten hat ein Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren Prepregs aus Holzfurnieren optimiert. Sie entwickelten hierfür ein neues, anteilig biobasiertes Bindemittel, das das Ausdünsten von Formaldehyd vermindert und die Werkstoffeigenschaften verbessert.

Außerdem identifizierten sie eine geeignete Kombination aus Flammschutzmitteln, mit denen Produkte aus Holzfurnier-Prepregs künftig die DIN-Norm „Brandschutz in Schienenfahrzeugen“ einhalten.

Koordiniert wurde das Verbundvorhaben vom Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP. Weitere Partner waren die Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde, die Pagholz Formteile GmbH, die Schill + Seilacher ‚Struktol‘ GmbH, die Synotec GmbH und die System 180 GmbH.

Hohe Verformbarkeit durch geringere Sprödigkeit

Herstellung einer Sitzschale aus Holzfurnier-Prepregs (Foto: Pagholz/Edelmann)

Prepregs sind vorimprägnierte, maschinell verarbeitbare, flächige Halbzeuge wie Glasfasergewebe oder eben Holzfurniere. Die Harzmatrix zur Imprägnierung ist nicht vollständig ausgehärtet, sodass die Halbzeuge bei der anschließenden Verarbeitung unter Druck und Temperatur noch verformbar sind. Prepregs aus Holzfurnieren stellen eine relativ neue Entwicklung dar. Im Projekt entwickelten die Wissenschaftler hierfür eine innovative Matrix als Bindemittel: ein Phenolharz mit 20 Prozent Holzöl-Anteil. Mit dieser Harzmischung lassen sich nicht nur die sonst bei der Herstellung von Holzwerkstoffen freiwerdenden Formaldehydemissionen deutlich reduzieren, sondern sie ermöglicht auch eine optimale Durchtränkung des Holzes, eine hohe Verformbarkeit durch geringere Sprödigkeit und sehr gute Werkstoffeigenschaften, vor allem in punkto Feuchtigkeits- und Formbeständigkeit sowie Oberflächengüte.

Diese Prepregs sollen künftig zur Fertigung von Sitzen für Schienenfahrzeuge eingesetzt werden. Deshalb galt es, die strengen Anforderungen der Norm DIN EN 45545-2 „Brandschutz in Schienenfahrzeugen“ zu erfüllen. Als besonders gut geeignet erwies sich hierfür der Einsatz einer Kombination von Flammschutzmitteln. Mit ihnen entsprachen die holzbasierten Prepregs der höchsten Anforderungsklasse der Norm. Allerdings erforderte die Imprägnierung mit den Flammschutzmitteln einen zusätzlichen Prozess-Schritt, ein Vakuum-Druck-Verfahren, das das Konsortium gemeinsam entwickelte und erprobte. Damit ließ sich ein wichtiges Projektziel – die Herstellung mit einem einfachen und kontinuierlichen Tränkverfahren – noch nicht realisieren.

Weitere Vereinfachung des Verfahrens möglich

„Grundsätzlich ist eine weitere Vereinfachung des Verfahrens möglich. Dies erfordert jedoch die Weiterentwicklung der Imprägnieranlagen. Holzfurnier-Prepregs könnten in der Herstellung dann potenziell wirtschaftlicher gegenüber anderen Werkstoffen sein“, schätzt Projektkoordinator Dr. Sebastian Steffen vom Fraunhofer IAP ein. Für die Verfahrensschritte Trocknung und Vorvernetzung im Pilotmaßstab kann man hingegen schon heute die am Forschungsbereich PYCO entwickelte und betriebene Durchlaufmikrowellenanlage nutzen.

Das neu entwickelte Prepreg ist bei Raumtemperatur bis zu vier Wochen lagerfähig. Die daraus gefertigten Produkte weisen ähnliche mechanische Kennwerte wie solche aus herkömmlichen Holzwerkstoffen auf. Bei der Formgebung besteht jedoch wesentlich mehr Spielraum, ähnlich wie bei faserverstärkten Kunststoffen. Hinzu kommt die Ästhetik und Nachhaltigkeit des Holzes. Auch beim Flammschutz und den Formaldehydemissionen haben Holzfurnier-Prepregs gegenüber klassischen Holzwerkstoffen deutliche Vorteile. Gelingt es, ein effizientes Herstellungsverfahren zu entwickeln, dürften Holzfurnier-Prepregs nicht nur bei der Ausstattung von Schienenfahrzeugen, sondern zum Beispiel auch in den Segmenten Büromöbel oder Musikinstrumente sehr gute Marktchancen haben.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

Quelle: Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)