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Verklebung von WPC-Materialien – kein Problem mit der richtigen Vorbehandlung

15.06.2012
Wood Polymer Composites (WPC) besitzen eine unpolare Oberfläche und lassen sich mit verschiedenen Oberflächenvorbehandlungen so aktivieren, dass eine haftfeste, beständige Verklebung möglich ist.
Forschungsarbeiten von INNOVENT zeigen, dass für die meisten Materialien die Beflammung einfach anzuwenden und gut geeignet ist. Die Gasphasenfluorierung liefert die besten Ergebnisse bei der Aktivierung der WPC-Materialien unabhängig vom Klebstoff.

Wood Polymer Composites bzw. auf deutsch Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe sind naturfaserverstärkte Werkstoffe, welche die Vorteile des nachwachsenden Rohstoffs Holz mit denen von modernen Polymeren zu einem Hochleistungswerkstoff für vielfältige Anwendungen verbindet. WPC mit seinem Holzanteil von meist 50-80 % bietet gegenüber Holz bzw. Kunststoffen verbesserte Steifigkeit, Stabilität gegen Feuchtigkeit, Verziehen, Splittern und Befall durch Mikroorganismen. Die Formgebung erfolgt mittels Extrusion oder Spritzguss und ermöglicht damit vielfältige Geometrien. WPC wird angewendet vom Möbelbau über Bodenbeläge bis zu Teilen im Automotive-Bereich. Die bislang wichtigste Anwendung ist die für Bodendielen, wodurch besonders tropische Hölzer eingespart werden. Die Zuwachsraten waren in den vergangenen Jahren meist zweistellig.

Darstellung der Haftfestigkeiten [MPa] verschiedener Klebstoffsysteme in Abhängigkeit von der Oberflächenvorbehandlung des WPC. INNOVENT e.V.

Bedingt durch die verwendeten Polymere (meist PP oder PE, seltener PVC) sind Oberflächen von WPC-Teilen jedoch bislang kaum zufriedenstellend zu verkleben, sondern müssen geschraubt oder mit Klammersystemen gehalten werden. Daher hat Innovent im Rahmen eines Forschungsvorhabens mit deutschen und europäischen Forschungsstellen Vorbehandlungsverfahren entwickelt, welche eine Verklebung des Werkstoffs ermöglichen.

Hierfür wurden mehrere Klebstoffarten wie z. B. 1K- und 2K-PU- und Epoxy-Klebstoffe in Kombination mit verschiedenen Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung untersucht, welche alle ohne den Einsatz von organischen oder wässrigen Lösungen auskommen.

Es haben sich drei Verfahren als besonders geeignet erwiesen:
- Atmosphärendruck-Plasmabehandlung
- Beflammung
- Gasphasenfluorierung
Alle Verfahren haben spezielle Vorteile. Die Wahl des Verfahrens hängt von den speziellen Gegebenheiten beim Anwender ab. Mittels der Vorbehandlungsverfahren ist es möglich, WPC-Teile so zu verkleben, dass die Haftfestigkeit von Werten von unter 1 MPa für unbehandelte Oberflächen auf 7-9 MPa und damit im Bereich der Zugfestigkeit des Werkstoffs steigt. Selbst Lagerzeiten zwischen Vorbehandlung und Verklebung von bis zu 6 Monaten verringern die Haftfestigkeiten kaum.

Bei der Atmosphärendruck-Plasmabehandlung wird ein mittels Hochfrequenzentladungen erzeugtes Plasma durch eine Düse auf die zu behandelnde Oberfläche geblasen. Die so behandelten WPC-Oberflächen zeichnen sich durch sehr hohe spezifische Oberflächenenergien aus und das Verfahren benötigt lediglich Strom und Druckluft.

Die Beflammung aktiviert die Oberflächen durch kurzen Kontakt mit einer Gasflamme und zeichnet sich durch hohe Haftfestigkeiten, sehr große Behandlungsgeschwindigkeiten von bis zu 48 m/min und flexible Einsatzmöglichkeiten aus.

Beide Verfahren eignen sich besonders für kontinuierliche Vorbehandlung großer Flachen und lassen sich problemlos mit den zur WPC-Herstellung verwendeten Extrusionslinien kombinieren. Durch Handgeräte ist selbst die selektive Behandlung kleiner Flächen unmittelbar vor der Verklebung möglich, wodurch nur die zu verklebenden Stellen behandelt werden müssen. Dadurch sind beide Verfahren besonders für kleinere Unternehmen in Möbelbau oder Terrassenmontage gut geeignet.

Die Gasphasenfluorierung aktiviert die Oberflächen durch die Reaktion mit gasförmigem Fluor und erzielt die höchsten Haftfestigkeiten und die höchste Langzeitbeständigkeit aller getesteten Verfahren. Außerdem ist die Gasphasenfluorierung von der Geometrie der zu behandelnden Oberflächen unabhängig und damit für kleine Teile und wechselnde Formen besonders geeignet. Allerdings ist der erforderliche technische Aufwand in Form einer Fluorierkammer mit Gaszuführung für eine Gasphasenfluorierung höher als für Plasmabehandlung und Beflammung. Durch die lange Haltbarkeit der Vorbehandlung ist die Behandlung beim WPC-Produzenten jedoch problemlos möglich.

Die WPC-Vorbehandlung ermöglicht eine haftfeste, langzeitstabile Verklebung von WPC und eröffnet dem vielseitig einsetzbaren Biowerkstoff damit neue Anwendungsfelder.

Ansprechpartner: Dr. Arnd Schimanski, Geschäftsführender Direktor INNOVENT e.V., as@innovent-jena.de

Andrea Gerlach | idw
Weitere Informationen:
http://www.innovent-jena.de

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