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Study on one-shot process for wood-based composites

Reichel, Vicky; Berlin, Werner; Rothe, Felix; Beuscher, Jan; Dröder, Klaus

Environmental changes force industries to use renewable and degradable materials for lightweight solutions to solve weight and therefore CO2. One highly prioritized topic is the combination of wood materials with biodegradable plastics. Especially when processing these materials, it is essential to develop efficient processes to reduce obstacles and enable the application in serial use. To take advantage of the mechanical behaviour of the wood structure it is necessary to investigate the combination of thin solid wood with plastic. Regarding large-scale production, an injection moulding process is addressed in this study. When processing raw material cutting operations are used. To use the shear cutting process has several advantages: it is a cost effective process with short cycle times. Also no thermal influence or water immersion occur on the working material (like in laser beam or water jet methods), so material sensitive on this can be worked by shearing. But as a disadvantage a working force is applied. This work aims to show the findings this working fore on 5mm wood solids and the influence of the created surface on the bonding between plastic and wood cutting edge. The process connections and dependencies of shear cutting and injection moulding are investigated. Different wood materials were used to analyse the effects of cutting and material parameters (e.g. moisture, forces) on the cutting edge quality (e.g. structural damage). To detect the effect of different cutting edge qualities on the joint between wood and plastic component tensile specimen were tested.

Umweltveränderungen zwingen die Industrie, erneuerbare und abbaubare Materialien für Leichtbaulösungen zu verwenden, um Gewicht und damit CO2 einzusparen. Ein hochpriorisiertes Thema ist die Kombination von Holzwerkstoffen mit biologisch abbaubaren Kunststoffen. Besonders bei der Verarbeitung dieser Materialien ist es wichtig, effiziente Prozesse zu entwickeln, um Hindernisse für den Markteintritt zu reduzieren und die Anwendung im Serieneinsatz zu ermöglichen. Um das mechanische Verhalten der Holzfaserstruktur auszunutzen, ist es notwendig, die Kombination von dünnem Holz mit Kunststoff zu untersuchen. Im Hinblick auf die Großserienproduktion wird in dieser Studie das Spritzgussverfahren adressiert. Die Anwendung des Scherschneidverfahrens hat einige Vorteile: Es ist ein kostengünstiges Verfahren mit kurzen Zykluszeiten. Auch findet keine thermische Beeinflussung oder Eintauchen in Wasser auf das zu bearbeitende Material statt (wie beim Laserstrahl- oder Wasserstrahlverfahren), sodass darauf empfindliches Material durch Schneiden bearbeitet werden kann. Als Nachteil wird jedoch eine Arbeitskraft aufgebracht. Ziel dieser Arbeit ist es, die Erkenntnisse zu zeigen, die die scherende Bearbeitung an 5mm Holzwerkstoffen und der folgende Einfluss der erzeugten Oberfläche auf die Verbindung zwischen Kunststoff und Holz hat. Die Prozesszusammenhänge und -abhängigkeiten von Scherschneiden und Spritzgießen werden untersucht. Es wurden verschiedene Holzwerkstoffe verwendet, um die Auswirkungen von Schnitt- und Materialparametern (z.B. Feuchtigkeit, Kräfte) auf die Schnittkantenqualität (z.B. Strukturschäden) zu analysieren. Um den Einfluss unterschiedlicher Schnittkantenqualitäten auf die Verbindung zwischen Holz- und Kunststoffbauteil zu erkennen, wurden Zugproben untersucht.

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