Oberflächentechnologie

Forschungsprojekt

Vermeidung von Rissen in Melaminharzoberflächen

Ob Laminatböden, Küchen- und Labormöbel, Wohnmöbel oder Innentüren: Ein Großteil besteht aus Holzwerkstoffen, die mit melaminharzgeprägten Papieren beschichtet sind. Die Melaminharzoberflächen sind sehr widerstandfähig. In seltenen Fällen treten jedoch Risse und Verformungen auf, was kostspielige Reklamationen und Rückbaumaßnahmen zur Folge haben kann. In einem Vorläuferprojekt konnten wir bereits die Ursachen der Rissentstehung eingrenzen und vielversprechende Methoden für die Problemlösung entwickeln. Für eine zuverlässige Qualitätssicherung und Schadensanalyse werden wir die Methoden in diesem Projekt optimieren. Außerdem werden wir die Untersuchungen auf Mischharze ausweiten.

Mikroskopbild zeigt zellartige, bräunliche Struktur, die von einer zellartigen, weißen Struktur bedeckt ist. In der weißen Schicht ist ein schmaler, blauer Bereich, der von ganz oben bis zu bräunlichen Schicht reicht. Am oberen Ende der blauen Verfärbung wölbt sich die weiße Schicht kraterartig nach oben.
© Fraunhofer WKI | Dirk Lukowsky
Blau kontrastierter Riss durch eine Direktbeschichtung im Querschnitt.
Mikroskopbild zeigt weiße Fläche, die von blauen Linien durchzogen ist. Die Linien gehen von größeren Kratern aus und verzweigen sich in verschiedene Richtungen.
© Fraunhofer WKI | Dirk Lukowsky
Detail eines sich verzweigenden Risses in einer Melaminharzoberfläche. Zur besseren Kontrastierung wurde blaue Tuschierpaste verwendet.

Mit einem Marktanteil von über 70 Prozent sind melaminharzimprägnierte Papiere das dominierende Beschichtungsmaterial von Holzwerkstoffen für Innenanwendungen. Für die Holzwerkstoffindustrie sowie die verarbeitenden Betriebe sind rissbeständige Melaminharzpapiere somit von hoher wirtschaftlicher Bedeutung.

In unserem Vorläuferprojekt haben wir wichtige verfahrenstechnische Einflussfaktoren auf die Rissentstehung von mit Melaminharz imprägnierten Beschichtungspapieren bestimmt. Außerdem haben wir Methoden entwickelt, mit denen erstmalig die hygrischen und mechanischen Eigenschaften von mit der Trägerplatte »verschweißten« Direktbeschichtungen (Direct Pressure Laminate, DPL) isoliert quantifiziert werden können.

Wir sind nun dabei, die Methoden zu optimieren, um die mechanischen und hygrischen Eigenschaften präzise bestimmen zu können. Mit diesen Kennwerten schaffen wir die Voraussetzung für die Entwicklung von weniger empfindlichen Direktbeschichtungen in der Holzwerkstoffindustrie sowie für eine gezielte Qualitätssicherung in den verarbeitenden Betrieben.

Die neuen Methoden sollen außerdem dazu dienen, die Schadensursache im Falle von Reklamationen sicher identifizieren zu können. Bisher war oft nicht klar, ob der Schaden durch die Produktion, bei der Verarbeitung oder durch unsachgemäße Nutzung entstanden ist. Mit unseren Untersuchungen erleichtern wir die rechtliche Klärung, wer für den Schaden verantwortlich ist.

Unser Lösungsansatz:

  1. Optimierte Probengeometrie, Vermeidung von Inhomogenitäten beim Verpressen
  2. Vergleich der Eigenschaften von ohne Trägerplatte ausgehärteten Papieren (freie Filme)
  3. Verbesserte Berücksichtigung der bereits beim Verpressen induzierten Spannungen durch mathematische Modellierung (FEM)
  4. Validierung der Prüfung in einem großen Eigenschaftsbereich
  5. Integration der vermehrt verwendeten Mischharze
Aufsicht auf ein Stück OSB-Platte, das zum Teil von einer weißen Schicht bedeckt ist, die von rechts nach links dünner wird. In der weißen Schicht sind dunkle, unregelmäßig Linien zu sehen.
© Fraunhofer WKI | Dirk Lukowsky
Mittels Keilschlifftechnik lassen sich die Rissverläufe in der Tiefe der Beschichtung abbilden.
Bildmontage aus vier quadratischen Fotoaufnahmen, die zu einem großen Quadrat zusammengesetzt wurden. Auf den bräunlichen Holzwerkstoffoberflächen sind helle, unregelmäßige Linien und vereinzelt punktähnliche Fragmente zu sehen. Außerdem sieht man eine dunkle Struktur, einmal strichartig (Nut) und einmal kreisförmig (Bohrloch).
© Fraunhofer WKI | Mark Meder
Montage aus vier Rissmustern auf unterschiedlichen Holzwerkstoffen (oben links: Grobspanplatte; oben rechts und unten links: Spanplatte mit Nut und Bohrloch; unten rechts: Birkensperrholz). Die in Risse in der Melaminbeschichtung wurden fotografiert und nach Abschleifen der Beschichtung mittels Bildbearbeitung an die Originalstelle auf die rohen Werkstoffoberflächen projiziert.
Mikroskopbild zeigt hellgraue Fläche, die von vielen dunkelgrauen, unregelmäßigen Linien und punktähnlichen Fragmenten durchzogen ist.
© Fraunhofer WKI | Dirk Lukowsky
Fluoreszenzmikroskopisch dokumentierte Mikrorisse.

Förderung

Projekttitel: Vermeidung von Rissen in Melaminharzimprägnierten Beschichtungspapieren für Holzwerkstoffe

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderkennzeichen: IGF 20908 N

Projektträger: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V. (AiF) über den Internationale Verein für Technische Holzfragen e. V. (iVTH)

Laufzeit: 1.11.2019 bis 30.6.2021