Wood Plastic - KraussMaffei Berstorff

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TITELSTORY
WPC: Marktchancen und Verarbeitung
Die Kombination von Holz und Kunststoff in Wood Plastic Composites
hat die Tür für zahlreiche neue Produkte in den letzten 25 Jahren geöffnet.
Die ansprechende Optik und Haptik von Holz verbunden mit dem geringeren Pflegebedarf durch den Kunststoff-Anteil, haben WPC für Decking-Anwendungen etabliert. Derzeit wird vonseiten der Maschinenhersteller vor
allem an den Produktionsprozessen und der Produktqualität gearbeitet.
Doch der Markt für WPC ist ins Stocken geraten. Geschuldet ist dies nicht
nur der anhaltenden Wirtschaftskrise, sondern auch, weil das Potenzial
des Werkstoffs noch nicht ausgereizt ist. Der Kunststoff steigert die
Formenvielfalt und Designfreiheit für viele Produkte. Dies bietet vor allem
bei der Verarbeitung im Spritzguss weitere Marktchancen.
Das Beste von Beidem - so lässt sich die Symbiose aus Kunststoff und Holz treffend beschreiben. Der Werkstoff verbindet die Eigenschaften von Kunststoff, wie Haltbarkeit und
geringer Pflegeaufwand mit den optischen und haptischen
Pluspunkten von Holz. Wood Plastic Composites (WPC)
finden sich im europäischen Markt vorwiegend in DeckingAnwendungen, also Verkleidungen oder Dielen. Auch Zäune und Fassaden haben weiteres größeres Marktpotenzial
in Deutschland. Seit 2005 ist der europäische Markt für
WPC jährlich um durchschnittlich 35 Prozent gewachsen.
„Nach mehreren Jahren zweistelligen Wachstums sehen wir
nun in Europa ein einstelliges Wachstum zwischen 5 und
10 Prozent. Grund hierfür ist primär die schwächelnde
Nachfrage infolge der Wirtschaftskrise in Südeuropa“, berichtet Michael Carus, Geschäftsführer des Nova-Instituts,
Hürth. Im Jahr 2010 wurden in Europa etwa 220.000 t
WPC, davon in Deutschland etwa 100.000 t, produziert und
auch in Europa abgesetzt, rund 50.000 t in der Automobilindustrie und 167.000 t für Terrassen-Bodenbeläge, Zäune
und Fassaden. Auch für Möbel, Büro- und Haushaltsartikel
07 · 2013 · Plastverarbeiter
Bildquelle: Trex
Wood Plastic –
eine Werkstoffsymbiose
wie Tafelgeschirr, Komposteimer oder Zahnbürsten sowie
technischer Kleinteile und Gehäuse werden immer mehr
WPC-Materialien eingesetzt. Grundsätzlich, so meint Asta
Eder, Unternehmensberaterin und WPC-Expertin, Composites Consulting, Wien, Österreich, seien Ländern, in denen
viele Produkte aus Holz verkauft werden, auch erfolgversprechende Absatzmärkte für WPC.
Was fehlt ist erfolgreiches Produkt-Marketing
Für Deckings sei der Werkstoff zwar bereits etabliert, doch
ließe sich der Marktanteil durch einen bessere Produktdifferenzierung und Marktsegmentierung weiter ausbauen: „In
Marketing und Kommunikation kann man auf die unterschiedlichen Bedürfnisse der Kunden achten. Für die Produktdifferenzierung ist die extra Breite Jumbo-Terrassendiele von der Firma Novo-Tech ein gutes Beispiel. Diese funktioniert in einem Segment wo der Preis eine geringere Rolle spielt.“
Marketing ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg des Werkstoffs. „Der Produzent sollte bevor er sich mit dem Produkwww.plastverarbeiter.de
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WPC ist für Decking-Anwendungen
etabliert. Die Anwender erwarten
vor allem eine lange Nutzungsdauer bei dauerhafter Qualität. Darum
geht es hierzulande vor allem
darum, bestehende Märkte mit
Produkten hoher Qualität zu beliefern und außerdem weitere Marktanteile zu gewinnen. Dies soll mit
kosten- und qualitätsoptimierten
Prozessen wie Produkten gelingen.
tionsprozess befasst ein stehendes Marktingkonzept haben.
Dies ist erfahrungsgemäß die schwierigste Hürde“, weiß
Thorsten Weber, Reifenhäuser Extrusion Technology, Troisdorf. Und auch Carus sieht noch Nachholbedarf: „Es gibt
hier sicherlich Schwachstellen im Marketing und Öffentlichkeitsarbeit. Auch gibt es von den politischen Rahmenbedingungen keinerlei Unterstützung – ganz im Gegensatz
zum Bio-Kraftstoffmarkt. Zudem kann der Verbraucher mit
der Optik häufig nicht richtig etwas anfangen. Hier ist noch
viel zu tun!“
Der Formen-Vielfalt sind kaum Grenzen gesetzt
Heute wird WPC vor allem in Anwendungen eingesetzt, in
denen die Produkteigenschaften wie hohe Steifigkeit und
geringe Schwindung gegenüber reinen Kunststoffen und
verbesserte Halt- und Formbarkeit gegenüber reinen Holzprodukten zum Tragen kommen. Mit steigenden Kunststoffpreisen sei es aber nur eine Frage von wenigen Jahren,
wann WPC-Granulate preiswerter als reine Kunststoff-Granulate sein werden und dann Massenmärkte erobern könwww.plastverarbeiter.de
nen, heißt es in einer aktuellen Analyse des Nova-Instituts.
Derzeit liegen die Preise für WPC noch um 20 bis 30 % über
denen reiner Kunststoffen. Sobald die Preise von PP und PE
eine bestimmte Schwelle überschritten haben (ca. 1,50 /kg),
sind WPC-Granulate aufgrund des deutlich niedrigeren
Preises für Holzmehl preiswerter als bestehende Lösungen.
Dann werden sich große Märkte öffnen“, führt Carus aus
und Eder ergänzt: „Die Türen- und Fensterherstellung sehe
ich als einer der potenziellen Marktbereiche für WPC in
Europa. In Nordamerika gibt es seit Anfang der 90er Jahre
Fenster aus PVC-Holzmischung von der Firma Andersen.
Alle namhaften europäischen Fensterhersteller haben sich
mit dem Thema WPC befasst, bringen aber keine FensterProdukte auf den Markt. In diesem Bereich stehen Produkte sowohl in China, als auch in Deutschland kurz vor der
Markteinführung.“
Auch im Automobilsektor finden sich für den Werkstoff
etliche Anwendungen. „Im Automobilbereich werden in
der EU bereits etwa 50.000 t pro Jahr eingesetzt und der
Anteil könnte noch erheblich steigen“, glaubt Carus. Auch
Plastverarbeiter · 07 · 2013
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für den Einsatz im Hausinterieur gibt es Beispiele. „Das Möbelhaus Ikea hat mehrere WPC-Produkte im Programm“, so
Eder. „Regale aus extrudierten WPC-Profilen werden von
mehreren Herstellern angeboten. In Asien wird WPC vor
allem im Wohnbereich, beispielsweise für Deckenpaneele
eingesetzt. In China werden Türen für den Innenbereich
aus WP, teils in voller Breite, extrudiert. Mit beidem ist jedoch in Europa nicht zu rechnen.“ Des Weiteren sind Anwendungen im Hygienebereich denkbar, wo WPC mit integrierter antimikrobieller Wirkung eingesetzt werden kann.
Oder auch Schmuck-Urnen aus naturfaserverstärkter Polymilchsäure, die 100-prozentig biologisch abbaubar sind.
Auch Holzblasinstrumente, Lautsprechergehäuse oder Koffer sind möglich.
Vermeintliche Nachteile von WPC
Ein bei Verbrauchern eher mit Skepsis betrachtetes Thema
ist die Haltbarkeit der Produkte. Das Nova-Institut schreibt
hierzu: Man unterscheidet zwischen biotischen (Pilze) und
abiotischen (UV-Strahlung) Einflussfaktoren, die einzeln
auf das WPC-Material Einfluss ausüben können. Doch neue
Entwicklungen von Additiven vermindern die Einflüsse von
Witterung und UV-Strahlung auf die Materialien erheblich,
sodass Hersteller teils zehn oder mehr Jahre Garantie auf
ihre Produkte geben. Die mikrobielle Stabilität weitgehend
sicher gestellt. Carus ergänzt: „Probleme kann es primär bei
hohen Anteilen von Holz geben, also 60 bis 80 %. Bei geringeren Anteilen von 30 %, typisch für Spritzguss, sind die
Fasern weitgehend von Kunststoff umschlossen. Beim
Spritzguss ist zudem der Druck so hoch, dass die Fasern mit
Kunststoff gefüllt werden.“
Verarbeitung von WPC: Extrusion
Gegenüber den herkömmlichen Holzwerkstoffen bietet die
Extrusions- und Spritzgusstechnik von Holz-KunststoffVerbunden eine bisher nicht gekannte Formenvielfalt bei
wirtschaftlich vertretbaren Produktionskosten im Vergleich
zu reinen Holz-Produkten. Für die größte Produktgruppe
07 · 2013 · Plastverarbeiter
Bildquelle: Kosche
Bildquelle: Kosche
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im WPC-Markt, Decking-Anwendungen, werden Extrusions-Anlagen genutzt. Zu den führenden Maschinenherstellern zählen beispielsweise Battenfeld-Cincinnati, Krauss
Maffei Berstorff und Reifenhäuser Extrusion Technology.
„Die größte Herausforderung bei der Verarbeitung ist,
verschiedene Rohmaterialien wie Polymer, Additive, Farbpigmente und natürlich Holz zu einer funktionierenden
Rezeptur zusammenzustellen. Doch vorher sollte man sich
erstens schon auf eine Verarbeitungstechnologie festgelegt
haben, weil nicht jede Rezeptur mit jeder Technologie verarbeitbar ist, und zweitens wissen, welches Endprodukt
man herstellen will, Indoor oder Outdoor. Die Wahl der
richtigen Werkzeugtechnologie ist ein weiterer wichtiger
Punkt“, erläutert Thorsten Weber, Reifenhäuser, Troisdorf.
Bei Reifenhäuser hat man in den letzten zwei Jahren verschiedenen Schritte unternommen, um die Anlagen energieeffizienter zu machen. „Allerdings bringt die effizienteste Maschine nichts, wenn das Endprodukt unwirtschaftlich
ist, bezogen auf Gewicht und Verarbeitungsgeschwindig-
Technik im Detail
Qualiätssiegel für WPC-Dielen
Gerade bei WPC stellen
die Nutzer hohe Ansprüche an die Qualität der
Produkte. Hier unterstützt die Einführung eines neuen Gütesiegels
von der Qualitätsgemeinschaft Holzwerkstoffe
e.V., Gießen, zu Beginn
dieses Jahres. Der Verband hat einige Prüfkriterien entwickelt und vergibt das Gütesiegel für
WPC-Terassendielen, dessen Holzanteil mindestens 50 % oder mehr erreichen und aus nachhaltiger Forstwirtschaft
stammen muss. Andere
Naturfasern, wie Reishülsen oder Bambus sind
nicht zugelassen. Das ergänzende Polymer muss
aus sortenreinem Kunststoff bestehen.
www.qg-holzwerkstoffe.de
www.plastverarbeiter.de
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1 Als Hohl-Profil gefertigt
ist die Diele in der Regel
preiswerter.
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Bildquelle: Werzalit
2 Die massive Terassendiele aus WPC hat eine
täuschend echte HolzAnmutung.
3 Bei der In-MouldBeschichtung von WPCSpritzgussteilen werden
vorbehandelte Furniere
ohne Vorverformung in
ein optimiertes Werkzeug
eingehängt, diese mit
WPC hinterspritzt, in die
gewünschte dreidimensionale Form gebracht und
im Werkzeug besäumt.
keit. Aus diesem Grund haben wir, entgegen dem derzeitigen Markttrend zu Vollprofilen, ein Profil entwickelt welches wir zur K Messe erstmalig vorstellen werden. Dieses
Profil wird im Vergleich zu Vollprofilen bis zu 50 % günstiger herzustellen sein“, so Weber. Doch Vollprofile bieten
andere Vorteile. Sie lassen sich problemlos schräg schneiden
und benötigen selbst bei geradem Schnitt keine spritzgegossenen Endkappen. Dafür präsentierte Battenfeld-Cincinnati jüngst im Rahmen der 9. Wood Plastic CompositeKonferenz in Wien einen parallelen Doppelschnecken-Extruder Fiberex 114.
Eine andere Herausforderungen bei der Verarbeitung von
WPC ist der signifikante Verschleiß der Maschinen und das
niedrige Schüttgewicht der Granulate. Meist werden die
Composites direkt vor der Extrusion gemischt. „Eine produktionstaugliche WPC-Verarbeitung zeichnet sich zum
einen durch die Interaktion zwischen Material, Extruder
und Werkzeug sowie durch Verschleißschutz aus, um die
abrasive Wirkung des WPC zu reduzieren“, so Michael Finkenzeller, Produktmanager Nachwachsende Rohstoffe bei
Krauss Maffei Berstorff, München. „Es gilt explizit, ein Augenmerk auf das Verschleißverhalten der Verfahrenseinheit
während des Anfangsstadiums zu richten.“ Gegen den Verschleiß statte Krauss Maffei Berstorff die Schnecken mit
einer Wolframkarbid-Panzerung aus. Im Zusammenspiel
mit der Bimetall-Buchse im Zylinder werde somit die Langlebigkeit der Verfahrenseinheit sichergestellt. „In den letzten zwälf Monaten haben wir vermehrt festgestellt, dass
viele Verarbeiter von der ursprünglich gängigen Technologie der konischen Doppelschneckenextruder nun aufgrund
der dadurch implizierten Verschleißproblematik vermehrt
die parallelen Doppelschneckenextruder anfragen“, erläutert Finkenzeller. Doch Sonja Kahr, Product Manager, Division Construction, Battenfeld-Cincinnati, Wien, Österreich
ergänzt: „Je nach Rohmaterialqualität kann mit konischen
und parallelen Maschinen dieselbe Maschinenverfügbarkeit
erreicht werden. Wir setzen für das Abführen der mit der
Naturfaser verbundenen Restfeuchte ein spezielles Vakuumwww.plastverarbeiter.de
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system ein. Die Feuchtigkeit stellt die Entgasungssysteme
vor andere Herausforderungen als beispielsweise in der PVC
Verarbeitung. WPC sind friktionsempfindliche Materialien,
deren Verarbeitungsfenster enger sind als bei anderen
Kunststoffen.“ Und sie erklärt weiter: „Ein anderes Problem
ist das niedrige Schüttgewicht und die mangelnde Rieselfähigkeit des Rohstoffs, was die Dosierung sowie Einzug in
den Extruder erschwert.“ Langfasern seien beispielweise
schwerer dosierbar und zögen sehr schwer und nicht ohne
speziell adaptiertes Equipment in den Extruder ein, meint
der Experte von Krauss Maffei Berstorff. „Außerdem kann
es durch den Extrusionsprozess zu Faserlängenbeeinflussung kommen. Lange Fasern begünstigen auch die Ausbildung von Nestern und Agglomeraten, was zu Inhomogenitäten im Endprodukt führen kann.“ Wichtig hierbei sei die
komplexe Materialaufbereitung, inklusive Vermahlung und
Siebung. „Ein weiteres Thema ist die Coextrusion, wo bestehende Anlagen mit einer Coextrusionsanlage ausgerüstet
werden“, weiß Sonja Kahr, Battenfeld-Cincinnati. Außerdem sei ein Trend zum zwei-stufigen Verarbeitungsprozess
zu beobachten. „Dadurch konnte das EUR h/kg-Verhältnis
stark reduziert werden. Mit Granulat als Ausgangsstoff sind
höhere Ausstöße sowie eine größere Prozessstabilität erreichbar“, bestätigt Kahr. Und Finkenzeller erklärt weiter:
„Wir beobachten auch ein Umdenken hinsichtlich der Verarbeitungstechnologien. Unserer Erfahrung nach setzten
die meisten Verarbeiter früher auf den Prozess der Direktextrusion, wobei eine Abweichung der Eingangsgrößen,
beispielsweise große Unterschiede in der Restfeuchte der
Faser, einen direkten Einfluss auf die optischen und mechanischen Eigenschaften des Ausgangsprodukts zur Folge hatte. Mittlerweile wird der Zwei-Stufenprozess favorisiert, da
hierbei ein homogenes Material, mit einer Restfeuchte kleiner 1,5 %, als Grundlage für eine konstante Profilextrusion
vorausgesetzt wird.“ Optimierungspotenzial in dem Produktionsprozess sieht man auch bei Battenfeld-Cincinnati
in der Materialaufbereitung, da diese den Grundstein für
eine prozesssichere Weiterverarbeitung lege. „Im Bereich
Profilextrusion – vor allem im Hochleitungssegment, also
größer 800 kg – führen adaptierte Entgasungskonzepte zu
einer Produktivitätssteigerung“, ergänzt Kahr. Auch Finkenzeller sieht hier noch Möglichkeiten: „Zur Gestaltung eines
nahezu perfekten Material-Wirkungsgrades ist es sinnvoll,
den beim Anfahren entstandenen WPC-Ausschussware zu
vermahlen und dem Prozess wieder zuzuführen oder separat als Nebenprofil, zum Beispiel als Unterkonstruktion, zu
verarbeiten.“
Verarbeitung im Spritzguss
Die Produktpalette lässt sich durch die Verarbeitung im
Spritzguss deutlich erweitern. Mit dem Spritzguss-Verfahren
lassen sich für größere Bauteile in einer sehr kurzen Zykluszeit höhere Wandstärken realisieren, so die WPC-Beraterin
Eder. „Anwendungen im Möbelbereich wurden vor allem
Plastverarbeiter · 07 · 2013
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Experten-Tipp
Die Firma Asta Eder Composites Consulting, Wien, Österreich, bietet Know-how zu Methoden der Marktforschung, um eine erfolgreiche Markteinführung bereits
während der Entwicklungsphase des WPC-Produkts
sicherzustellen. Kontakt: Tel. +43 676 363 14 55,
E-Mail: [email protected].
Das Nova-Institut im Chemiepark Knapsack, Hürth, verfügt in Forschung und Entwicklung Kontakte innerhalb
der globalen Industrie- und Forschungsnetzwerke.
Kongressmanagement, ein Fachportal für bio-basierte
Ökonomie, der Biowerkstoff-Report und der Branchenführer iBIB gehören zu den Leistungen. Kontakt:
Tel. +49 2233 481440, E-Mail: [email protected]
von der Firma Werzalit, Oberstenfeld, mit WPC Granulat
S2 schon seit über 10 Jahren realisiert.“ Außerdem können
die WPC-Teile früher entformt werden, wodurch sich die
Zykluszeit verkürzen lässt, meint Wolfgang Roth, Leiter der
Anwendungstechnik bei Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, Österreich: „Durch diese kürzeren Zykluszeiten ist
eine Energiereduktion pro Einheit erzielbar.“ Und Carus
prognostiziert: „Werden Kunststoffe mit Holzmehl statt
Talkum gefüllt, so ergeben sich bessere mechanische Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit und Formstabilität bei
Wärme. Hier schlummert ein Materialriese.“ In Bezug auf
die Prozesskosten, sinken diese erheblich im Vergleich zu
Produkten, die herkömmlich aus Holz gefertigt werden.
„Der Spritzgießprozess liefert spanlos und ein einem Arbeitsschritt einsatzfertige Bauteile“, weiß Peter Pokorny,
Leiter der Anwendungstechnik bei Engel Austria, Schwertberg, Österreich. Kunststoffverarbeiter, die auf ihren Spritzguss-Anlagen WPC verarbeiten wollen, können den vorhandenen Maschinenpark umrüsten. „Das vereinfacht den
Einstieg in dieses Anwendungsgebiet und hält die Investitionskosten niedrig. Die Modifikation betrifft die Plastifiziereinheit. Um Farbveränderungen des Rohstoffs zuverlässig entgegenzuwirken, finden für die Verarbeitung von
WPC-Plastifizierschnecken mit einer langen Kompressionszone Einsatz, die mit einer vergleichsweise geringen Kompression arbeiten. Zudem benötigt die WPC-Verarbeitung
korrosionsbeständige Stähle für die Schnecken, die Heißkanäle und Werkzeuge. Da es sich meistens um große Bauteile handelt, dominieren in diesem Segment Engel Duo Maschinen“, erläutert Gerhard Bäck, Technologieentwicklung,
Technologiezentrum für Leichtbau-Composites, Engel Austria, St. Valentin, Österreich. Und so schätzt es auch der
Experte Jürgen Schray, AWT-Beratung, Arburg, Loßburg,
ein: „Abhängig vom Füllstoffanteil des Werkstoffs müssen
lediglich das Kompressionsverhältnis der Schnecke sowie
die Geometrie der Rückstromsperre abgestimmt werden.
07 · 2013 · Plastverarbeiter
Zum Schutz der Naturfasern werden die Zylindertemperaturen niedriger gewählt als bei der Kunststoffverarbeitung.
Eine solche Maschine haben wir zum Beispiel bei den Arburg Technologie-Tagen 2013 präsentiert. Dort wurde Naturfaser mit Celluloseacetat zu einer Stapelbox verarbeitet.“
Hauptaugenmerk müsse bei der Verarbeitung des Composites auf die Materialförderung, die Dosierung, die Qualität
der Materialien sowie deren Feuchtigkeitsgehalt und das
Werkzeug gelegt werden, ergänzt Roth. Da die Composites
hygroskopisch sind, erfordert die Lagerung und Trocknung
einen erhöhten Aufwand. Und Pokorny meint: „Da die
Trocknung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen muss und entsprechend lange dauert, empfiehlt es
sich, bereits getrocknetes, eingeschweißtes Rohmaterial direkt mittels Inline-Trocknung zu verarbeiten und den
Feuchtegehalt vor der Verarbeitung zu messen. Verbleibende Restfeuchte kann neben „aufgeblähten“ Teilen mit Oberflächenfehlern auch einen korrosiven Angriff auf die
schmelzeführenden Metallteile verursachen.“
Beratung unerlässlich
Für den Kunststoffverarbeiter, der den Einsatz von WPC in
Betracht zieht, wird seitens der Maschinenbauer einige Unterstüztung geleistet. Und eine umfassende Information bei
kompetenten Beratern ist dringend anzuraten, meint Carus:
„Es liegen bereits erhebliche Erfahrungen vor, die man nutzen sollte. In Deutschland haben wir das Glück, dass alle
zwei Jahre der weltgrößte WPC-Kongress in Köln stattfindet
– mit der größten WPC-Ausstellung der Welt. Im Dezember
2013 ist es wieder soweit.“ „Alle führenden Dienstleister
und Berater werden dort auch ausstellen. Beratung bieten
sowohl Europäische Compounder, Maschinen Hersteller als
auch Forschungsinstitutionen. Mein Ansatz geht aus dem
Marktbedürfnis heraus, damit die Produktentwicklung
nicht am Markt vorbei geht. Workshops und Marktdaten
stelle ich zur Verfügung. Ich unterstütze auch bei der Suche
nach den richtigen Partnern“, bietet Asta Eder an.
■
Quellen: Studie Wood-Plastic-Compoites, Nova-Institut GmbH,
Hüth, Januar 2006; Produktkatalog Naturfaser-Spritzguss,
Nova-Institut GmbH, Hürth
Autor
Dr. Etwina Gandert ist Redakteurin bei Plastverarbeiter.
[email protected]
InfoDirect
645pv0713
www.plastverarbeiter.de
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