Messverfahren zur morphologischen Charakterisierung von Faserstoff für die Herstellung mitteldichter Faserplatten (MDF)

Dipl.-Ing. Burkhard Plinke
Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut

Zusammenfassung

Die morphologischen Eigenschaften eines Faserstoffes sind für die Herstellung von MDF und die Eigenschaften der Platten besonders wichtig. Die Zusammenhänge zwischen den thermomechanischen Bedingungen des Aufschlusses einerseits und der Fasergrößenverteilung sind zwar grundsätzlich bekannt. Es fehlt jedoch an direkten Messverfahren für die Größenparameter der Fasern, mit denen insbesondere der Aufschlussprozess geregelt werden könnte. Standard-Verfahren zur Klassierung oder Fraktionierung von Faserstoffen wie z.B. die Siebung oder das Bauer-McNett-Verfahren eignen sich hierfür nicht, weil die Antwortzeiten zu lang sind. Mit schnellen Bildverarbeitungssystemen können zwar über die Faserlänge hinaus weitere morphologische Eigenschaften erfasst werden, sie wurden jedoch bisher nicht erfolgreich für online-Messungen an MDF adaptiert. In einem gemeinsamen Vorhaben des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung WKI, Braunschweig, und des Clausthaler Umwelttechnik-Instituts CUTEC wurden mögliche neue Verfahren (vgl. Übersicht) erprobt.

Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag daher auf zwei unterschiedlichen optischen Verfahren (Laser-Scanner und Beugungsspektrometer). Beide Verfahren können Partikel in luftgetragenem Zustand (Aerosol) oder aber aufgerührt in Wasser (Suspension) messen. Sie werden bereits für andere Aufgaben erfolgreich für die Partikelgrößenmessung im Labormaßstab und als online-Geräte eingesetzt. Aufgrund ihres Meßprinzips können sie zwar den komplexen Aufbau von Fasern nicht vollständig analysieren, jedoch Daten liefern, die sich als "Fingerabdruck" in Labor und Produktion eignen.

Mischungen unterschiedlicher Siebfraktionen wurden in Flüssigkeit dispergiert und die Mengenanteile mit beiden Verfahren ermittelt. Es zeigte sich, dass mit beiden Messverfahren quantitativ offline die Mischungsverhältnisse bestimmt werden können und die Geräte als einfach zu bedienende Labortestgeräte mit relativ geringem Präparationsaufwand bei Bearbeitungszeiten im Bereich weniger Minuten eingesetzt werden können.

Zur Online-Messung an der Technikums-Refiner-Anlage des WKI wurde der Übergang vom Flugstromtrockner zum Zyklon gewählt. Aus Kiefern-, Fichten- und Buchen- sowie Altholz-Hackschnitzeln wurden bei verschiedenen Prozessbedingungen Faserstoffe hergestellt. Insbesondere wurden die Temperatur und Verweilzeit im Vorverdampfer sowie die Spaltweite im Refiner gezielt variiert.

Es zeigte sich, dass die von den Geräten online gelieferten Partikelgrößenverteilungen jeweils die geänderten Zerfaserungsparameter bzw. holzartenspezifische Größen deutlich widerspiegeln, jedoch unter Berücksichtigung der verschiedenen Messprinzipien und den an der Messstelle vorherrschenden Bedingungen interpretiert werden müssen. Beide Messgeräte wiesen unter online-Bedingungen die Veränderungen der Spaltweite am Refiner sowie Änderungen in der Fasergrößenverteilung deutlich nach. Veränderungen der Betriebsparameter können also innerhalb des Messprinzips gut erkannt werden. Zusätzlich ergaben sich enge Korrelationen zwischen den gemessenen Eigenschaften des Faserstoffs und den mechanisch-technologischen Platteneigenschaften.

Die Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) gefördert. Förderkennzeichen 12590 N

Der vollständige Bericht kann bestellt werden bei:
Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V.
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig