News-Archiv der PTS

Alle News der PTS-Homepage im Blick

KOMPAP - Energieeffizientes Bauen mit Komposit-Materialien aus Papier

Der Einsatz von Papier in Papierverbundstrukturen bietet vielfältige Möglichkeiten nachwachsende, nachhaltige und rezyklierbare Materialien im Bauwesen stärker zu etablieren und die Vorteile, insbesondere die kostengünstige, schnelle Produktion und die außerordentlich guten spezifischen Festigkeitseigenschaften von Papierstrukturen auszunutzen.

Ziel des Projektes KOMPAP war die Entwicklung energieeffizienter Konzepte zur Errichtung von bspw. Gebäudehüllen aus Kompositmaterialien aus Papier, Papierstrukturen und mineralischen Baustoffen. Über die Funktionalisierung der Haftungsgrenzflächen sollte der Verbund aus Papierstruktur und mineralischer Komponente optimiert werden.

Die PTS bearbeitete das Verbundprojekt – Energieeffizientes Bauen durch Kompositmaterialien aus Papier (KOMPAP) gemeinsam mit dem Koordinator PMV (Papierfabrikation und mechanische Verfahrenstechnik) der TU Darmstadt und 7 weiteren Projektpartnern. ( siehe www.pmv.tu-darmstadt.de/forschung_pmv/forschungsschwerpunkt_2/kompap/index.de.jsp )

 Abb. 1: Versuchsaufbau Zugversuch von Papierstrukturen unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung

Papier lässt sich in großen Mengen kostengünstig herstellen und verfügt über ein breites Eigenschaftsspektrum, welches durch geeignete Rohstoffauswahl, Additive und Modifizierungen der reaktiven Hydroxylgruppen der Cellulose vielfältig eingestellt werden kann. Gute spezifische Festigkeitseigenschaften in Kombination mit guten Wärmedämmeigenschaften sind nur einige Vorteile von Papier die bislang nicht weitreichend in Bau- und Dämmmaterial- Anwendungen zum Tragen kommen.

Im Rahmen des Projektes wurde eine Vielzahl von Papieren der Industriepartner papiertechnologisch charakterisiert und hinsichtlich der Eignung für fortführende Untersuchungen bewertet. Für die Einordnung der Umformbarkeit wurden ein Kraftliner, ein Pergaminpapier und ein Karton zur Gipskartonplattenherstellung mit unterschiedlichen Wellengeometrien, Vorschubgeschwindigkeiten und Klebstoffen umgeformt und die Umformbarkeit bewertet.

Abb. 2: Demonstratoraufbau Sandwichelement real und schematisch

Für die großtechnische Herstellung von Papierstrukturen wurden sinuswellenförmige Wabenstrukturen bei SWAP Sachsen GmbH auf Basis der Laboruntersuchun- gen aus aussichtsreichen Industriepapier- Kombinationen gefertigt und für die Demonstratorfertigung konfektioniert. Diese papierbasierten Wabenstrukturen wur- den an der PTS umfassend geprüft und charakterisiert. Unter anderem wurden Querkontraktionszahlen, E-Modul (Abbildung 1) und die Wärmeleitfähigkeiten (Abbildung 2) bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeiten der industriell gefertigten Wabenstrukturen wurden mit gleicher Probendicke von 30 mm durch einen Lagenaufbau untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass ein Mehrlagenaufbau dünner (6*5 mm), kaschierte Papierwaben im Vergleich zu einem einschichtigen Aufbau (1*30 mm) eine deutlich bessere, niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Strukturen mit der größeren Welle (1S – größere Sinuswelle) zeigten entgegen der Erwartungen die geringsten Wärmeleitfähigkeiten. Möglicherweise ist das klebstofffreie Ultraschall-Fügeverfahren und damit der Klebstoffverzicht dafür ursächlich. Die ermittelten Materialkennwerte stellten die Grundlage zur Validierung der Simulationsmodelle und zur Berechnung der Demonstratorauslegung (siehe Abbildung 3) dar.

Abb. 3: Ermittelte Wärmeleitfähigkeiten papierbasierter Wabenstrukturen industrieller Papiere mit unterschiedlicher Lagenanzahl

Abgebildet ist ein Sandwich-Aufbau bestehend aus 2 Lagen im Rahmen des Projektes hergestellter, kaschierter Wabenstrukturen, welche eine Schicht mineralisierten Schaum umfassen. Diese modellierte Struktur wurde am Projektende angefertigt (Maße 3000 x 750 x 360 mm). Es konnte im Projekt gezeigt werden, dass der Aufbau entsprechend der Voruntersuchungen und Simulationen die Zieleigenschaften aufwies und damit ein richtungsweisendes Ergebnis für weitere Forschungen, aber auch für die Anwendung solcher Strukturen geschaffen wurde.

Dr. Stefan Knohl,

stefan.knohl@ptspaper.de

Mandy Thomas,

mandy.thomas@ptspaper.de