Weidengewebeverstärkter Kunststoff mit variabler Gewebedichte für Fassadenelemente im textilen Holzbau, VOTO

Abstract

Im Rahmen des Projekts VOTO "Weidengewebeverstärkter Kunststoff mit variabler Gewebedichte im textilen Holzbau" wurden Fassadenmodule aus Geweben aus Weidenholzfäden und Polypropylen entwickelt, welche ihre Anwendung im textilen Holzbau finden sollen. Hierzu wurden zunächst die Geräte der labormaßstäblichen Herstellung von Endlosfäden aus Weidenschienen und ein Laborwebstuhl für die Herstellung von Geweben daraus weiterentwickelt. Damit wurden Probekörpervarianten für Studien für die Entwurfsarbeit für zwei geplante Demonstratorfassaden auf dem Campus und die umfangreiche werkstofftechnische Materialcharakterisierung hergestellt. Zeitgleich wurden vielfältige Untersuchungen zur Prozessoptimierung durchgeführt, aus denen sich erfolgreich die optimierten Prozessbedingungen für die Herstellung der Fassadenmodule im Heißkompaktierprozess ableiten ließen. Berücksichtigt wurden dabei insbesondere die Parameter Druck, Zeit und Temperatur, um eine geringstmögliche Schädigung der Weidengewebe im Prozess zu realisieren. Der Nachweis erfolgte mittels Mikroskopie und CT-Aufnahmen, sowie einer chemischen Analyse des Holzes. Des Weiteren wurde der entstandene Verbundwerkstoff hinsichtlich seiner quasi-statischen, zyklisch-dynamischen und dynamisch-schlagartigen Eigenschaften untersucht. Im Detail wurden Zug-, Druck- und 3-Punkt-Biegeversuche durchgeführt sowie die Eigenschaften im Durchstoß-, Impact- und Schlagbiegeversuch bestimmt. Die Zugversuche wurden außerdem durch digitale Bildkorrelation unterstützt und im Weiteren durch Ermüdungsversuche ergänzt. Zusätzlich wurden vor dem Hintergrund einer notwendigen Befestigung Lochleibungsversuche durchgeführt. Aufgrund des geplanten Einsatzes im Außenbereich wurde zusätzlich eine künstliche Bewitterung des Materials durchgeführt und deren Einflusses auf die mechanischen Eigenschaften analysiert. Basierend auf den im Rahmen der Bewitterung erzielten Ergebnisse wurde eine Additivierung der PP-Matrix mit UV-Stabilisatoren und Flammschutzmitteln durchgeführt und deren Beeinflussung der mechanischen Kennwerte überprüft. Zusätzlich erfolgte die Analyse der Brennbarkeit des Materials. Alle genannten Maßnahmen und Prüfungen konnten wie geplant durchgeführt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Verbunde gute mechanische Eigenschaften aufweisen, welche mit denen klassischer naturfaserverstärkter Thermoplaste vergleichbar sind. Die Witterungsstabilität konnte durch den Einsatz von UV-Stabilisatoren verbessert werden, die Abbrandgeschwindigkeit wurde durch den Einsatz des Flammschutz mittels verringert. Die Ergebnisse flossen in einen umfangreichen Entwurfsprozess für die Demonstratorfassaden ein, sodass am Ende des Vorhabens eine opake und eine transluzente Fassadengestaltung entwickelt und umgesetzt wurden. Parallel zum Projekt wurde ein Lastenheft erstellt, welches als Vorlage für eine zukünftige industrielle Umsetzung dienen kann und im Anhang zum Schlussbericht zu finden ist.