Skip to main content
Top

2023 | OriginalPaper | Chapter

Investigation on the Bond Performance in Hybrid Wood-Plastic Components

Authors : Vicky Reichel, Werner Berlin, Tim Ossowski, Yvonne Phung, Klaus Dröder

Published in: Future Automotive Production Conference 2022

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Activate our intelligent search to find suitable subject content or patents.

search-config
loading …

Abstract

Sustainable resource and energy management are essential aspects for the change of industrial products and processes of the coming years. The demand for resource-saving and sustainable products is increasing in many production areas. As a renewable resource with a wide range of properties, bio-based materials, such as wood, play a key role in this context. For the development of sustainable, lightweight as well as load-bearing structural components, the use of wood veneer shows great potential. Due to the microscopic structure of wood as cellulose fibers embedded in a lignin matrix, it is comparable to the structure of fiber-reinforced plastic semi-finished products such as tapes or organo sheets. In order to be able to serve a similar field of application as plastic-based semi-finished products, however, the wood-based product must meet the requirements in terms of functionalization, mechanical properties and process integration during production. One way to meet the specific conditions is to combine layered wood veneers together with plastic applications by means of wood-plastic hybrid components. The resulting plywood serves the function of bearing the load, while the plastic structure, e.g. ribs, ensures a sufficient stiffness of the part. Its structural integrity is mainly determined by the bond strength of the wood-plastic interface. The bond strength in turn depends on the type of plastic used, on the conditioning of the plywood and on the process parameters during overmoulding. In the context of this work, the bond strength between beech wood-veneers and different plastics polypropylene is investigated. Therefore, rib specimens are manufactured in an overmoulding process with varying parameters. Afterwards, the bond strength is determined in a rib pull-off test and the influence of the variation parameters is investigated.

Dont have a licence yet? Then find out more about our products and how to get one now:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literature
1.
go back to reference Friedrich, K.: Carbon fiber reinforced thermoplastic composites for future automotive applications: AIP Conference Proceedings Friedrich, K.: Carbon fiber reinforced thermoplastic composites for future automotive applications: AIP Conference Proceedings
2.
go back to reference Bader, B., Türck, E., Vietor, T.: Multi material design. A current overview of the used potential in automotive industries. In: Dröder, K., Vietor, T. (eds.) Technologies for economical and functional lightweight design. Berlin, Heidelberg (2019) Bader, B., Türck, E., Vietor, T.: Multi material design. A current overview of the used potential in automotive industries. In: Dröder, K., Vietor, T. (eds.) Technologies for economical and functional lightweight design. Berlin, Heidelberg (2019)
3.
go back to reference Bader, B., Berlin, W., Demes, M.: Interdisciplinary research for the development and realization of a structural component in multi-material design suitable for mass scale production. In: Dröder, K., Vietor, T. (eds.) Technologies for economic and functional lightweight design. ZL, pp. 17–24. Springer, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-662-62924-6_2CrossRef Bader, B., Berlin, W., Demes, M.: Interdisciplinary research for the development and realization of a structural component in multi-material design suitable for mass scale production. In: Dröder, K., Vietor, T. (eds.) Technologies for economic and functional lightweight design. ZL, pp. 17–24. Springer, Heidelberg (2021). https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-662-62924-6_​2CrossRef
4.
go back to reference Spiegel, A., Wafzig, F., Giehl, S., Fehrenbacher, U.: Multi-Material-Systeme für Karosserie-Außenhautbauteile von Nutzfahrzeugen. ATZ Automobiltech. Z. 118(5), 46–51 (2016) Spiegel, A., Wafzig, F., Giehl, S., Fehrenbacher, U.: Multi-Material-Systeme für Karosserie-Außenhautbauteile von Nutzfahrzeugen. ATZ Automobiltech. Z. 118(5), 46–51 (2016)
5.
go back to reference Wambua, P., Ivens, J., Verpoest, I.: Natural fibres: can they replace glass in fibre reinforced plastics? Compos. Sci. Technol. 63(9), 1259–1264 (2003) Wambua, P., Ivens, J., Verpoest, I.: Natural fibres: can they replace glass in fibre reinforced plastics? Compos. Sci. Technol. 63(9), 1259–1264 (2003)
6.
go back to reference Babu, T.N., Shyam, S., Kaul, S., Prabha, D.R.: Natural fibre composites – an alternative to plastics in the automotive industry: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: J. Mater. Des. Appl. 236(2), 237–236 (2022) Babu, T.N., Shyam, S., Kaul, S., Prabha, D.R.: Natural fibre composites – an alternative to plastics in the automotive industry: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: J. Mater. Des. Appl. 236(2), 237–236 (2022)
7.
go back to reference Nunes, B., Bennett, D.: Green operations initiatives in the automotive industry. Benchmark. Int. J. 17(3), 396–420 (2010) Nunes, B., Bennett, D.: Green operations initiatives in the automotive industry. Benchmark. Int. J. 17(3), 396–420 (2010)
8.
go back to reference Bodig, J., Jayne, B.A.: Mechanics of wood and wood composites, Repr. Ed. Malabar, Fla. (1993) Bodig, J., Jayne, B.A.: Mechanics of wood and wood composites, Repr. Ed. Malabar, Fla. (1993)
9.
go back to reference Wagenführ, A.: Die strukturelle Anisotropie von Holz als Chance für technische Innovationen. Stuttgart (2008) Wagenführ, A.: Die strukturelle Anisotropie von Holz als Chance für technische Innovationen. Stuttgart (2008)
10.
go back to reference Böhm, S., Kohl, D.: Verbundprojekt: Holzformteile als Multi-Materialsysteme für den Einsatz im Fahrzeug-Rohbau, Akronym: HAMMER: Teilprojekt: Integration von holzbasierten Multimaterialsystemen in Fahrzeugstrukturen durch geeignete Fügetechnologien und in Rohbaufertigungen durch geeignete Prozessketten: Schlussbericht zum Vorhaben: Laufzeit: 01.04.2012 bis 30.04.2016 (2016) Böhm, S., Kohl, D.: Verbundprojekt: Holzformteile als Multi-Materialsysteme für den Einsatz im Fahrzeug-Rohbau, Akronym: HAMMER: Teilprojekt: Integration von holzbasierten Multimaterialsystemen in Fahrzeugstrukturen durch geeignete Fügetechnologien und in Rohbaufertigungen durch geeignete Prozessketten: Schlussbericht zum Vorhaben: Laufzeit: 01.04.2012 bis 30.04.2016 (2016)
11.
go back to reference Zerbst, J. D.: Entwicklung einer virtuellen Prozesskette zur rechnergestützten Simulation der Umformung von textilkaschierten Holzoberflächen dekorativer Bauteile im Fahrzeug-Innenraum, Dissertation. Dresden (2022) Zerbst, J. D.: Entwicklung einer virtuellen Prozesskette zur rechnergestützten Simulation der Umformung von textilkaschierten Holzoberflächen dekorativer Bauteile im Fahrzeug-Innenraum, Dissertation. Dresden (2022)
12.
go back to reference Reichel, V., Berlin, W., Rothe, F., Beuscher, J., Dröder, K.: Study on one-shot process for wood-based composites (2020) Reichel, V., Berlin, W., Rothe, F., Beuscher, J., Dröder, K.: Study on one-shot process for wood-based composites (2020)
13.
go back to reference Dipl.-Geogr. Dominik Vogt, Dipl.-Phys. Michael Karus, Dipl.-Ök. Sven Ortmann, Dipl.-Ing. Christin Schmidt, Dipl.-Gwl. Christian Gahle: Studie Wood-Plastic-Composites (WPC) Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe. Märkte in Nordamerika, Japan und Europa mit Schwerpunkt auf Deutschland Technische Eigenschaften – Anwendungsgebiete Preise – Märkte – Akteure (2006) Dipl.-Geogr. Dominik Vogt, Dipl.-Phys. Michael Karus, Dipl.-Ök. Sven Ortmann, Dipl.-Ing. Christin Schmidt, Dipl.-Gwl. Christian Gahle: Studie Wood-Plastic-Composites (WPC) Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe. Märkte in Nordamerika, Japan und Europa mit Schwerpunkt auf Deutschland Technische Eigenschaften – Anwendungsgebiete Preise – Märkte – Akteure (2006)
14.
go back to reference Klyosov, A.A.: Wood-plastic composites (2007) Klyosov, A.A.: Wood-plastic composites (2007)
15.
go back to reference Enzensberger, W.: Moderne Beschichtungsverfahren für Holzwerkstoffplatten. Holz als Roh- und Werkstoff 27(12), 441–63 (1969) Enzensberger, W.: Moderne Beschichtungsverfahren für Holzwerkstoffplatten. Holz als Roh- und Werkstoff 27(12), 441–63 (1969)
16.
go back to reference Müller, U., Feist, F., Jost, T.: Holzverbundwerkstoffe im Automobilbau der Zu- kunft? – Crashtests und Simulation von Holzwerkstoffen vorausgesetzt! Müller, U., Feist, F., Jost, T.: Holzverbundwerkstoffe im Automobilbau der Zu- kunft? – Crashtests und Simulation von Holzwerkstoffen vorausgesetzt!
17.
go back to reference Bäder, E., Koert, H.: Holz+ Kunststoff= Polymerholz. Moderne Holzverarb. 4(68), 226 (1968) Bäder, E., Koert, H.: Holz+ Kunststoff= Polymerholz. Moderne Holzverarb. 4(68), 226 (1968)
18.
go back to reference Boehme, C., Hilbert, T.: Formaldehydfrei verleimte Spanplatten, hergestellt mit PVAC-Klebstoffen (Thermoplast-Klebstoffen). Holz Roh- Werkstoff 46(6), 232 (1988) Boehme, C., Hilbert, T.: Formaldehydfrei verleimte Spanplatten, hergestellt mit PVAC-Klebstoffen (Thermoplast-Klebstoffen). Holz Roh- Werkstoff 46(6), 232 (1988)
19.
go back to reference Buchelt, B., Siegel, C., Wagenführ, A., Nendel, W.: Veneer prepreg - biobased prepregs for thermoplastic processing methods. J. Plast. Technol. 11(6), 356–374 (2015) Buchelt, B., Siegel, C., Wagenführ, A., Nendel, W.: Veneer prepreg - biobased prepregs for thermoplastic processing methods. J. Plast. Technol. 11(6), 356–374 (2015)
20.
go back to reference Klemt, C.: Verfahrensentwicklung zur Einbringung endlosfaserverstärkter Thermoplaste in metallische Strukturen mittels Patchen, Dissertation. Dresden (2016) Klemt, C.: Verfahrensentwicklung zur Einbringung endlosfaserverstärkter Thermoplaste in metallische Strukturen mittels Patchen, Dissertation. Dresden (2016)
21.
go back to reference Stadlmann, A., Veigel, S., Dornik, F., Pramreiter, M., Steiner, G., Müller, U.: Bond strength of different wood-plastic hybrid components prepared through Back injection moulding. BioResources 15(1), 1050–1061 (2020) Stadlmann, A., Veigel, S., Dornik, F., Pramreiter, M., Steiner, G., Müller, U.: Bond strength of different wood-plastic hybrid components prepared through Back injection moulding. BioResources 15(1), 1050–1061 (2020)
22.
go back to reference Kuusipalo, J.: Plastic coating of plywood using extrusion technique. Silva Fennica 35(1), 103–110 (2001) Kuusipalo, J.: Plastic coating of plywood using extrusion technique. Silva Fennica 35(1), 103–110 (2001)
23.
go back to reference Reichel, V., Berlin, W., Rothe, F., Beuscher, J., Dröder, K.: Study of shear-cutting mechanisms on wood veneer. Forests 11(6), 703 (2020) Reichel, V., Berlin, W., Rothe, F., Beuscher, J., Dröder, K.: Study of shear-cutting mechanisms on wood veneer. Forests 11(6), 703 (2020)
24.
go back to reference Rowell, R.M., Pettersen, R., Han, J.S., Rowell, J.S., Tshabalala, M.A.: Cell wall chemistry. Handbook of wood chemistry and wood composites 2, 33–72 (2005) Rowell, R.M., Pettersen, R., Han, J.S., Rowell, J.S., Tshabalala, M.A.: Cell wall chemistry. Handbook of wood chemistry and wood composites 2, 33–72 (2005)
25.
go back to reference Bertoniere, N.R., Zeronian, S.H.: Chemical characterization of cellulose (1987) Bertoniere, N.R., Zeronian, S.H.: Chemical characterization of cellulose (1987)
26.
go back to reference Maréchal, Y., Chanzy, H.: The hydrogen bond network in I β cellulose as observed by infrared spectrometry. J Mol. Struct. 523(1–3), 183–196 (2000) Maréchal, Y., Chanzy, H.: The hydrogen bond network in I β cellulose as observed by infrared spectrometry. J Mol. Struct. 523(1–3), 183–196 (2000)
27.
go back to reference Rezaee Niaraki, P., Krause, A.: Correlation between physical bonding and mechanical properties of wood–plastic composites: Part 2: Effect of thermodynamic factors on interfacial bonding at wood–polymer interface. J. Adhes. Sci. Technol. 34(7), 756–768 (2020) Rezaee Niaraki, P., Krause, A.: Correlation between physical bonding and mechanical properties of wood–plastic composites: Part 2: Effect of thermodynamic factors on interfacial bonding at wood–polymer interface. J. Adhes. Sci. Technol. 34(7), 756–768 (2020)
28.
go back to reference Osswald, T., Rudolph, N.: Polymer rheology. Fundamentals and applications. Munich (2014) Osswald, T., Rudolph, N.: Polymer rheology. Fundamentals and applications. Munich (2014)
29.
go back to reference Whiteley, K.S., Heggs, T.G., Koch, H., Mawer, R.L., Immel, W.: Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Chichester (2010) Whiteley, K.S., Heggs, T.G., Koch, H., Mawer, R.L., Immel, W.: Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Chichester (2010)
30.
go back to reference Maier, R.D., Schiller, M.: Handbuch Kunststoff-Additive, 4., completely new revised edn. München (2016) Maier, R.D., Schiller, M.: Handbuch Kunststoff-Additive, 4., completely new revised edn. München (2016)
31.
go back to reference Takase, S., Shiraishi, N.: Studies on composites from wood and polypropylenes. II. J Appl Polym Sci 37(3), 645–59 (1989) Takase, S., Shiraishi, N.: Studies on composites from wood and polypropylenes. II. J Appl Polym Sci 37(3), 645–59 (1989)
32.
go back to reference Bastian, M., Radovanovic, I.: Einfluss der Haftvermittler. Kunststoffe 8, 49–53 (2005) Bastian, M., Radovanovic, I.: Einfluss der Haftvermittler. Kunststoffe 8, 49–53 (2005)
33.
go back to reference Erdmann, M.: Entwicklung innovativer Compatibilizer-Systeme für Polypropylen-Nanocomposites auf der Basis organophiler Schichtsilikate. Berlin (2009) Erdmann, M.: Entwicklung innovativer Compatibilizer-Systeme für Polypropylen-Nanocomposites auf der Basis organophiler Schichtsilikate. Berlin (2009)
34.
go back to reference Niemz, P., Sonderegger, W.U.: Holzphysik. Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, München (2017)CrossRef Niemz, P., Sonderegger, W.U.: Holzphysik. Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, München (2017)CrossRef
35.
go back to reference Wagenführ, A., Scholz, F. (eds.): Taschenbuch der Holztechnik. München (2018) Wagenführ, A., Scholz, F. (eds.): Taschenbuch der Holztechnik. München (2018)
37.
go back to reference Barth, S., Hartmann, M., Rudolph, M., Karlinger, P., Michanickl, A., Schemme, M.: Zusammen Massnehmen - Verfahrensenticklung zum Hinterspritzen von Holzfurnieren am Beispiel eines Zillstocks. In: Kunststoffe (2016) 7 Barth, S., Hartmann, M., Rudolph, M., Karlinger, P., Michanickl, A., Schemme, M.: Zusammen Massnehmen - Verfahrensenticklung zum Hinterspritzen von Holzfurnieren am Beispiel eines Zillstocks. In: Kunststoffe (2016) 7
Metadata
Title
Investigation on the Bond Performance in Hybrid Wood-Plastic Components
Authors
Vicky Reichel
Werner Berlin
Tim Ossowski
Yvonne Phung
Klaus Dröder
Copyright Year
2023
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-39928-3_10

Premium Partners