mini|MDF-Platten
Die mitteldichte Holzfaserplatte oder mitteldichte Faserplatte, kurz MDF-Platte, ist ein Holzwerkstoff aus dem Bereich der Faserplatten. Das Produkt wurde in den USA erfunden und fand in Europa Ende der 1980er-Jahre eine größere Verbreitung. Der Verwendungsbereich ähnelt dem von Spanplatten.
Fein zerfasertes, hauptsächlich rindenfreies Nadelholz wird zu einem in Längs- und Querrichtung gleichermaßen homogenen Holzwerkstoff verpresst. Die Kanten sind glatt und fest und können ohne besonderen Anleimer profiliert werden. Im Handel sind Dicken von 2 mm bis 60 mm mit Dichten von 600 kg/m³ bis 1000 kg/m³ erhältlich. MDF-Platten besitzen in alle Richtungen ähnliche Quell- und Schwundeigenschaften, haben aber eine wesentlich geringere Festigkeit als Vollholz.
Ähnlich ist die HDF-Platte, wobei das Kürzel HDF für High Density Fiberboard steht (hochdichte Faserplatte). Im Vergleich zur MDF-Platte kommt sie bei gleicher Leistung mit geringeren Materialstärken aus.
Durch den geringen Bindemittelanteil (im Vergleich zu harzgetränkten Holzwerkstoffplatten wie Kunstharzpressholz) sind gewöhnliche MDF-Platten hygroskopisch und reagieren auf erhöhte Luftfeuchtigkeit. Bei direktem Kontakt mit Wasser quellen sie stark auf.
Zusammensetzung Je nach Verwendungszweck werden MDF-Platten mit Zusatzstoffen behandelt. Folgende Angaben sind in etwa für eine MDF-Möbelplatte, die entsprechend der Emissionsklasse E1 mit einem Harnstoff-Formaldehyd-Leim (UF-Leim) hergestellt wurde, gültig: 80 bis 83 Prozent Holz, 9 bis 10,5 Prozent Leim, 0,5 bis 2,5 Prozent Zusatzstoffe und 6 bis 8 Prozent Wasser.
Holz Verschiedene Holzarten werden verwendet, neben den Klassikern Kiefer, Fichte und Buche sind es inzwischen auch Eucalyptus, Birke, Pappel, Akazie und viele mehr. Entscheidend ist eher der Preis der Holzsorten als deren Eignung für eine optimale Produktion.
Klebstoffe Zumeist werden Harnstoff-Formaldehyd-Harze (Harnstoffharze, Urea-Formaldehyde UF) zur Beleimung eingesetzt. Diese Harze können mit Melamin oder Phenol verstärkt sein, um die Feuchtebeständigkeit der Leimverbindung zu verbessern. Nur in seltenen Fällen werden Isocyanate (Polymeres Diphenylmethandiisocyanat – PMDI) als Leimsystem eingesetzt. In neueren UF-Leimsystemen wird der molare Anteil an Formaldehyd gegenüber dem Harnstoff immer weiter reduziert, um die gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Formaldehydemissionen von Holzwerkstoffen (Klasse E1, E2 in Europa (PDF; 485 kB), CARB in den USACARB-Fact Sheet (englisch; PDF; 41 kB) bzw. F**** („F-4-Star“) in Japan) einhalten zu können.
Zusatzstoffe Zusatzstoffe werden aus unterschiedlichen Gründen eingesetzt. Paraffin, das den größten Anteil der Zusatzstoffe ausmacht, wird in Form von Schmelzwachs oder Paraffinemulsion eingesetzt, um die Quelleigenschaften der Platte zu verbessern. Harnstoff wird zum Teil bei den klassischen Formaldehydleimen als Fänger eingesetzt, um die Formaldehydemissionen der Platte zu reduzieren. Ammoniumsulfat oder auch Ammoniumnitrat werden als Härter für eine schnellere Abbindung von Formaldehydleimen eingesetzt. Farben werden häufig zur Kennzeichnung besonderer Eigenschaften wie Quellvergütung oder Brandschutzvergütung zugesetzt, können jedoch ebenso aus dekorativen Gründen in Form einer vollständigen Durchfärbung eingesetzt werden. Bei Bedarf kommen weitere Chemikalien zum Einsatz, welche aufgrund der Kosten nur bei Erfordernis eingesetzt werden.
Fungizide oder Insektizide werden zum Teil eingesetzt, um die MDF-Platten gegen Insekten- oder Pilzbefall zu schützen. Hierfür kommen zumeist chrom- oder borhaltige Chemikalien zum Einsatz. Durch andere Zusatzstoffe behandelte MDF genügen in Deutschland den Baustoffklasse B1 nach DIN 4102 Teil 4 und gelten als schwer entflammbar. Daneben können zahlreiche weitere Zusatzstoffe zur Anwendung kommen.
Herstellung Für die Herstellung von Faserplatten wird das Holz zunächst zerfasert, beleimt und anschließend zu Platten gepresst.
Aufbereitung Als Rohstoffe für die Holzfaserherstellung werden überwiegend Rundholz (Stammholz), Hackschnitzel, Schwarten und in geringerem Maße Altholz, Restrollen der Schälfurnierherstellung, Furnierreste und Sägespäne verwendet.
Hackschnitzelerzeugung Rundholz wird in den meisten Fällen entrindet und in Scheibenhackern oder wie auch die Schwarten oder Altholz in Trommelhackern zu Hackschnitzeln zerkleinert. Die Hackschnitzel werden vor der Weiterverarbeitung zunächst sortiert (gesiebt) und zumeist nass oder trocken von Sand und Steinen gereinigt. Rindenabfälle und Holzabfälle werden zumeist zwischengelagert und später zur thermischen Energieerzeugung in der Anlage genutzt.
Hackschnitzellagerung Ein Lager für die erzeugten Hackschnitzel ist erforderlich, um eine kontinuierliche Versorgung der Produktionsanlage mit Holz zu gewährleisten. Die Größe des Lagers ist abhängig von der zu erwartenden Dauer der Zufuhrunterbrechung von der Hackschnitzelerzeugung. Unterbrechungen können z. B. durch Messerwechsel am Hacker entstehen, Verbote zur Hackschnitzelerzeugung aufgrund von Lärmemissionen in der Nacht, an Wochenenden und so weiter. Die Hackschnitzel können entweder automatisch über Schnecken oder Schubbodenanlagen oder aber mit Fahrzeugen aus dem Lager entnommen und dem nachgeschalteten Prozess zugeführt werden.
Faserherstellung Reinigung In vielen Anlagen werden die Hackschnitzel von Fremdstoffen gereinigt, indem sie einer maschinellen Reinigung zugeführt werden. Hierbei unterscheidet man die „Trockenreinigung“ von der „Nassreinigung“. In der Trockenreinigung werden die Hackschnitzel mit Hilfe von Luft von Schwerkörpern befreit. In der Nassreinigung erfolgt die Trennung von Steinen, Sand und Metallen von den Hackschnitzeln in Wasser.
Zerfaserung Anschließend gelangen die Hackschnitzel zur hydrothermischen Vorbehandlung in einen Vordämpfbehälter, wo sie drucklos und unter einer Temperatur von bis zu 100 °C „vorgedämpft“ werden. Durch diese Behandlung werden die Mittellamellen der Holzzellen erweicht, was die Kompressionsfähigkeit der Hackschnitzel und auch später die Zerfaserung begünstigt. In den Kocher gelangen die teilweise plastifizierten Hackschnitzel über den Vibrationsaustragsboden und über die Stopfschnecke. An dieser Stelle werden meist auch erst die Sägespäne in den Prozess gegeben. Die Steigung der Schneckenwendel verringert sich kontinuierlich, wodurch sie die Hackschnitzel zu einem relativ druckdichten Pfropfen komprimiert. Hierbei wird das sogenannte Quetschwasser aus den Hackschnitzeln gepresst. Mit diesem Pfropfen findet die Abdichtung zum Kocher statt. Hier werden die Hackschnitzel bei einem Dampfdruck (je nach Holzart und Anforderung an die Fasern) zwischen 6 und 10 bar „gekocht“. Im Kocher bleiben die Hackschnitzel etwa zwei bis vier Minuten, bevor sie durch eine Förderschnecke (Austragsschnecke) und über die Einspeiseschnecke in den Refiner (Zerfaserer) kommen.
Im Refiner rotieren relativ zueinander zwei gerillte Mahlscheiben mit einem geregelten Abstand von etwa 0,1 mm. Man unterscheidet zwischen Einscheibenrefinern mit nur einer drehenden Scheibe und Doppelscheibenrefinern, bei denen sich beide Scheiben drehen. Zwischen diese Scheiben gelangen die erweichten Hackschnitzel unter dem Druck der Förderschnecke und werden aufgemahlen. Der zerfaserte Stoff wird aus dem Refiner über ein regelbares „Blasventil“ durch die „Blasleitung“ herausgeblasen. Im Refiner befinden sich ebenfalls 6 bis 10 bar Dampfdruck. Der Dampf bildet das Transportmittel für die Fasern auf ihrem Weg durch die Blasleitung in den Trockner.
Trocknung mini|Stromrohrtrockner
Nach der Zerfaserung wird der Faserstoff – im Gegensatz zu Spänen – mit (zumeist direkt mit Rauchgasen oder Brennern beheizten) Stromtrocknern getrocknet. Der Faserstoff wird in den heißen Abgasstrom gegeben und bei der pneumatischen Förderung im Trocknungskanal getrocknet. Seltener werden auch andere Systeme mit indirekter Beheizung (Lufterwärmung über Dampf- oder Thermalöl-Wärmetauscher) eingesetzt. Am Ende wird der Faserstoff mit etwa 8 bis 12 Prozent Holzfeuchte (atro) in Zyklonen vom Luftstrom abgeschieden. Bei der Trockenbeleimung (s. u.) werden die Fasern bis auf ca. 2 Prozent (atro) getrocknet.
Beleimung Es werden drei Verfahren der Beleimung unterschieden: Mischerbeleimung ältestes Verfahren, führt jedoch zu „Leimflecken“, Blow-Line-Beleimung derzeit häufigstes Verfahren, keine Leimflecken, jedoch erhöhter Leimbedarf, Trockenbeleimung modernstes Verfahren, niedrigerer Leimbedarf, höhere Investitionen und höhere Betriebskosten.
Mischerbeleimung Nach dem Trocknen wird der Faserstoff in einem Bunker gesammelt und anschließend in einem Mischer beleimt. Die Leimflotte muss gleichmäßig unter die Fasern gemischt werden, wozu umlaufende Wellen mit Mischarmen, auch Paddel genannt, das Gut durchmischen, während der Leim entweder direkt durch die Außenwand in den Trog oder am Ende der Paddel eingegeben wird. Vor der Untermischung wird der Leim aufbereitet, indem in die Leimflotte gleichbleibende Anteile der verschiedenen Komponenten gegeben und vermischt werden. Das Leimsystem darf dabei noch nicht aushärten, sondern erst durch die Aktivierung unter der Hitze in der Presse vernetzen, weshalb auch gekühlte Mischer eingesetzt werden. Je nach System wird der beleimte Faserstoff nun noch einmal in einem erwärmten Luftstrom transportiert, um die mit dem Leim eingebrachte Zusatzfeuchte wieder abzutrocknen. Nach der Beleimung gelangt das Gemisch mit einer Faserstofffeuchte von 9 bis 11 Prozent zur Formstation.
Blow-Line-Beleimung Bei einer Blow-Line-Beleimung wird die Leimflotte direkt in der Blowline in den Faserstrom eingespritzt. Die leichte Aushärtung des Leimes an der Faseroberfläche und an der Leimtropfenoberfläche wird in Kauf genommen, da beim Pressen noch genügend flüssiges Material zur Verfügung steht. Dieses Verfahren führt zu einer sehr homogenen Leimverteilung. Allerdings wirkt sich die thermische Beanspruchung des Leimes im Trockner auf die „Restfestigkeit“ des Leimes aus, was letztlich zu einem höheren Leimverbrauch führt.
Trockenbeleimung Diese stellt das modernste Verfahren dar, ist jedoch bisher nur in wenigen Anlagen realisiert. Dabei wird der Leim auf die getrockneten Fasern durch extrem feines Verdüsen aufgebracht. Da der thermisch intensive Trocknungsprozess im Wesentlichen vor der Beleimung stattfindet, ist der Leimverbrauch deutlich geringer als bei der Blow-Line-Beleimung bei weitgehend homogener Leimverteilung. Auch bei diesem System ist eine Nachtrocknung erforderlich, um die mit dem Leim eingebrachte Feuchte zu reduzieren.
Fasersichtung In den meisten heutigen MDF-Anlagen werden die Fasern nach dem Trocknungsprozess oder – wenn vorhanden – erst nach der Nachbeleimung in einem Fasersichter nachgereinigt. Die Fasern werden in einen Luftstrom gegeben und entweder über Wirbelbildung, scharfe Umlenkungen, Prallsichtung, Steigluftsichtung oder einer Kombination mehrerer Effekte von Schwerteilen (Leimklumpen, Gummi, Metall usw.) weitestgehend befreit. Anschließend werden die Fasern erneut über Zyklonabscheider vom Luftstrom getrennt und der Formstation zugeführt.
Formung und Pressung mini|Mechanische Faser-Streumaschine
Streuung Die Streustation besteht aus einem Dosierbunker, einer Mattenstreuung und einer Mattenglättung. Die Mattenstreuung hat sich im Laufe der Entwicklung deutlich gewandelt. In den Anfängen der MDF-Produktion wurden noch viele Streustationen mit einer Vakuum-Streuung ausgerüstet. Später etablierten sich aufgrund geringerer elektrischer Leistung und homogenerer Abstreuung immer mehr die mechanischen Streuköpfe. Die mechanischen Streumaschinen wurden anfangs mit Abfräswalzen zur Mattenglättung ausgestattet, die nach dem Abstreuen überschüssiges Material absaugten. In den modernen Streumaschinen kann auf diese Absaugung verzichtet werden und die Fasermatte wird über mechanische Egalisierungen geglättet.
Formstraße