The purpose of the work is the determination of flexural properties for thebiocomposite Durapulp. The study includes laborative tests on Durapulp andreference materials, commonly used in the building sector. Stiffness and strength of Durapulp show that it has the potential as a replacement for conventional wood-based materials.

Es wird die Bauteilentwicklung für ein Rad aus WPC (Wood Polymer Composite) vorgestellt. Das Rad ist der Demonstrator für eine WPC-Radbauweise zur Anwendung in der Intralogistik. Das Rad hat eine Lastgrenze von 150kg. Es werden statisch-mechanische Untersuchungen zu verschiedenen Materialrezepturen und Radkonstruktionen vorgestellt. Ergänzend werden tribologische Versuche von ausgewählten Rädern dargestellt, um die Praxistauglichkeit des Demonstrators und der Bauweise abzuschätzen. / A component- and material development for a wheel made from WPC (Wood Polymer Composite) is presented. The wheel is the demonstrator for a WPC-wheel design for the use in the intralogistics. The wheel has a load limit of 150kg. Staticmechanical investigations of different material compositions and wheel designs are presented. Tribological investigations of selected wheels are shown, to give an estimation of the prototype’s usability and the effectiveness of the general wheel design.

Es werden die tribologische Eigenschaften von extrudierten WPC, gefüllt mit 70 mass.% ver-schiedener Holzarten, welche in einer PP-Matrix verarbeitet wurden charakterisiert. Weiterhin werden Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Lager- und Umgebungsmedien auf die mechanischen Eigenschaften von WPC mit PP- und PE-Matrix bei einem Füllgrad von 30 bis 50 mass% vorgestellt. Auf Basis beider Untersuchungen wird eine Einschätzung der Dauergebrauchsfähigkeit von WPC für den Einsatz als Maschinenbaukomponente vorgenommen. / The tribological properties of extruded WPC are destined. The WPC was filled with 70 mass.% of various types of wood, which were processed in aPP matrix. Furthermore the influences of the environmental andvarious storage conditions with focus on the mechanical properties of WPC are examined. These specimens were made with a filling ratio of 30-50 mass % wood in a PP- and PE -Matrix. Based on this both studies, the serviceability and long term usability of WPC for the use as a functional machine element is investigated.

Extrusionsprofile aus hochgefüllten Holz-Polymer-Werkstoffen sind u. a. wegen ihres vorteilhaften tribologischen Verhaltens in der Fördertechnik interessant. Sie besitzen das Potential kunststoffbasierte Gleitleisten und aluminiumbasierte Gestellprofile zu substituieren. Für deren Anwendung in der Baugruppe und als Anbauteil in fördertechnischen Anlagen sind Direktverschraubungen und Quergewindebolzen-Steckschraubverbindungen als vorgespannte Einschraubverbindungen relevant. Für das Verschrauben von WPC-Bauteilen mittels Einschraubverbindungen fehlen bislang konstruktive Gestaltungsempfehlungen und Montagehinweise, um die sichere Gebrauchstauglichkeit zu gewährleisten. Hier knüpft die Zielstellung dieser Arbeit an. Im Grundlagenteil werden werkstofftypische Einflussfaktoren von WPC beschrieben und relevante Einschraubverbindungen branchenübergreifend vorgestellt. Mittels Montageversuche und Schraubenauszugversuche werden in dieser Arbeit die vorteilhaften konstruktiven Parameter beider Einschraubverbindungen herausgearbeitet. Für die Direktverschraubung sind das die Gewindegeometrie, der Kernlochdurchmesser die Einschraublänge sowie die Bauteildimension. Für die QGB-Steckschraubverbindung sind es der Bolzendurchmesser, die Eindringtiefe und die Bauteildimension. Hierbei werden die Einflüsse der Einschraubrichtung, des WPC-Werkstoffes und die Feuchtigkeitsaufnahme mit berücksichtigt. Auf Basis der erarbeiteten konstruktiven Verbindungsparameter wird der Verlust der Vorspannkraft beider Schraubverbindungen in Langzeitversuchen abgebildet. Dabei fließen zwei Klimaszenarien in diese Messung mit ein. Abschließend wird mit dem Nachziehen der Schraubverbindung eine Montagestrategie aufgezeigt, den Vorspannkraftverlust in der Schraubverbindung von WPC zu reduzieren.

As additive manufacturing gains market potential as a mainstream process in various sectors of industry, there is a growing need for addressing environmental aspects of this technology and the materials associated with it. In this master thesis, comparative life cycle assessments (LCAs) from cradle to grave between the conventional products and 3D-printed alternatives made of wood-plastic composite (WPC) were conducted based on the ISO 14044:2006 standard. Environmental impacts of each product were quantified for 10 impact categories. The goal of the LCAs was to determine whether the use of the 3D-printed WPC products may suggest a sustainable alternative to the conventional ones. This master thesis presents three case studies in which comparative LCAs were carried out. The first two case studies are about storage compartments for trucks from Scania, and the third one is about ceiling boards from Veidekke. The results showed that,  in  all  case  studies,  the  3D-printed  WPC alternatives  would  have smaller environmental   impacts   compared   with   the   conventional   products. The   most significant difference was observed in the first two case studies because of the light- weighting effect. The alternatives showed 51%, 68% and 13% lower global warming potential  (GWP)  than  the conventional  products  in  each  case study,  respectively. However, the results of the cradle-to-gate LCAs suggested that the 3D-printed WPC alternative might cause greater environmental impact than the conventional products regarding some impact categories. Therefore, in the LCA context, the 3D-printed WPC alternatives would be much more beneficial to the environment compared with the conventional products, but theenvironmental benefits might be insignificant from the manufacturer’s perspective. / Eftersom   additive   tillverkningsteknik   ökar   marknadspotentialen   som   en vanlig process  inom  olika  industrisektorer,  finns  det  ett  växande  behov av att ta  itu  med miljöaspekterna av denna teknik och de material som är associerade med den. I detta examensarbete avhandling genomfördes jämförande livscykelanalys (LCA) från vagga till   grav   mellan   de konventionella   produkterna   och   3D-printade   alternativ   av träplastkomposit (WPC) baserat på ISO 14044: 2006-standarden. Miljöpåverkan av varje produkt kvantifierades för 10 miljöeffekter. Målet med LCA var att avgöra om användningen av de 3D-printade WPC-produkterna kan vara ett hållbart alternativ till de konventionella. Denna avhandling presenterar tre fallstudier där jämförande LCA utfördes. De två första fallstudierna handlar om förvaringsutrymmen för lastbilar från Scania, och den tredje om takskivor från Veidekke. Resultaten visade att de 3D- printade WPC- alternativen   i   alla   fallstudier   skulle   ha   mindre   miljöpåverkan   jämfört   med konventionella  produkter.  Den  mest signifikanta  skillnaden observerades  i  de  två första  fallstudierna  på  grund av  den  lägre  vikte viktningseffekten.  Alternativen visade   51%,   68%   och   13%   lägre   global uppvärmningspotential   (GWP)   än   de konventionella produkterna i respektive fallstudie. Emellertid föreslog resultaten av vaggan-till-grind-LCA   att   det   3D-printade   WPC-alternativet   kan   orsaka   större miljöpåverkan än de konventionella produkterna avseende vissa miljöeffekter. Därför,   i   LCA-sammanhang,   skulle   de   3D-printade   WPC-alternativen   vara mycket  mer  fördelaktiga  för  miljön  jämfört  med  konventionella produkter, men miljöfördelarna kan vara obetydliga ur tillverkarens perspektiv.

Aufbauend auf Forschungsarbeiten mit einer Hybridstruktur aus Aluminium und WPC (Wood Polymer Composite) werden die wichtigsten Entwicklungsschritte zur Synthese eines kompletten Tragprofils aus WPC vorgestellt. Dieses Tragprofil ist für den Einsatz in Hängefördersystemen vorgesehen. / Based on research with an sectional beam in hybrid design made from aluminium and WPC (Wood Polymer Composite), the important steps for developing a fully implemented sectional WPC-beam are presented. This sectional beam is intended for the use in an overhead conveying system.

Im Projekt wurden lösbare Verbindungstechniken für hochgefüllte Holz-Polymer-Werkstoffe für das statisch-dynamische Belastungskollektiv des Maschinenbaus erarbeitet. Im Fokus der Untersuchungen standen vorgespannte Schraubverbindungen in den konstruktiven Ausführungen als Durchsteckschraubverbindung und Einschraubverbindungen. Die Direktverschraubung und die Quergewindebolzen-Steckschraubverbindung wurden aus technisch-wirtschaftlicher Sicht für den Werkstoff als Sonderverfahren der Einschraubverbindung favorisiert. Für die benannten Verschraubungsarten wurden Montageempfehlungen, Grenzlastbereiche und Einflussfaktoren der Verbindungen unter Berücksichtigung des Werkstoffes erarbeitet. Abschließend wurden die erarbeiteten Kenntnisse zu lösbaren Verbindungstechniken auf einen Demonstrator in der Fördertechnik übertragen. / In the project removable connection methods for high filled wood polymer composites for static and dynamic loads were worked out. The focuses of studies were pre-stressed screw connections in a constructive style as push-through screw connection and screw in connection. On the basis of the material and the technical-economic reasons the 'direct-screw-connection' and 'cross-threaded bolt plug-in screw connection' were favored as a special method of the screw-in connection. Installation recommendations, limit load ranges and influencing factors of the connections based on the material were compiled for the named types of bolting. Finally the compiled knowledges of the removable connections were transferred into demonstrator for conveying systems.

Aufbauend auf Forschungsarbeiten mit einer Hybridstruktur aus Aluminium und WPC (Wood Polymer Composite) werden die wichtigsten Entwicklungsschritte zur Synthese eines kompletten Tragprofils aus WPC vorgestellt. Dieses Tragprofil ist für den Einsatz in Hängefördersystemen vorgesehen. / Based on research with an sectional beam in hybrid design made from aluminium and WPC (Wood Polymer Composite), the important steps for developing a fully implemented sectional WPC-beam are presented. This sectional beam is intended for the use in an overhead conveying system.

Dans cette étude, les propriétés mécanique et la microstructure du polyéthylène à haute densité (PEHD)/ fibres de bois (Pinmaritime) ont été caractérisés. Le comportement en traction et en flexion 4 points de composites fibres de bois/polyéthylène(WPC) avec et sans additif a été étudié en utilisant des mesures de champs par stéréo-corrélation d’image numériques. Nousavons tout d’abord comparé les mesures de déformation longitudinale par stéréo-corrélation d’image à celles mesurées parextensométrie mécanique au cours d’un essai de traction simple uni-axial. Les valeurs de déformation macroscopiquemesurées sont comparables à celles obtenues par extensométrie mécanique classique. Quatre formulations ont été testées(avec ou sans l'additif et avec 10% ou 30% de bois) au travers des essais de traction et flexion 4 points en utilisant laméthode par stéréo-corrélation d’image. Nous avons pu ainsi corréler la visualisation combinée des images enregistrées parles caméras au comportement mécanique ainsi qu’aux modifications des surfaces des composites. Les résultats ont montréque les singularités au niveau de la surface des échantillons ainsi que la présence des fibres de bois (dans les proportionsutilisées durant nos essais) n’ont pas d’effets sur la qualité du composite. La stéréo corrélation d’images nous permet d’avoirune information précise sur le cisaillement tant d’un point de vue quantitatif que qualitatif. L’essai cyclique a été utilisé pouranalyser l’endommagement du composite. Les courbes en traction et flexion ont montré un comportement global non linéaire. Le module d’élasticité (MOE) est évalué par la tangente à l’origine d’un modèle de Maxwell-Binhgam ajusté paroptimisation sur les courbes expérimentales. Les cartographies fausses couleurs du champ de déformation du WPC ont étéprésentées. D’autre part, on a analysé le comportement endommageable et le degré d’hétérogénéité pour différentspourcentages de bois à l’aide des valeurs de l’écart type spatial du champ de déformation longitudinale. Par cette technique,nous avons également pu étudier les propriétés mécaniques en traction et en compression à partir d’un essai de flexion 4points. Le second objectif était d’améliorer la performance des liaisons entre les fibres de bois hydrophiles polaires et lamatrice plastique de PEHD hydrophobe non polaire. Pour cette raison, la fibre de bois a été traitée par anhydride maléique depolyéthylène (MAPE) (greffage par copolymérisation) et acétylée (greffage de chaine de carbone). Dans cette partie, nousavons étudié l’effet de MAPE ainsi que la longueur de la chaine de carbone greffée sur les propriétés mécaniques du WPC.Par ailleurs, nous avons pu observer et caractériser la morphologie à l’interface fibre de bois/HDPE du WPC greffé enutilisant un microscope électronique à balayage (MEB). / Firstly we have compared longitudinal strenght obtained by stereo correlation with mechanical extensometer forthe same tests. It is shown that macroscopic values of the longitudinal strain are closed to those measured bymechanical extensometers using standard mechanical tests. Four injected WPC formulations (with or withoutadditive and with 10% or 30% of wood) are consider. WPC surface particularities and wood fibers distributionon samples have no effect on WPC mechanical performances. Also 3D digital image correlation givesinformations on Tensile performances (from quality and quantity point of view). Cyclic tensile tests have beenperformed in order to analyse the damage of material. A non-linear behaviour is shown. The Modulus ofElasticity (MOE) is provided by a Maxwell-Bingham model fitted to the experimental tensile curves. Color mapsof the spatial strain distribution are commented. Moreover, the damage behaviour and the degree ofheterogeneity for several percentages of fibre wood-based WPC are analysed thanks to the spatial standarddeviation of the longitudinal strain field. With this technology it was possible to study of the mechanicalproperties in tensile and compression during four bending test. The second objective was to improve the linkbetween PEHD matrix and wood fibres because of the incompatibility between the polar hydrophilic wood fibresand the non-polar hydrophobic polyethylene. For this reason, the wood fibre was treated by maleic polyethyleneanhydride (MAPE) (grafting by copolymerization) and was acetylated (grafting of carbon chain). In this part, theeffect on the mechanical properties, of maleic anhydride modified polyethylene (MAPE) and of the length of thecarbon chain graft (CCG) between a (HDPE) matrix and wood fiber is studied. Furthermore, Scanning ElectronMicroscope (SEM) is used to characterize the morphology of the wood fibre / HDPE matrix interface forspecimens with carbon chain grafted.

Das Forschungsvorhaben liefert einen Beitrag zum Schweißen von Gleich- und Mischmaterialverbindungen aus Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) sowie deren Verarbeitung im Compoundieren und Spritzguss. Es wurde holzfasergefülltes (WPC) und flachsfasergefülltes (FFC) Polypropylen (PP) mit unterschiedlichen Füllgraden verwendet. Der Einsatz synthetisch-organsicher Fasern (PET-Fasern) im Compound zielte darauf ab, besonders die Schlagzähigkeit zu verbessern. Im Bereich des Urformens wurden Aussagen zur Verarbeitbarkeit, zu rezepturabhängigen Kurz- und Langzeiteigenschaften sowie Aussagen zur Dauergebrauchsfähigkeit erarbeitet. Die Anwendbarkeit der Fügeverfahren Heizelement- (HE-Schweißen) und Vibrationsschweißen (VIB-Schweißen) konnte für Gleich- und Mischmaterialverbindungen sowohl ohne als auch mit angepasster Energieeinbringung nachgewiesen werden. In diesem Zusammenhang können Aussagen zur Rezepturabhängigkeit, Verfahrensführung, Parameterauswahl, Prüfkriterien sowie den technischen Grenzen der Schweißverbindung unter kurzzeitmechanischer Beanspruchung getroffen werden. Weiterhin wird ein Beitrag zur Dauergebrauchsfähigkeit unter UV-Globalbewitterung und thermischer Alterung sowie zu langzeitmechanischen Eigenschaften von NFK-Schweißverbindungen geliefert.