Mechanisms of failure in exterior wood coatings: Fid-Bau Portal

Mechanisms of failure in exterior wood coatings

Meijer, M. de

Beschichtungen an Holzbauteilen in Außenanwendungen versagen in Folge von Feuchte- und Temperaturänderungen durch Bildung von Rissen, Delamination und/oder Abblättern der Beschichtung. Da sich in der Fachliteratur nur wenig Hinweise auf eine Theorie des Versagens von Holzbeschichtungen finden, wird ein Modell für die Wechselwirkung der physikalischen Eigenschaften von Holz und Beschichtung vorgestellt. Spannungen innerhalb der Beschichtung entstehen durch die Volumenänderung nach der Trocknung sowie durch Temperatur (thermische Spannungen) und Materialfeuchteänderungen (hygroskopische Spannungen). Insbesondere die veränderte Elastizität der Beschichtung oberhalb oder unterhalb der Glasübergangstemperatur sowie feuchteabhängige Quellung bzw. Schwindung sind Ursache für Spannungen unter dem Einfluss der Bewitterung. Aufgrund der Jahrringstruktur des Holzes ändert dieses sein Volumen ebenfalls bei Feuchteänderung, wobei diese Volumenänderung abhängig von der Lage der Jahrringe (radial, tangential oder longitudinal) sowie holzartenspezifisch stattfindet und die größten hygrokopischen Spannungen am Übergang vom Frühholz zum Spätholz auftreten. Die Spannungen in der Beschichtung ergeben sich also aus einer Überlagerung aller Spannungen, solange die Beschichtung am Substrat haftet. Altert die Beschichtung, so erhöht sich deren Glasübergangstemperatur. Solange die Umgebungstemperatur darüber liegt, werden Spannungen durch die elastischere Phase abgebaut. Von der Relation der hygroskopischen Spannung, der Kohäsion innerhalb der Beschichtung und der Adhäsion zwischen dieser und dem Holzsubstrat hängt ab, ob die Beschichtung versagt und wenn ja, ob durch Rissbildung innerhalb der Schicht, gleichzeitigen Verlust der Adhäsion (Abblättern), großflächige Ablösung, Blasenbildung oder Rissbildung im Substrat jeweils unterhalb der intakten Beschichtung. Unter dem Einfluss von Temperatur und Feuchtetransport durch die Beschichtung können die Verhältnisse im Material sehr unterschiedlich sein. Für den Entwicklung von Beschichtungssystemen ergibt sich die Empfehlung, dass ihre Dimensionsänderungen von denen des Holzsubstrates um nicht mehr als 15 % abweichen sollten, ihr Elastizitätsmodul unabhängig vom Alter möglichst gering sein und die Nasshaftung sehr gut sein sollte.