Standard testmetode ASTM D 7998-19 til udvikling af sammenhængende styrke af træklæbemidler
Summary
Vi præsenterer en procedure, ASTM D7998-19, for en hurtig og mere konsekvent evaluering af både tør og våd styrke af klæbende bindinger på træ. Metoden kan også bruges til at give information om styrkeudvikling som funktion af temperatur og tid eller styrkeretention op til 250 °C.
Abstract
Egenskaberne af hærdede træklæbemidler er vanskelige at studere på grund af tabet af vand og andre komponenter til træet, træets indflydelse på klæbemiddelhærdningen og virkningen af klæbemiddelindtrængning på træinterfasen; Således er normal test af en pæn klæbende film generelt ikke nyttig. De fleste test af træklæbende bindingsstyrke er langsomme, besværlige, kan påvirkes stærkt af træet og giver ikke information om hærdningens kinetik. Testmetode ASTM D 7998-19 kan dog bruges til hurtig evaluering af styrken af træbindinger. Brugen af en glat, ensartet og stærk træoverflade, som ahornfladfiner, og tilstrækkeligt bindingstryk reducerer vedhæftnings- og træstyrkeeffekterne på bindingsstyrken. Denne metode har tre hovedapplikationer. Den første er at levere konsistente data om udviklingen i bindingsstyrken. Den anden er at måle de tørre og våde styrker af bundne skødforskydningsprøver. Den tredje er bedre at forstå den klæbende varmebestandighed ved hurtigt at evaluere termisk følsomhed og skelne mellem termisk blødgøring og termisk nedbrydning.
Introduction
Træbinding er det største enkeltklæbemiddelmarked og har ført til effektiv udnyttelse af skovressourcer. I mange århundreder blev massivt træ brugt til de fleste applikationer, undtagen møbelkonstruktion, uden testkriterier undtagen produktets holdbarhed under brug. Imidlertid blev bundne træprodukter mere almindelige, begyndende med krydsfiner og limtræsbjælker ved hjælp af biobaserede klæbemidler 1,2. Selvom disse produkter var tilfredsstillende på det tidspunkt, førte udskiftningen af soja, kasein og blodlim med syntetiske klæbemidler indeholdende formaldehyd til forbedrede egenskaber. Den højere ydeevne af disse nye klæbemidler førte til definerede teststandarder med højere præstationsforventninger end opnåeligt med de fleste biobaserede klæbemidler. De syntetiske klæbemidler muliggjorde også limning af partikler, herunder savsmuld til dannelse af spånplader, fibre til dannelse af fiberplader med varierende tætheder, flis til at give orienteret strandbræt og parallelt strengtømmer, finér til at give krydsfiner og lamineret finertømmer samt fingerfuget tømmer, limtræ, krydslamineret tømmer og træ I-bjælker3. Hvert af disse produkter har deres egne testkriterier4. Således kan udviklingen af et nyt klæbemiddel kræve meget formuleringsarbejde og omfattende test for at afgøre, om der er potentiale for at udvikle tilstrækkelig styrke. Denne tidskrævende test og kompleksiteten af træegenskaber og træbinding5 har begrænset udviklingen af nye klæbemidler. Derudover kan de mekaniske egenskaber ved træklæbemidler være forskellige, når de hærdes mellem træoverflader i modsætning til pæne6. Hærdning i kontakt med træ gør det muligt for vand og komponenter med lav molekylvægt fra klæbemidlet at undslippe ud over komplekse interfase- og kemiske interaktioner mellem klæbemidlet og træet 3,7.
Udviklingen af Automated Bonding Evaluation System (ABES) har været meget nyttig til at forstå styrkeudviklingen af træklæbemidler, fordi det er hurtigt og let at bruge 8,9,10. Systemet er en integreret enhed, der binder lap-shear prøver og derefter måler kraften under spænding, der er nødvendig for at bryde bindingen. Dens anvendelighed har ført til udvikling af ASTM-metoden D7998-19, der bruger dette system11. Selvom dette system oprindeligt var designet til at måle udviklingen af klæbestyrkestyrke som en funktion af temperatur og tid, kan det også måle varmebestandigheden af hærdede klæbemidler samt rutinemæssig evaluering af bindingsstyrke. Selvom ABES-testen er et meget nyttigt foreløbigt screeningsværktøj, som enhver test, har den sine begrænsninger og erstatter ikke alle specifikke produktstyrke- og holdbarhedstest.
Mens der er mange midler til at måle klæbemidlernes hærdningsegenskaber, lige fra gel-tid reometri til differentiel scanningskalorimetri, dynamisk mekanisk analyse og spektroskopi af mange typer, måler kun ABES-metoden udviklingen af mekanisk styrke. Dette kræver et instrument, der er tæt styret til opvarmning, køling og trækprøvningpå stedet 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin i proceduren er som følger: udvælgelse af substrater, forberedelse af prøver, udstyrets funktionsdygtighed og limning af prøver.
Underlaget skal være stærkt, have minimale defekter (glat, fladt, ingen revner og ingen misfarvning. Usandede, roterende snittede kabinetter ansigtsfiner af et diffust porøst hårdttræ med sukker ahorn (Acer saccharum) foretrækkes. Slibning skaber en mindre jævn og mere fragmenteret overflade7. Efter konditione…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af United Soybean Board grant 1940-352-0701-C og US Department of Agriculture \ Forest Service. Vi sætter pris på støtten og detaljerede oplysninger fra Phil Humphrey fra AES.
Materials
| Adhesive | Supplied by user | ||
| Balance | Normal supply house | ||
| Mark II Automated Bonding Evaluation System (ABES-II) | Adhesive Evaluation Systems Inc | ||
| Pneumatically driven sample cutting device | Adhesive Evaluation Systems Inc | ||
| Regular spatula | Normal supply house | ||
| Wood supply – Hard maple | Besse Forest Products Group |
References
- Lambuth, A., Pizzi, A., Mittal, K. L. Protein adhesives for wood. Handbook of Adhesive Technology. , 457-477 (2003).
- Keimel, F. A., Pizzi, A., Mittal, K. L. Historical development of adhesives and adhesive bonding. Handbook of Adhesive Technology. , 1-12 (2003).
- Marra, A. A. . Technology of Wood Bonding: Principles in Practice. , 454 (1992).
- Dunky, M., Pizzi, A., Mittal, K. Adhesives in the Wood Industry. Handbook of Adhesive Technology. , 511-574 (2017).
- River, B. H., Vick, C. B., Gillespie, R. H., Minford, J. D. Wood as an adherend. Treatise on Adhesion and Adhesives. , (1991).
- Liswell, B. Exploration of Wood DCB Specimens Using Southern Yellow Pine for Monotonic and Cyclic Loading. Engineering Mechanics. , (2004).
- Frihart, C. R., Rowell, R. M. Wood Adhesion and Adhesives. Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. , 255-313 (2013).
- Humphrey, P. E. A device to test adhesive bonds. U.S. Patent. , (2003).
- Humphrey, P. E. Temperature and reactant injection effects on the bonding kinetics of thermosetting adhesives. Wood adhesives. , (2005).
- Humphrey, P. E., Frihart, C. R., Hunt, C., Moon, R. J. Outline Standard for Adhesion Dynamics Evaluation Employing the ABES (Automated Bonding Evaluation System) Technique. International Conference on Wood Adhesives 2009. , 213-223 (2010).
- ASTM International. . D 7998-19 Standard Test Method for Measuring the Effect of Temperature on the Cohesive Strength Development of Adhesives using Lap Shear Bonds under Tensile Loading, in Vol. 15.06. , (2019).
- Rohumaa, A., et al. The influence of felling season and log-soaking temperature on the wetting and phenol formaldehyde adhesive bonding characteristics of birch veneer. Holzforschung. 68 (8), 965-970 (2014).
- Rohumaa, A., et al. Effect of Log Soaking and the Temperature of Peeling on the Properties of Rotary-Cut Birch (Betula pendula Roth) Veneer Bonded with Phenol-Formaldehyde Adhesive. Bioresources. 11 (3), 5829-5838 (2016).
- Smith, G. D. The effect of some process variables on the lap-shear strength of aspen strands uniformly coated with pmdi-resin. Wood and Fiber Science. 36 (2), 228-238 (2004).
- Pizzi, A., Pizzi, A., Mittal, K. Urea-formaldehyde adhesives. Handbook of Adhesive Technology. , 635-652 (2003).
- O’Dell, J. L., Hunt, C. G., Frihart, C. R. High temperature performance of soy-based adhesives. Journal of Adhesion Science and Technology. 27 (18-19), 2027-2042 (2013).
- Frihart, C. R., Beecher, J. F. Factors that lead to failure with wood adhesive bonds. World Conference on Timber Engineering 2016. , (2016).
- Hunt, C. G., Frihart, C. R., Dunky, M., Rohumaa, A. Understanding wood bonds: going beyond what meets the eye. Reviews of Adhesives and Adhesion. 6 (4), 369-440 (2018).
- Frihart, C. R., Dally, B. N., Wescott, J. M., Birkeland, M. J. Bio-Based Adhesives and Reliable Rapid Small Scale Bond Strength Testing. International Symposium on Advanced Biomass Science and Technology for Bio-based Products. , (2009).
