木材接着剤の凝集力開発のための標準試験方法ASTM D 7998-19
Summary
木材の接着結合の乾燥強度と湿潤強度の両方を迅速かつ一貫して評価するための手順、ASTM D7998-19を紹介します。この方法は、温度と時間の関数としての強度発現または250°Cまでの強度保持に関する情報を提供するためにも使用できます。
Abstract
硬化した木材接着剤の特性は、木材への水やその他の成分の損失、接着剤の硬化に対する木材の影響、および木材間期に対する接着剤の浸透の影響のために研究が困難です。したがって、きちんとした接着フィルムの通常のテストは一般に有用ではありません。木材接着剤の接着強度のほとんどのテストは遅く、面倒であり、木材の影響を強く受ける可能性があり、硬化の動力学に関する情報を提供しません。ただし、試験方法ASTM D 7998-19は、木質結合の強度を迅速に評価するために使用できます。メープルフェースベニヤのような滑らかで均一で丈夫な木材表面と十分な接着圧力を使用することで、接着強度に対する接着力と木材強度の影響が減少します。この方法には、主に3つの用途があります。1つ目は、接着強度の発達に関する一貫したデータを提供することです。2つ目は、接着ラップせん断サンプルの乾式強度と湿式強度を測定することです。3つ目は、熱感度をすばやく評価し、熱軟化と熱劣化を区別することにより、接着剤の耐熱性をよりよく理解することです。
Introduction
木材接着は最大の単一接着剤市場であり、森林資源の効率的な利用につながっています。何世紀にもわたって、無垢材は家具建設を除いてほとんどの用途に使用されており、製品の使用中の耐久性以外の試験基準はありませんでした。しかし、接着木材製品は、バイオベースの接着剤を使用して、合板と集成材の梁から始めて、より一般的になりました1,2。当時は満足のいく製品でしたが、大豆、カゼイン、血液のりをホルムアルデヒドを含む合成接着剤に置き換えることで、特性が向上しました。これらの新しい接着剤のより高い性能は、ほとんどのバイオベースの接着剤で達成可能なよりも高い性能期待で定義された試験基準につながりました。合成接着剤はまた、パーティクルボードを形成するためのおがくず、さまざまな密度のファイバーボードを形成する繊維、配向性ストランドボードおよび平行ストランド木材を提供するチップ、合板および単板材を生成するベニア、ならびにフィンガージョイント材、集成材、クロスラミネート材、および木材Iジョイスト3。これらの各製品には、独自のテスト基準4があります。したがって、新しい接着剤の開発には、十分な強度を発現する可能性があるかどうかを判断するために、多くの配合作業と広範なテストが必要になる場合があります。この時間のかかるテストと、木材の特性と木材接着の複雑さ5により、新しい接着剤の開発が制限されていました。さらに、木材接着剤の機械的特性は、ニート6とは対照的に、木材表面間で硬化すると異なる場合があります。木材と接触した硬化は、接着剤と木材との複雑な相間および化学的相互作用に加えて、接着剤からの水および低分子量成分を逃がすことを可能にする3,7。
自動接着評価システム(ABES)の開発は、迅速かつ使いやすいため、木材接着剤の強度発現を理解するのに非常に役立ちました8,9,10。このシステムは、ラップせん断サンプルを結合し、結合を切断するために必要な張力下での力を測定する一体型ユニットです。その有用性は、このシステム11を使用するASTM法D7998-19の開発につながった。このシステムは、もともと温度と時間の関数として接着強度の発達を測定するために設計されましたが、硬化した接着剤の耐熱性を測定し、日常的な接着強度評価も行うことができます。ABESテストは、他のテストと同様に非常に便利な予備スクリーニングツールですが、制限があり、すべての特定の製品強度および耐久性テストに取って代わるものではありません。
ゲルタイムレオメトリーから示差走査熱量測定、動的機械分析、および多くの種類の分光法に至るまで、接着剤の硬化特性を測定する多くの手段がありますが、機械的強度の発達を測定するのはABES法だけです。これには、加熱、冷却、およびインプレース引張試験のために厳密に制御された機器が必要です11。
Protocol
Representative Results
Discussion
手順の重要なステップは次のとおりです:基板の選択、試料の準備、装置の操作性、およびサンプルの接着。
基板は強く、欠陥が最小限でなければなりません(滑らかで、平らで、ひび割れや変色はありません。サンディングされていない、回転式カットキャビネットは、サトウカエデ(Acer saccharum)を含む拡散多孔質広葉樹のベニヤに面することが好ましい。サンデ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業は、米国大豆委員会の助成金1940-352-0701-Cと米国農務省森林局の支援を受けました。AESのフィル・ハンフリーからのサポートと詳細情報に感謝します。
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).
