Стандартный метод испытаний ASTM D 7998-19 для развития прочности на сцепление древесных клеев
Summary
Мы представляем процедуру ASTM D7998-19 для быстрой и более последовательной оценки как сухой, так и влажной прочности клеевых связей на древесине. Метод также может быть использован для предоставления информации о развитии прочности в зависимости от температуры и времени или удержания прочности до 250 °C.
Abstract
Свойства клеев для отвержденной древесины трудно изучать из-за потери воды и других компонентов древесиной, влияния древесины на адгезионное отверждение и влияния проникновения клея на межфазную древесину; таким образом, обычное тестирование аккуратной клейкой пленки, как правило, бесполезно. Большинство тестов на прочность адгезивной связи древесины являются медленными, трудоемкими, могут сильно зависеть от древесины и не дают информации о кинетике лечения. Метод испытаний ASTM D 7998-19, однако, может быть использован для быстрой оценки прочности древесных связей. Использование гладкой, однородной и прочной поверхности древесины, такой как кленовый шпон, и достаточного давления склеивания снижает адгезию и прочность древесины на прочность сцепления. Этот метод имеет три основных применения. Во-первых, предоставить последовательные данные о развитии прочности связи. Во-вторых, необходимо измерить прочность сухих и влажных соединений образцов сдвига круга. В-третьих, лучше понять термостойкость клея путем быстрой оценки тепловой чувствительности и различения термического размягчения и термической деградации.
Introduction
Склеивание древесины является крупнейшим рынком клея и привело к эффективному использованию лесных ресурсов. На протяжении многих веков твердая древесина использовалась для большинства применений, за исключением мебельного строительства, без каких-либо критериев тестирования, кроме долговечности продукта в использовании. Тем не менее, склеенные изделия из дерева стали более распространенными, начиная с фанеры и клееных балок, с использованием клеев набиологической основе 1,2. Хотя эти продукты были удовлетворительными в то время, замена сои, казеина и клеев крови синтетическими клеями, содержащими формальдегид, привела к улучшению свойств. Более высокая производительность этих новых клеев привела к определенным стандартам тестирования с более высокими ожиданиями производительности, чем достижимые с большинством клеев на биологической основе. Синтетические клеи также сделали возможным склеивание частиц, включая опилки для формирования ДСП, волокна для формирования древесноволокнистых плит с различной плотностью, стружку для обеспечения ориентированной стружечной плиты и пиломатериалов с параллельными нитями, шпон для получения фанеры и клееного бруса, а также пиломатериалы с пальчатым соединением, клееный брус, поперечный клееный брус и деревянные I-балки3. Каждый из этих продуктов имеет свой собственный критерий тестирования4. Таким образом, разработка нового клея может потребовать много работы по составлению рецептуры и обширных испытаний, чтобы определить, есть ли какой-либо потенциал для развития достаточной прочности. Это трудоемкое тестирование и сложность свойств древесины и склеивания древесины5 ограничили разработку новых клеев. Кроме того, механические свойства древесных клеев могут быть различными при отверждении между деревянными поверхностями в отличие от аккуратных6. Отверждение в контакте с древесиной позволяет воде и низкомолекулярным компонентам из клея выходить, в дополнение к сложным межфазным и химическим взаимодействиям клея с древесиной 3,7.
Разработка Автоматизированной системы оценки склеивания (ABES) была очень полезна для понимания развития прочности древесных клеев, потому что она быстра и проста в использовании 8,9,10. Система представляет собой интегральную единицу, которая связывает образцы кругового сдвига, а затем измеряет силу под напряжением, необходимую для разрыва связи. Его полезность привела к разработке метода ASTM D7998-19, который использует эту систему11. Хотя эта система была первоначально разработана для измерения развития прочности клея в зависимости от температуры и времени, она также может измерять термостойкость отвержденных клеев, а также обычную оценку прочности сцепления. Хотя тест ABES является очень полезным инструментом предварительного скрининга, как и любой тест, он имеет свои ограничения и не заменяет все конкретные испытания на прочность и долговечность продукта.
Хотя существует множество способов измерения характеристик отверждения клеев, начиная от гель-временной реометрии до дифференциальной сканирующей калориметрии, динамического механического анализа и спектроскопии многих типов, только метод ABES измеряет развитие механической прочности. Для этого требуется прибор, который жестко контролируется для нагрева, охлаждения и испытания на растяжение на месте11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Критическими этапами процедуры являются: подбор субстратов, подготовка образцов, работоспособность оборудования, склеивание образцов.
Подложка должна быть прочной, иметь минимальные дефекты (гладкие, плоские, без трещин и без обесцвечивания). Предпочтение отдается нес?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом Объединенного совета по соевым бобам 1940-352-0701-C и Министерством сельского хозяйства США . Мы ценим поддержку и подробную информацию от Фила Хамфри из 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).
