Standardtestmetod ASTM D 7998-19 för sammanhängande hållfasthetsutveckling av trälim
Summary
Vi presenterar ett förfarande, ASTM D7998-19, för en snabb och mer konsekvent utvärdering av både torr och våt hållfasthet hos limbindningar på trä. Metoden kan också användas för att ge information om hållfasthetsutveckling som en funktion av temperatur och tid eller hållfasthetsretention upp till 250 °C.
Abstract
Egenskaperna hos härdade trälim är svåra att studera på grund av förlusten av vatten och andra komponenter i träet, träets påverkan på limhärdningen och effekten av limpenetration på träinterfasen; Således är normal testning av en snygg limfilm i allmänhet inte användbar. De flesta tester av trähäftande bindningsstyrka är långsamma, mödosamma, kan påverkas starkt av träet och ger inte information om härdningens kinetik. Testmetod ASTM D 7998-19 kan dock användas för snabb utvärdering av styrkan hos träbindningar. Användningen av en slät, enhetlig och stark träyta, som lönnfasadfaner, och tillräckligt bindningstryck minskar vidhäftningen och trästyrkans effekter på bindningsstyrkan. Denna metod har tre huvudapplikationer. Den första är att tillhandahålla konsekventa data om utvecklingen av bindningsstyrka. Den andra är att mäta de torra och våta styrkorna hos bundna varvskjuvprover. Den tredje är att bättre förstå limvärmebeständigheten genom att snabbt utvärdera värmekänslighet och skilja mellan termisk mjukning och termisk nedbrytning.
Introduction
Träbindning är den största enskilda limmarknaden och har lett till effektiv användning av skogsresurser. Under många århundraden användes massivt trä för de flesta applikationer, förutom möbelkonstruktion, utan testkriterier förutom produktens hållbarhet under användning. Limmade träprodukter blev dock vanligare, från plywood och limträbalkar, med biobaserade lim 1,2. Även om dessa produkter var tillfredsställande vid den tiden, ledde ersättningen av soja, kasein och blodsocker med syntetiska lim som innehåller formaldehyd till förbättrade egenskaper. Den högre prestandan hos dessa nya lim ledde till definierade teststandarder med högre prestandaförväntningar än vad som kan uppnås med de flesta biobaserade lim. De syntetiska limmen möjliggjorde också bindning av partiklar inklusive sågspån för att bilda spånskivor, fibrer för att bilda fiberplattor med varierande densitet, flis för att tillhandahålla orienterad strandbräda och parallellsträngsvirke, faner för att ge plywood och laminerat fanervirke, samt fingerskarvat virke, limträ, korslaminerat virke och trä I-bjälklag3. Var och en av dessa produkter har sina egna testkriterier4. Således kan utvecklingen av ett nytt lim kräva mycket formuleringsarbete och omfattande tester för att avgöra om det finns någon potential för att utveckla tillräcklig styrka. Denna tidskrävande testning och komplexiteten i träegenskaper och träbindning5 har begränsat utvecklingen av nya lim. Dessutom kan de mekaniska egenskaperna hos trälim vara olika när de härdas mellan träytor i motsats till snygg6. Härdning i kontakt med trä gör att vatten och komponenter med låg molekylvikt från limet kan fly, förutom komplexa interfas- och kemiska interaktioner mellan limet och träet 3,7.
Utvecklingen av Automated Bonding Evaluation System (ABES) har varit till stor hjälp för att förstå hållfasthetsutvecklingen hos trälim eftersom det är snabbt och enkelt att använda 8,9,10. Systemet är en integrerad enhet som binder lap-shear-prover och sedan mäter kraften under spänning som behövs för att bryta bindningen. Dess användbarhet har lett till utveckling av ASTM-metoden D7998-19 som använder detta system11. Även om detta system ursprungligen utformades för att mäta utvecklingen av limstyrka som en funktion av temperatur och tid, kan det också mäta värmebeständigheten hos härdade lim, såväl som rutinmässig utvärdering av bindningsstyrka. Även om ABES-testet är ett mycket användbart preliminärt screeningverktyg, som alla tester, har det sina begränsningar och ersätter inte alla specifika produktstyrka och hållbarhetstester.
Även om det finns många sätt att mäta härdningsegenskaperna hos lim, allt från geltidsreometri till differentiell skanningskalorimetri, dynamisk mekanisk analys och spektroskopi av många typer, mäter endast ABES-metoden utvecklingen av mekanisk hållfasthet. Detta kräver ett instrument som är hårt kontrollerat för uppvärmning, kylning och dragprovningpå plats 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg i proceduren är följande: urval av substrat, beredning av prover, utrustningens funktion och bindning av prover.
Underlaget måste vara starkt, ha minimala defekter (slät, platt, inga sprickor och ingen missfärgning. Oslipad, roterande skuren skåpfasad av ett diffust poröst lövträ med sockerlönn (Acer saccharum) föredras. Slipning skapar en mindre jämn och mer fragmenterad yta7. Efter konditionering av faner vid 21 ° C och 50% RH i min…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av United Soybean Board-bidraget 1940-352-0701-C och U.S. Department of Agriculture\Forest Service. Vi uppskattar stödet och detaljerad information från Phil Humphrey från 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).
