שיטת בדיקה סטנדרטית ASTM D 7998-19 לפיתוח חוזק מלוכד של דבקי עץ
Summary
אנו מציגים הליך, ASTM D7998-19, להערכה מהירה ועקבית יותר של חוזק יבש ורטוב של קשרי דבק על עץ. השיטה יכולה לשמש גם כדי לספק מידע על התפתחות כוח כפונקציה של טמפרטורה וזמן או שימור כוח עד 250 מעלות צלזיוס.
Abstract
קשה לחקור את תכונותיהם של דבקי עץ שנרפאו בגלל אובדן מים ורכיבים אחרים לעץ, השפעת העץ על תרופת ההדבקה והשפעת חדירת הדבק על האינטרפאזה של העץ; לכן, בדיקה רגילה של סרט דבק מסודר היא בדרך כלל לא שימושית. רוב הבדיקות של חוזק דבק העץ הן איטיות, מייגעות, יכולות להיות מושפעות מאוד מהעץ ואינן מספקות מידע על הקינטיקה של הריפוי. שיטת הבדיקה ASTM D 7998-19, עם זאת, ניתן להשתמש להערכה מהירה של חוזק של קשרי עץ. השימוש במשטח עץ חלק, אחיד וחזק, כמו פורניר פנים מייפל, ולחץ הדבקה מספק מפחיתים את השפעות ההדבקה וחוזק העץ על חוזק הקשר. שיטה זו כוללת שלושה יישומים עיקריים. הראשון הוא לספק נתונים עקביים על התפתחות חוזק האג”ח. השנייה היא למדוד את העוצמות היבשות והרטובות של דגימות גזירה מלוכדות. השלישית היא להבין טוב יותר את עמידות החום בדבק על ידי הערכה מהירה של הרגישות התרמית והבחנה בין ריכוך תרמי לפירוק תרמי.
Introduction
הדבקת עץ היא שוק הדבקים הבודדים הגדול ביותר והובילה לשימוש יעיל במשאבי היער. במשך מאות שנים, עץ מלא שימש עבור רוב היישומים, למעט בניית רהיטים, ללא קריטריונים לבדיקה למעט עמידות המוצר בשימוש. עם זאת, מוצרי עץ מלוכדים הפכו נפוצים יותר, החל מעץ לבוד וקורות גלום, תוך שימוש בדבקים מבוססי ביו 1,2. למרות שמוצרים אלה היו משביעי רצון באותה תקופה, החלפת סויה, קזאין ודבקי דם על ידי דבקים סינתטיים המכילים פורמלדהיד הובילה לשיפור בתכונות. הביצועים הגבוהים יותר של דבקים חדשים אלה הובילו לתקני בדיקה מוגדרים עם ציפיות ביצועים גבוהות יותר מאשר ניתן להשיג עם רוב הדבקים מבוססי הביו. הדבקים הסינתטיים אפשרו גם הדבקה של חלקיקים כולל נסורת ליצירת שבבי עץ, סיבים ליצירת סיבורדים עם צפיפויות משתנות, שבבים כדי לספק גדילים מכוונים ועץ גדיל מקביל, פורנירים כדי להניב דיקט ועץ פורניר למינציה, כמו גם עץ משותף אצבעות, גלום, עץ למינציה צולבת, עץ I-joists עץ3. לכל אחד מהמוצרים הללו יש קריטריוני בדיקהמשלו 4. לכן, פיתוח של דבק חדש יכול לדרוש הרבה עבודת ניסוח ובדיקות מקיפות כדי לקבוע אם יש פוטנציאל לפיתוח כוח מספיק. בדיקה זו, שגוזלת זמן רב והמורכבות של תכונות עץ והדבקת עץ5, הגבילו את הפיתוח של דבקים חדשים. בנוסף, התכונות המכניות של דבקי עץ יכולות להיות שונות כאשר הם נרפאים בין משטחי עץ לעומת6 מסודרים. ריפוי במגע עם עץ מאפשר למים ולרכיבים בעלי משקל מולקולרי נמוך מהדבק לברוח, בנוסף לאינטראקציות בין-פאזיות וכימיות מורכבות של הדבק עם העץ 3,7.
הפיתוח של מערכת הערכת מליטה אוטומטית (ABES) עזר מאוד להבנת התפתחות החוזק של דבקי עץ מכיוון שהוא מהיר וקל לשימוש 8,9,10. המערכת היא יחידה אינטגרלית שמחברת דגימות גזירת הברכיים ולאחר מכן מודדת את הכוח תחת המתח הדרוש לשבירת הקשר. השירות שלה הוביל לפיתוח של שיטת ASTM D7998-19 המשתמשת במערכת זו11. למרות שמערכת זו תוכננה במקור למדוד התפתחות חוזק דבק כפונקציה של טמפרטורה וזמן, היא יכולה גם למדוד את התנגדות החום של דבקים נרפאים, כמו גם הערכת חוזק קשר שגרתית. למרות שבדיקת ABES היא כלי סינון ראשוני שימושי מאוד, כמו כל בדיקה, יש לה מגבלות והיא אינה מחליפה את כל בדיקות חוזק ועמידות המוצר הספציפיות.
בעוד שישנם אמצעים רבים למדידת מאפייני הריפוי של דבקים, החל מראומטריה בזמן ג’ל ועד קלורימטריה של סריקה דיפרנציאלית, אנליזה מכנית דינמית וספקטרוסקופיה מסוגים רבים, רק שיטת ABES מודדת את התפתחות החוזק המכני. זה דורש מכשיר מבוקר היטב לחימום, קירור, ובדיקת מתיחה במקום11.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים הקריטיים בהליך הם כדלקמן: בחירת מצעים, הכנת דגימות, יכולת הפעלה של הציוד והדבקת דגימות.
המצע חייב להיות חזק, יש פגמים מינימליים (חלק, שטוח, ללא סדקים וללא שינוי צבע. פורניר פנים של ארונות לא מלוטשים, בחיתוך סיבובי, של עץ גושני נקבובי מפוזר עם אדר סוכר (Acer saccharum) מועדף…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מועצת הסויה המאוחדת 1940-352-0701-C ומשרד החקלאות האמריקאי \שירות היערות. אנו מעריכים את התמיכה והמידע המפורט מפיל המפרי מ- 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 |
Referências
- 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).
