Standaard testmethode ASTM D 7998-19 voor de cohesieve sterkteontwikkeling van houtlijmen
Summary
We presenteren een procedure, ASTM D7998-19, voor een snelle en consistentere evaluatie van zowel droge als natte sterkte van lijmverbindingen op hout. De methode kan ook worden gebruikt om informatie te verstrekken over sterkteontwikkeling als functie van temperatuur en tijd of sterktebehoud tot 250 °C.
Abstract
De eigenschappen van uitgeharde houtlijmen zijn moeilijk te bestuderen vanwege het verlies van water en andere componenten aan het hout, de invloed van hout op de kleefharding en het effect van kleefpenetratie op de houtinterfase; daarom is normaal testen van een nette kleeffilm over het algemeen niet nuttig. De meeste tests van de hechtsterkte van hout zijn traag, bewerkelijk, kunnen sterk worden beïnvloed door het hout en geven geen informatie over de kinetiek van uitharding. Testmethode ASTM D 7998-19 kan echter worden gebruikt voor een snelle evaluatie van de sterkte van houtbindingen. Het gebruik van een glad, uniform en sterk houten oppervlak, zoals esdoornfineer, en voldoende hechtingsdruk vermindert de hechting en houtsterkte-effecten op de hechtsterkte. Deze methode heeft drie hoofdtoepassingen. De eerste is om consistente gegevens te verstrekken over de ontwikkeling van de bindingssterkte. De tweede is het meten van de droge en natte sterktes van gebonden lap shear monsters. De derde is om de zelfklevende hittebestendigheid beter te begrijpen door snel de thermische gevoeligheid te evalueren en onderscheid te maken tussen thermische ontharding en thermische degradatie.
Introduction
Houtverlijming is de grootste afzonderlijke lijmmarkt en heeft geleid tot een efficiënt gebruik van bosbronnen. Gedurende vele eeuwen werd massief hout gebruikt voor de meeste toepassingen, behalve voor meubelbouw, zonder testcriteria, behalve duurzaamheid van het product in gebruik. Gebonden houtproducten kwamen echter vaker voor, te beginnen met multiplex en gelamineerde balken, met behulp van biobased lijmen 1,2. Hoewel deze producten op dat moment bevredigend waren, leidde de vervanging van soja, caseïne en bloedlijmen door synthetische lijmen die formaldehyde bevatten tot verbeterde eigenschappen. De hogere prestaties van deze nieuwe lijmen leidden tot gedefinieerde testnormen met hogere prestatieverwachtingen dan haalbaar met de meeste biobased lijmen. De synthetische lijmen maakten ook het binden van deeltjes mogelijk, waaronder zaagsel om spaanplaten te vormen, vezels om vezelplaten met verschillende dichtheden te vormen, chips om georiënteerd strandboard en parallel strenghout te bieden, fineer om multiplex en gelamineerd fineerhout te produceren, evenals vingergevoegd hout, gelamineerd hout, kruis gelamineerd hout en houten I-balken3. Elk van deze producten heeft zijn eigen testcriteria4. De ontwikkeling van een nieuwe lijm kan dus veel formuleringswerk en uitgebreide tests vereisen om te bepalen of er potentieel is voor het ontwikkelen van voldoende sterkte. Deze tijdrovende testen en de complexiteit van houteigenschappen en houtverlijming5 hebben de ontwikkeling van nieuwe lijmen beperkt. Bovendien kunnen de mechanische eigenschappen van houtlijmen anders zijn wanneer ze tussen houten oppervlakken worden uitgehard in tegenstelling tot netjes6. Door uitharding in contact met hout kunnen water en componenten met een laag molecuulgewicht uit de lijm ontsnappen, naast complexe interfase en chemische interacties van de lijm met het hout 3,7.
De ontwikkeling van het Automated Bonding Evaluation System (ABES) is zeer nuttig geweest voor het begrijpen van de sterkteontwikkeling van houtlijmen, omdat het snel en gemakkelijk te gebruiken is 8,9,10. Het systeem is een integrale eenheid die lap-shear monsters bindt en vervolgens de kracht onder spanning meet die nodig is om de binding te verbreken. Het nut ervan heeft geleid tot de ontwikkeling van ASTM-methode D7998-19 die dit systeem gebruikt11. Hoewel dit systeem oorspronkelijk is ontworpen om de ontwikkeling van de kleefkracht te meten als functie van temperatuur en tijd, kan het ook de hittebestendigheid van uitgeharde kleefstoffen meten, evenals routinematige evaluatie van de hechtsterkte. Hoewel de ABES-test een zeer nuttig voorlopig screeningsinstrument is, zoals elke test, heeft het zijn beperkingen en vervangt het niet alle specifieke productsterkte- en duurzaamheidstests.
Hoewel er veel manieren zijn om de uithardingseigenschappen van lijmen te meten, variërend van gel-time rheometrie tot differentiële scanning calorimetrie, dynamische mechanische analyse en spectroscopie van vele soorten, meet alleen de ABES-methode de ontwikkeling van mechanische sterkte. Dit vereist een instrument dat strak wordt gecontroleerd voor verwarming, koeling en in-place trektesten11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritieke stappen in de procedure zijn als volgt: selectie van substraten, voorbereiding van monsters, bruikbaarheid van de apparatuur en verlijming van monsters.
Het substraat moet sterk zijn, minimale defecten hebben (glad, plat, geen scheuren en geen verkleuring. Ongesandeerde, roterend gesneden kasten gezicht fineer van een diffuus poreus hardhout met suikeresdoorn (Acer saccharum) de voorkeur. Schuren zorgt voor een minder egaal en meer gefragmenteerd oppervlak7<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de United Soybean Board grant 1940-352-0701-C en het U.S. Department of Agriculture\Forest Service. We waarderen de steun en gedetailleerde informatie van Phil Humphrey van 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).
