Méthode d’essai normalisée ASTM D 7998-19 pour le développement de la résistance à la cohésion des adhésifs pour bois
Summary
Nous présentons une procédure, ASTM D7998-19, pour une évaluation rapide et plus cohérente de la résistance à sec et à l’humidité des liaisons adhésives sur le bois. La méthode peut également être utilisée pour fournir des informations sur le développement de la résistance en fonction de la température et du temps ou de la rétention de la force jusqu’à 250 °C.
Abstract
Les propriétés des adhésifs pour bois durci sont difficiles à étudier en raison de la perte d’eau et d’autres composants dans le bois, de l’influence du bois sur le durcissement adhésif et de l’effet de la pénétration de l’adhésif sur l’interphase du bois; Ainsi, les tests normaux d’un film adhésif soigné ne sont généralement pas utiles. La plupart des tests de résistance de la liaison adhésive du bois sont lents, laborieux, peuvent être fortement influencés par le bois et ne fournissent pas d’informations sur la cinétique de durcissement. La méthode d’essai ASTM D 7998-19 peut toutefois être utilisée pour évaluer rapidement la résistance des liaisons en bois. L’utilisation d’une surface de bois lisse, uniforme et solide, comme le placage de face en érable, et d’une pression de collage suffisante réduit les effets d’adhérence et de résistance du bois sur la résistance de l’adhérence. Cette méthode a trois applications principales. La première consiste à fournir des données cohérentes sur l’évolution de la force des obligations. La seconde consiste à mesurer les résistances à sec et à l’humidité des échantillons de cisaillement collés. La troisième consiste à mieux comprendre la résistance à la chaleur des adhésifs en évaluant rapidement la sensibilité thermique et en distinguant le ramollissement thermique de la dégradation thermique.
Introduction
Le collage du bois est le plus grand marché d’adhésifs et a conduit à une utilisation efficace des ressources forestières. Pendant de nombreux siècles, le bois massif a été utilisé pour la plupart des applications, à l’exception de la construction de meubles, sans critère de test, sauf la durabilité du produit en service. Cependant, les produits de bois collés sont devenus plus courants, à commencer par les poutres en contreplaqué et en lamellé-collé, en utilisant des adhésifs biosourcés 1,2. Bien que ces produits aient été satisfaisants à l’époque, le remplacement du soja, de la caséine et des colles de sang par des adhésifs synthétiques contenant du formaldéhyde a permis d’améliorer les propriétés. Les performances supérieures de ces nouveaux adhésifs ont conduit à des normes de test définies avec des attentes de performance plus élevées que celles réalisables avec la plupart des adhésifs biosourcés. Les adhésifs synthétiques ont également permis le collage de particules, y compris la sciure de bois pour former des panneaux de particules, les fibres pour former des panneaux de fibres de densité variable, des copeaux pour fournir des panneaux de copeaux orientés et du bois à copeaux parallèles, des placages pour produire du contreplaqué et du bois de placage stratifié, ainsi que du bois collé par jointure, du bois lamellé-collé, du bois lamellé-croisé et des poutrelles en Ien bois 3. Chacun de ces produits a ses propres critèresde test 4. Ainsi, le développement d’un nouvel adhésif peut nécessiter beaucoup de travail de formulation et des tests approfondis pour déterminer s’il existe un potentiel de développement d’une résistance suffisante. Ces essais chronophages et la complexité des propriétés du bois et du collagedu bois 5 ont limité le développement de nouveaux adhésifs. De plus, les propriétés mécaniques des adhésifs pour bois peuvent être différentes lorsqu’ils sont durcis entre les surfaces en bois par opposition à6. Le durcissement au contact du bois permet à l’eau et aux composants de faible poids moléculaire de s’échapper, en plus des interactions complexes interphasiques et chimiques de l’adhésif avec le bois 3,7.
Le développement du système automatisé d’évaluation du collage (ABES) a été très utile pour comprendre le développement de la résistance des adhésifs pour bois, car il est rapide et facile à utiliser 8,9,10. Le système est une unité intégrale qui lie les échantillons de cisaillement et mesure ensuite la force sous tension nécessaire pour rompre la liaison. Son utilité a conduit au développement de la méthode ASTM D7998-19 qui utilise ce système11. Bien que ce système ait été conçu à l’origine pour mesurer le développement de la force adhésive en fonction de la température et du temps, il peut également mesurer la résistance à la chaleur des adhésifs durcis, ainsi que l’évaluation de routine de la force de liaison. Bien que le test ABES soit un outil de dépistage préliminaire très utile, comme tout test, il a ses limites et ne remplace pas tous les tests spécifiques de résistance et de durabilité du produit.
Bien qu’il existe de nombreux moyens d’évaluer les caractéristiques de durcissement des adhésifs, allant de la rhéométrie au gel-temps à la calorimétrie différentielle à balayage, en passant par l’analyse mécanique dynamique et la spectroscopie de nombreux types, seule la méthode ABES mesure le développement de la résistance mécanique. Cela nécessite un instrument étroitement contrôlé pour le chauffage, le refroidissement et les essais de traction sur place11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les étapes critiques de la procédure sont les suivantes : sélection des substrats, préparation des échantillons, opérabilité de l’équipement et collage des échantillons.
Le substrat doit être solide, présenter des défauts minimes (lisse, plat, pas de fissures et pas de décoloration. Placage d’armoire non poncé, coupé rotatif, d’un bois dur poreux diffus à l’érable à sucre (Acer saccharum) préféré. Le ponçage crée une surface moins uniforme et plus fragme…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la subvention 1940-352-0701-C du United Soybean Board et le U.S. Department of Agriculture\Forest Service. Nous apprécions le soutien et les informations détaillées de Phil Humphrey d’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 |
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