Standardprüfverfahren ASTM D 7998-19 zur kohäsiven Festigkeitsentwicklung von Holzklebstoffen
Summary
Wir präsentieren ein Verfahren, ASTM D7998-19, für eine schnelle und konsistentere Bewertung der Trocken- und Nassfestigkeit von Klebeverbindungen auf Holz. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um Informationen über die Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit oder Festigkeitserhalt bis 250 °C zu liefern.
Abstract
Die Eigenschaften von ausgehärteten Holzklebstoffen sind aufgrund des Verlusts von Wasser und anderen Komponenten des Holzes, des Einflusses von Holz auf die Klebstoffhärtung und der Wirkung des Eindringens von Klebstoff auf die Holzzwischenphase schwer zu untersuchen; Daher ist eine normale Prüfung einer sauberen Klebefolie in der Regel nicht sinnvoll. Die meisten Tests der Holzhaftfestigkeit sind langsam, mühsam, können stark vom Holz beeinflusst werden und geben keine Auskunft über die Kinetik der Aushärtung. Das Prüfverfahren ASTM D 7998-19 kann jedoch zur schnellen Beurteilung der Festigkeit von Holzverbindungen verwendet werden. Die Verwendung einer glatten, gleichmäßigen und starken Holzoberfläche, wie Ahornfurnier, und ausreichender Klebedruck reduziert die Haftung und Holzfestigkeit auf die Klebefestigkeit. Diese Methode hat drei Hauptanwendungen. Die erste besteht darin, konsistente Daten zur Entwicklung der Bindungsfestigkeit bereitzustellen. Die zweite besteht darin, die Trocken- und Nassfestigkeit von gebundenen Lap-Scherproben zu messen. Die dritte besteht darin, die Hitzebeständigkeit des Klebstoffs besser zu verstehen, indem die thermische Empfindlichkeit schnell bewertet und zwischen thermischer Erweichung und thermischem Abbau unterschieden wird.
Introduction
Holzverklebungen sind der größte Einzelklebstoffmarkt und haben zu einer effizienten Nutzung der Waldressourcen geführt. Viele Jahrhunderte lang wurde Massivholz für die meisten Anwendungen verwendet, mit Ausnahme des Möbelbaus, ohne Testkriterien außer der Haltbarkeit des Produkts. Gebundene Holzprodukte wurden jedoch immer häufiger, beginnend mit Sperrholz und Brettschichtholzbalken, wobei biobasierte Klebstoffe verwendetwurden 1,2. Obwohl diese Produkte zu dieser Zeit zufriedenstellend waren, führte der Ersatz von Soja-, Kasein- und Blutklebstoffen durch formaldehydhaltige synthetische Klebstoffe zu verbesserten Eigenschaften. Die höhere Leistung dieser neuen Klebstoffe führte zu definierten Prüfstandards mit höheren Leistungserwartungen als mit den meisten biobasierten Klebstoffen. Die synthetischen Klebstoffe ermöglichten auch die Verbindung von Partikeln einschließlich Sägemehl zu Spanplatten, Fasern zu Faserplatten mit unterschiedlichen Dichten, Spänen zur Bereitstellung von orientiertem Litzbrett und parallelem Litzenholz, Furnieren zu Sperrholz und Furnierschichtholz sowie keilgezinktem Holz, Brettschichtholz, Brettschichtholz und Holzbalken3. Jedes dieser Produkte hat seine eigenen Prüfkriterien4. Daher kann die Entwicklung eines neuen Klebstoffs viel Formulierungsarbeit und umfangreiche Tests erfordern, um festzustellen, ob ein Potenzial für die Entwicklung einer ausreichenden Festigkeit besteht. Diese zeitaufwändigen Tests und die Komplexität der Holzeigenschaften und Holzverklebungen5 haben die Entwicklung neuer Klebstoffe eingeschränkt. Darüber hinaus können die mechanischen Eigenschaften von Holzklebstoffen unterschiedlich sein, wenn sie zwischen Holzoberflächen ausgehärtet werden, im Gegensatz zu ordentlich6. Durch die Aushärtung in Kontakt mit Holz können Wasser und niedermolekulare Komponenten aus dem Klebstoff entweichen, zusätzlich zu komplexen Interphasen- und chemischen Wechselwirkungen des Klebstoffs mit dem Holz 3,7.
Die Entwicklung des Automated Bonding Evaluation System (ABES) war sehr hilfreich für das Verständnis der Festigkeitsentwicklung von Holzklebstoffen, da es schnell und einfach anzuwenden ist 8,9,10. Das System ist eine integrale Einheit, die Lap-Shear-Proben verbindet und dann die Kraft unter Spannung misst, die erforderlich ist, um die Verbindung zu brechen. Sein Nutzen hat zur Entwicklung der ASTM-Methode D7998-19 geführt, die dieses System11 verwendet. Obwohl dieses System ursprünglich entwickelt wurde, um die Entwicklung der Klebkraft als Funktion von Temperatur und Zeit zu messen, kann es auch die Wärmebeständigkeit von ausgehärteten Klebstoffen sowie die routinemäßige Bewertung der Haftfestigkeit messen. Obwohl der ABES-Test wie jeder Test ein sehr nützliches vorläufiges Screening-Tool ist, hat er seine Grenzen und ersetzt nicht alle spezifischen Produktfestigkeits- und Haltbarkeitstests.
Während es viele Möglichkeiten gibt, die Härtungseigenschaften von Klebstoffen zu messen, von der Gelzeitrheometrie über die dynamische Differenzkalorimetrie bis hin zur dynamisch-mechanischen Analyse und Spektroskopie vieler Arten, misst nur die ABES-Methode die Entwicklung der mechanischen Festigkeit. Dies erfordert ein Gerät, das für Heizung, Kühlung und Zugversuche an Ort und Stelle streng kontrolliert wird11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte im Verfahren sind wie folgt: Auswahl der Substrate, Vorbereitung der Proben, Funktionsfähigkeit der Ausrüstung und Verklebung der Proben.
Das Substrat muss stark sein, minimale Defekte aufweisen (glatt, flach, keine Risse und keine Verfärbungen). Ungeschliffenes, rotierend geschnittenes Schrankfurnier aus diffusem porösem Hartholz mit Zuckerahorn (Acer saccharum) bevorzugt. Durch das Schleifen entsteht eine weniger ebene und fragmentiertere Oberfläche<sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde vom United Soybean Board grant 1940-352-0701-C und dem U.S. Department of Agriculture\Forest Service unterstützt. Wir schätzen die Unterstützung und die detaillierten Informationen von Phil Humphrey von 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
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