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.

1. Vorbereitung von Substraten
<ol><li>Verwenden Sie eine Substratoberfläche, die für die Anwendung geeignet ist. Verwenden Sie für Holz ein geschnittenes Furnier von etwa 0,6 bis 0,8 mm Dicke von einem zuverlässigen Hersteller, da diese Furniere für die Herstellung von Sperrholz und Furnierschichtholz (LVL) verwendet werden. Diese werden von einem Furnierlieferanten als Platten von 0,6 bis 0,8 mm Dicke bezogen und seitlich in 305 mm geschnitten. Ein konsistentes Substrat ist ein hartes Ahornfurnier (Acer saccharum) aufgrund seiner Oberflächenglätte und konsistenten Dicke, und es ist ein diffuses poröses Hartholz mit hohem Modul. Ahornfurniere werden häufig im Schrankbau verwendet und sind in der Regel frei von Mängeln.</li>
	<li>Konditionieren Sie das ungestapelte Holz mindestens einen Tag vor der Verwendung bei 21 °C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit (rF). Vermeiden Sie Veneers, die übermäßig wellig sind, eine unebene Oberfläche haben und Defekte einschließlich Verfärbungen enthalten. HINWEIS: Andere Holzarten können verwendet werden, um die Haftleistung des Klebstoffs mit diesen Arten zu verstehen. Diffusporöse Harthölzer und Nadelhölzer mit einem allmählichen Übergang von Frühholz zu Spätholz werden jedoch wegen ihrer Gleichmäßigkeit empfohlen. Seien Sie vorsichtig, denn Holz kann sauer oder basisch sein oder Extrakte auf der Oberfläche enthalten, die den Klebstoffhärtungsprozess verändern können. Darüber hinaus kann die Verarbeitung des Baumes vom Zeitpunkt des Schneidens bis zur Furnierherstellung die Klebefestigkeit12,13 verändern. Da der ABES eine geringe Menge Holz verwendet, wird er weniger von Holzschwankungen beeinflusst, die bei anderen Tests auftreten, wie z. B. Holzfeuchtegehalt und Furnierprüftiefe.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die Seiten des Furniers frei von losen Fasern entlang der Kante sind und das geklebte Produkt keinen signifikanten Klebstoffdruck aufweist, da diese dazu neigen, die Klebefestigkeit zu überschätzen, da die Proben nach dem Kleben nicht modifiziert werden.</li>
</ol>2. Vorbereitung der Proben
<ol><li>Konditionieren Sie die Holzproben mindestens einen Tag lang bei 21 °C und 50 % relative Luftfeuchtigkeit. Überprüfen Sie das Furnier auf Risse, Verfärbungen oder Narbenunregelmäßigkeiten, die beim Schneiden der Proben vermieden werden sollen.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die pneumatisch angetriebene Probenschneidvorrichtung betriebsbereit ist.</li>
	<li>Verwenden Sie eine spezielle Stanze, die die erforderliche Probengröße von 20 mm x 117 mm von 0,6 auf 0,8 mm dickes Ahornfurnier schneidet (Abbildung 1, Materialtabelle).<ol><li>Legen Sie ein Stück Furnier, mindestens 150 mm x 300 mm, unter die Schneidmesser, so dass die Furniermaserung parallel zur langen Richtung verläuft, und drücken Sie den Luftdruckknopf, um jedes Stück Holz von 20 mm x 117 mm zu schneiden.</li>
		<li>Bewegen Sie das Furnierstück unter den Schneidklingen an einen ungeschnittenen Bereich und drücken Sie den Knopf erneut, um ein weiteres Stück Holz zu schneiden. Fahren Sie fort, bis das Furnierstück vollständig in Stücke geschnitten ist. HINWEIS: Wenn die lange Richtung der Probe nicht parallel zur Kornrichtung verläuft, kann während eines Versuchs ein früher Bruch im Holz außerhalb des gebundenen Teils auftreten.</li>
	</ol></li>
	<li>Bei anderen Materialien als Holz schneiden Sie die Proben mit den entsprechenden Techniken. Wenn das Material nicht mit dem Probenschneider geschnitten werden kann, verwenden Sie das Material, um es auf die erforderliche Größe zu schneiden. Aufgrund der kleinen Klebefläche ist es wichtig, dass das Schneiden präzise und die Proben frei von Ablagerungen entlang der Kanten und auf den Klebeflächen sind.</li>
</ol>3. Funktionsfähigkeit der Geräte
<ol><li>Stellen Sie für den Klebevorgang sicher, dass die ABES-Ausrüstung gemäß einer Standardarbeitsanweisung11 ordnungsgemäß funktioniert. Die Einstellungen auf der Vorderseite der ABES-Einheit zum Kleben und Brechen von Proben sind: LP Press 0,2 MPa, HP Press 0,2 MPa, Pull 0,65 MPa und Cool Air 0,2 MPa.</li>
	<li>Verwenden Sie einen Luftversorgungsdruck von mindestens 0,62 MPa (90 psig), da ein zu niedriger Druck dazu führt, dass sich die Greifklemmen und -platten zu langsam oder ungleichmäßig auf der Probe schließen, was zu falschen Verbundfestigkeiten führt (Abbildung 2, oben).</li>
	<li>Reinigen Sie die Platten von allen Klebstoffen, die durch Auspressen aus der vorherigen Probe entstehen. Stellen Sie die Temperatur der Aufspannplatten auf die gewünschte Temperatur ein und gleichen Sie sie aus, bevor Sie die Proben verkleben.</li>
	<li>Um Holz zu verkleben, betreiben Sie die Geräte in einem Raum mit 21 °C und 50% relative Luftfeuchtigkeit. Wenn dies nicht möglich ist, bewahren Sie die konditionierten Proben bis zur Verklebung in einem Plastikbeutel auf, da sich die Holzfeuchtigkeit aufgrund der geringen Größe der Proben schnell ändert.</li>
	<li>Um kinetische Aushärtungsdaten zu erhalten, ist das Verfahren so zu konstruieren, dass die mechanischen und elektronischen Geschwindigkeiten ausreichen, um Daten genau zu erfassen, wie in ASTM D7998-1911 beschrieben.</li>
</ol>4. Verklebung der Proben mit dem Klebstoff
HINWEIS: Die Anwendung des Klebstoffs ist ein kritisches Problem für Holzklebstoffe aufgrund der großen Variation der Viskosität und des prozentualen Feststoffanteils, die von einem Laminierklebstoff wie in Sperrholz zu einem sprühfähigen Klebstoff für Bindemittelanwendungen gehen. Holzklebstoffe sind in der Regel wässrig, so dass die Verdunstung nur ein geringes Problem darstellt. Es ist jedoch wichtig, dass Wasser in das poröse Holz eindringt.
<ol><li>5 mg des zu untersuchenden Klebstoffs über die Klemme 0,5 cm ausreichend verteilen, um den Klebebereich abzudecken und auf die andere Probe zu übertragen, jedoch ohne übermäßiges Auspressen. Um eine relativ konstante Klebstoffstreurate zu erhalten, ist die Holzprobe auf einer Waage zu halten und nach dem Klebstoffauftrag erneut zu wiegen.</li>
	<li>Verteilen Sie den Klebstoff mit großer Sorgfalt, überlappen Sie die Proben und stellen Sie sicher, dass die beiden Proben ausgerichtet sind, da ein kleiner Klebebereich verwendet wird und die Festigkeiten als Zugkraft über den Klebebereich bestimmt werden (Abbildung 2 unten). Es können unterschiedliche Klebebereiche verwendet werden, aber die Festigkeit ist aufgrund der unterschiedlichen Mechanik von Überrundungsscherversuchen nicht unbedingt vergleichbar. HINWEIS: Die Literatur empfiehlt mehrere Möglichkeiten, den Klebstoff je nach Klebstoffkonsistenz auf das Holz aufzutragen. Die ursprünglich empfohlene Klebstoffauftragsmethode verwendete eine speziell entwickelte Mikrospritzvorrichtung10, die sich jedoch als unordentlich, langsam und sehr abhängig von der Klebstoffrheologie erwies. Obwohl bei diesem Verfahren der Klebstoff als diskrete Punkte aufgebracht wird, wie sie in Bindemittelanwendungen für Spanplatten und orientierte Streifenplatten verwendet werden, scheint ein Druckverfahren zuverlässigerzu sein 14. Das Mikropipettenauftragsverfahren kann ein reproduzierbares Klebstoffvolumen10 liefern, aber es ist etwas schwierig, es gleichmäßig zu verteilen. Die Spachtelmethode hat sich am besten bewährt, um eine gleichmäßige Verteilung des Klebstoffs auf der Klebefläche zu erhalten, und eine Mikrowaage zur Erzielung einer gemessenen Menge wird empfohlen11.</li>
	<li>Endfestigkeitsdaten<ol><li>Die Proben bei 120 °C für 2 min verkleben und über Nacht bei 21 °C und 50% rF konditionieren, da das Holz durch das Heißpressen während des Verklebens austrocknet. Um das Holz zu verkleben, verriegeln Sie eine Probe, indem Sie die Griffe am ABES-Tester schließen und sicherstellen, dass die Probe mit dem Tester ausgerichtet ist. Drücken Sie dann den Startknopf an der Maschine, damit die 120 °C-Aufspannplatten 2 Minuten lang auf den überlappenden Abschnitt drücken, bevor Sie die Aufspannplatten zurückziehen und die Griffe lösen, damit die Proben entnommen werden können. HINWEIS: Die Zeit und Temperatur für die Aushärtung werden von der Anwendung und der Klebstoffchemie bestimmt. Die Klebetemperatur und -zeit sollte so optimiert werden, dass die Festigkeit das höchste Plateau erreicht, indem verschiedene Bindungstemperaturen und -zeiten verwendet werden, um Bedingungen für maximale Festigkeit zu bestimmen. Für Holzverbindungen ist die Prüfung der Trockenscherfestigkeit wertvoll, aber Nasstests sind im Allgemeinen kritischer, um die Haltbarkeit des Klebstoffs zu bestimmen, und erfordern ein 4-stündiges Einweichen der Probe bei Raumtemperatur in Wasser.</li>
		<li>Verriegeln Sie zum Testen eine Probe, indem Sie die Griffe am ABES-Tester schließen und sicherstellen, dass die Probe mit dem Tester ausgerichtet ist. Durch Drücken des Startknopfes zieht das Instrument an einem Ende durch einen Servoantrieb, während das andere Ende der Probe an einer an den Griffen befestigten Wägezelle zieht. Dieses Ziehen setzt sich fort, bis die Verbindung bricht. Der Computer zeichnet die maximale Kraft auf, der die Probe standhalten kann, die als Haftfestigkeit aufgezeichnet wird.<ol><li>Verwenden Sie das gleiche Verfahren für die trockenen und wassergetränkten Proben. Achten Sie bei der Messung der Bruchkraft darauf, dass die Griffe das Holz fest halten, denn wenn der Klebstoff sehr stark ist, kann das Holz verrutschen. Wenn die Probe außerhalb des gebundenen Bereichs bricht, verwerfen Sie den Wert, da dies die Holzfestigkeit und nicht den Klebstoff misst.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Kinetische Kraftentwicklung<ol><li>Bestimmen Sie die Festigkeitsentwicklung eines Klebstoffs, um die für große Produkte erforderliche Presszeit abzuschätzen. Befolgen Sie das gleiche Verfahren wie in Schritt 4.3, außer dass Temperatur und Zeit geändert werden. Beginnen Sie mit der Prüfung der Festigkeit bei 100 °C Plattentemperatur mit Klebezeiten von 10, 30, 60, 90, 120, 150, 180 und 210 Sekunden. Anschließend die Temperatur um 10 °C erhöhen und die Klebezeiten wiederholen, bis bei den niedrigen Bindungszeiten kein linearer Festigkeitsquerschnitt mehr vorhanden ist.</li>
		<li>Nach dem Verkleben ziehen Sie die Platten zurück und verwenden die Luftkühlungsfunktion des ABES, um die Probe auf nahezu Raumtemperatur abzukühlen und dann die Probenstärke zu messen. Indem Sie mit einer niedrigen Presszeit beginnen und zuerst die Zeit für nachfolgende Proben erhöhen, sammeln Sie die Festigkeits-Zeit-Daten, bis eine zunehmende Zeit zu wenig oder keiner zunehmenden Festigkeit führt. Wenn Sie dann die gleiche Sequenz bei höheren Temperaturen durchführen, erhalten Sie das resultierende Diagramm der Festigkeit über die Zeit und die Aushärtungsrate als die Steigung (Abbildung 3). HINWEIS: Die phenolischen Klebstoffdaten in Abbildung 3a10 zeigen den Einfluss der Temperatur auf die Festigkeitsentwicklung zu verschiedenen Zeitpunkten. Abbildung 3b zeigt die regressierte isotherme Festigkeitsentwicklungsrate in Abhängigkeit von der Temperatur. Um die isotherme Festigkeitsentwicklung zu erhalten, wurde die Probe vor dem Test abgekühlt. Einige Klebstoffe, wie Harnstoffformaldehyd15, haben eine optimale Klebezeit und -temperatur, bevor der Abbau beginnt. Diese Methode kann dieses Problem erkennen und optimale Bedingungen bestimmen.</li>
	</ol></li>
	<li>Wärmebeständigkeit<ol><li>Wenn das Produkt eine bestimmte Temperaturbeständigkeit erfüllen muss, klemmen Sie die gebundene Probe in die ABES-Einheit. Nachdem die Platten auf diese Temperatur, z. B. 220 °C, erhitzt worden sind, oberhalb derer das Holz zu zersetzen beginnt, schließen Sie sie für 2 min auf die vorgebundene Probe und öffnen Sie sie dann, um die Klebkraft gemäß 4.3.2 zu messen, um eine etwaige thermische Erweichung des Klebstoffs im Vergleich zur Klebetemperatur von 120 °C zu bestimmen.</li>
		<li>Wiederholen Sie diesen Test, mit der Ausnahme, dass die Aufspannplatten auf der Probe für 30 Minuten geschlossen und dann auf Festigkeit getestet werden, um die Festigkeit zu bestimmen, wenn der Klebstoff thermisch abgebaut ist. Die Freigabe der Platten und die Prüffestigkeit bestimmen die Wärmebeständigkeit der Probe im Vergleich zum Wert vor dem Erhitzen. Diese Art von Verfahren wurde verwendet, um Holzklebstoffezu testen 16. Da das ABES eine schnelle Erwärmung verwendet und die Festigkeit messen kann, während es heiß ist, ohne die Probe zu einer anderen Maschine zu bewegen, kann es verwendet werden, um zwischen den beiden Fehlerarten (d. H. Thermische Erweichung oder Degradation) zu unterscheiden. Die thermische Enthärtung führt unmittelbar nach dem Erhitzen zu einem Festigkeitsverlust und ist in der Regel wiederherstellbar. Der chemische Abbau erfolgt allmählich im Laufe der Zeit bei hohen Temperaturen und gewinnt die mechanische Festigkeit beim Abkühlen nicht zurück. HINWEIS: Klebstoffhersteller müssen unterscheiden, ob der Festigkeitsverlust auf thermische Erweichung oder chemischen Abbau zurückzuführen ist, da diese Probleme unterschiedliche Lösungen erfordern. Es gibt viele Methoden, die Erweichungsübergänge messen können, einschließlich anderer thermischer Analysen, aber sie unterscheiden nicht zwischen einer Änderung der mechanischen Eigenschaften und der chemischen Struktur.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Bildanalyse der fehlgeschlagenen Klebefläche
<ol><li>Da das Hauptziel darin besteht, die Haftfestigkeit oder die Geschwindigkeit der kohäsiven Festigkeitsentwicklung zu bestimmen, stellen Sie sicher, dass das Versagen innerhalb des Klebstoffs und nicht durch Haftung am Substrat (Abbildung 4) oder Substratversagen erfolgt. Wenn ein Substratversagen auftritt, hat der Klebstoff eine ausreichende Festigkeit. Alternativ weist ein kohäsives Versagen des Schüttklebstoffs auf eine Klebstoffschwäche hin. Die Entscheidung zwischen Adhäsion und adhäsivem Interphasenversagen kann jedoch schwierig sein17. Für die Holzanalyse wurden verschiedene Methoden entwickelt18.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Lambuth, A., Pizzi, A., Mittal, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+adhesives+for+wood.">Protein adhesives for wood.</a> Handbook of Adhesive Technology. , 457-477 (2003).</li><li>Keimel, F. A., Pizzi, A., Mittal, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Historical+development+of+adhesives+and+adhesive+bonding.">Historical development of adhesives and adhesive bonding.</a> Handbook of Adhesive Technology. , 1-12 (2003).</li><li>Marra, A. 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R., Dunky, M., Rohumaa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+wood+bonds:+going+beyond+what+meets+the+eye.">Understanding wood bonds: going beyond what meets the eye.</a> Reviews of Adhesives and Adhesion. 6 (4), 369-440 (2018).</li><li>Frihart, C. R., Dally, B. N., Wescott, J. M., Birkeland, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-Based+Adhesives+and+Reliable+Rapid+Small+Scale+Bond+Strength+Testing.">Bio-Based Adhesives and Reliable Rapid Small Scale Bond Strength Testing.</a> International Symposium on Advanced Biomass Science and Technology for Bio-based Products. , (2009).</li></ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Adhesive</td><td>Supplied by user</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Balance</td><td>Normal supply house</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mark II Automated Bonding Evaluation System (ABES-II)</td><td>Adhesive Evaluation Systems Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pneumatically driven sample cutting device</td><td>Adhesive Evaluation Systems Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Regular spatula</td><td>Normal supply house</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wood supply &amp;ndash; Hard maple</td><td>Besse Forest Products Group</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

standard test method astm d 7998-19 for the cohesive strength development of wood adhesives

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.

Das Verfahren wurde ausgiebig für die Untersuchung von Proteinklebstoffen im Forest Products Laboratory eingesetzt. Es wurde festgestellt, dass eine Nassklebefestigkeit von weniger als 2 MPa nicht ausreichte, um weitere Holzklebstofftests zu rechtfertigen, während mehr als 3 MPa ein vielversprechendes Ergebnis für weitere Tests war19. Es hat sich als nützlich erwiesen, um die Empfindlichkeit der Holzverarbeitungsbedingungen12,13 nachzu...

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Standard Test Method ASTM D 7998-19 for the Cohesive Strength Development of Wood Adhesives

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.

Standardprüfverfahren ASTM D 7998-19 zur kohäsiven Festigkeitsentwicklung von Holzklebstoffen

The properties of cured wood adhesives are difficult to study because of the loss of water and other components to the wood, the influence of wood on the ...

standard-test-method-astm-d-7998-19-for-cohesive-strength-development

Research

JoVE Journal

Bioengineering

2.8K Aufrufe.  USDA, Forest Service. 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.

Serie: Standard Test Method ASTM D 7998-19 for the Cohesive Strength Development of Wood Adhesives

Preparation and Testing of Plant Seed Meal-based Wood Adhesives

Recently, the interest in plant seed meal-based products as wood adhesives has steadily increased, as these plant raw materials are considered renewable and environment-friendly. These natural products may serve as alternatives to petroleum-based adhesives to ease environmental and sustainability concerns. This work demonstrates the preparation and testing of the plant seed-based wood adhesives using cottonseed and soy meal as raw materials. In addition to untreated meals, water washed meals and protein isolates are prepared and tested. Adhesive slurries are prepared by mixing a freeze-dried meal product with deionized water (3:25 w/w) for 2 hr. Each adhesive preparation is applied to one end of 2 wood veneer strips using a brush. The tacky adhesive coated areas of the wood veneer strips are lapped and glued by hot-pressing. Adhesive strength is reported as the shear strength of the bonded wood specimen at break. Water resistance of the adhesives is measured by the change in shear strength of the bonded wood specimens at break after water soaking. This protocol allows one to assess plant seed-based agricultural products as suitable candidates for substitution of synthetic-based wood adhesives. Adjustments to the adhesive formulation with or without additives and bonding conditions could optimize their adhesive properties for various practical applications.

To facilitate the effort in seeking more economic and environment-friendly formulations of natural product-based wood adhesives, this work demonstrates the preparation and testing of plant seed-based wood adhesives. This protocol allows one to assess plant seed-based agricultural products as suitable candidates for the substitution of synthetic-based wood adhesives.

Herstellung und Prüfung der Pflanzensamen Speisen basierte Holzklebstoffe

Recently, the interest in plant seed meal-based products as wood adhesives has steadily increased, as these plant raw materials are considered renewable ...

Forschung

Umwelt

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Eine Testplattform in Haltbarkeit Studien von Polymeren und faserverstärkten Polymerverbundwerkstoffe unter Concurrent Hygrothermogeber mechanischen Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Ingenieurwesen

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

Installationsmethode zur Verbesserung der Qualitätskontrolle für Faser verstärkt Polymer Spike Anker

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...

The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties

Construction and demolition waste (CDW), including valuable materials such as plastics, have a remarkable influence on the waste sector. In order for plastic materials to be re-utilized, they must be identified and separated according to their polymer composition. In this study, the identification of these materials was performed using near-infrared spectroscopy (NIR), which identified material based on their physical-chemical properties. Advantages of the NIR method are a low environmental impact and rapid measurement (within a few seconds) in the spectral range of 1600-2400 nm without special sample preparation. Limitations include its inability to analyze dark materials. The identified polymers were utilized as a component for wood-polymer composite (WPC) that consists of a polymer matrix, low cost fillers, and additives. The components were first compounded with an agglomeration apparatus, followed by production by extrusion. In the agglomeration process, the aim was to compound all materials to produce uniformly distributed and granulated materials as pellets. During the agglomeration process, the polymer (matrix) was melted and fillers and other additives were then mixed into the melted polymer, being ready for the extrusion process. In the extrusion method, heat and shear forces were applied to a material within the barrel of a conical counter-rotating twin-screw type extruder, which reduces the risk of burning the materials and lower shear mixing. The heated and sheared mixture was then conveyed through a die to give the product the desired shape. The above-described protocol proved the potential for re-utilization of CDW materials. Functional properties must be verified according to the standardized tests, such as flexural, tensile, and impact strength tests for the material.

Secondary material streams have been shown to include potential raw materials for production. Presented here is a protocol in which CDW-plastic waste as a raw material is identified, followed by various processing steps (agglomeration, extrusion). As a result, a composite material was produced, and mechanical properties were analyzed.

Die Auswirkungen von Bau- und Abbruchabfällen kunststofffraktioniert auf Holz-Polymer-Verbundeigenschaften

Construction and demolition waste (CDW), including valuable materials such as plastics, have a remarkable influence on the waste sector. In order for ...

Disentangling High Strength Copolymer Aramid Fibers to Enable the Determination of Their Mechanical Properties

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to diversify the fiber choices in the United States body armor market, copolymer fibers based on the combination of 5-amino-2-(p-aminophenyl) benzimidazole (PBIA) and the more conventional PPTA were introduced. Little is known regarding the long-term stability of these fibers, but as condensation polymers, they are expected to have potential sensitivity to moisture and humidity. Therefore, characterizing the strength of the materials and understanding their vulnerability to environmental conditions is important for evaluating their use lifetime in safety applications. Ballistic resistance and other critical structural properties of these fibers are predicated on their strength. To accurately determine the strength of the individual fibers, it is necessary to disentangle them from the yarn without introducing any damage. Three aramid-based copolymer fibers were selected for the study. The fibers were washed with acetone followed by methanol to remove an organic coating that held the individual fibers in each yarn bundle together. This coating makes it difficult to separate single fibers from the yarn bundle for mechanical testing without damaging the fibers and affecting their strength. After washing, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was performed on both washed and unwashed samples and the results were compared. This experiment has shown that there are no significant variations in the spectra of poly(p-phenylene-benzimidazole-terephthalamide-co-p-phenylene terephthalamide) (PBIA-co-PPTA1) and PBIA-co-PPTA3 after washing, and only a small variation in intensity for PBIA. This indicates that the acetone and methanol rinses are not adversely affecting the fibers and causing chemical degradation. Additionally, single fiber tensile testing was performed on the washed fibers to characterize their initial tensile strength and strain to failure, and compare those to other reported values. Iterative procedural development was necessary to find a successful method for performing tensile testing on these fibers.

The primary goal of the study is to develop a protocol to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high strength copolymer aramid fibers, by removing a coating and disentangling the individual fiber strands without introducing significant chemical or physical degradation.

Entwirren hohe Festigkeit-Copolymer-Aramid-Fasern um die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen

Traditionally, soft body armor has been made from poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and ultra-high molecular weight polyethylene. However, to ...

Chemie

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Schneidverfahren, Zugprüfung und Alterung flexibler unidirektionaler Verbundlaminate

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber reinforced composites, due to its excellent mechanical properties. Delignified wood, however, is rather fragile in a wet state, which makes handling and shaping challenging. Here we present two fabrication processes, closed-mold densification and vacuum densification, to produce high-performance cellulose composites based on delignified wood, including an assessment of their advantages and limitations. Further, we suggest strategies for how the composites can be re-used or decomposed at the end-of-life cycle. Closed-mold densification has the advantage that no elaborate lab equipment is needed. Simple screw clamps or a press can be used for densification. We recommend this method for small parts with simple geometries and large radii of curvature. Vacuum densification in an open-mold process is suitable for larger objects and complex geometries, including small radii of curvature. Compared to the closed-mold process, the open-mold vacuum approach only needs the manufacture of a single mold cavity.

Delignified densified wood represents a new promising lightweight, high-performance and bio-based material with great potential to partially substitute natural fiber reinforced- or glass fiber reinforced composites in the future. We here present two versatile fabrication routes and demonstrate the possibility to create complex composite parts.

Herstellung und Design von holzbasierten Hochleistungs-Verbundwerkstoffen

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...

Evaluation of the Curing of Adhesive Systems by Rheological and Thermal Testing

The analysis of thermal processes associated to the curing of adhesives and the study of mechanical behavior once cured, provide key information to choose the best option for any specific application. The proposed methodology for the curing characterization, based on thermal analysis and rheology, is described through the comparison of three commercial adhesives. The experimental techniques used here are Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Rheology. TGA provides information about the thermal stability and filler content, DSC allows the evaluation of some thermal events associated to the cure reaction and to thermal changes of the cured material when subjected to temperature changes. Rheology complements the information of the thermal transformations from a mechanical point of view. Thus, the curing reaction can be tracked through the elastic modulus (mainly the storage modulus), the phase angle and the gap. In addition, it is also shown that although DSC is of no use to study the curing of moisture curable adhesives, it is a very convenient method to evaluate the low temperature glass transition of amorphous systems.

An experimental methodology based on thermal and rheological measurements is proposed to characterize the curing process of adhesives with to obtain useful information for industrial adhesive selection.

Bewertung der Aushärtung von Klebstoffsystemen durch rheologische und thermische Prüfung

The analysis of thermal processes associated to the curing of adhesives and the study of mechanical behavior once cured, provide key information to choose ...

Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as source of mechanical reinforcement in fully bio-based fiberboards was developed. Various lignocellulosic crop by-products have already been successfully pre-treated through this process, e.g., cereal straws (especially rice), coriander straw, shives from oleaginous flax straw, and bark of both amaranth and sunflower stems.
The extrusion process results in a marked increase in the average fiber aspect ratio, leading to improved mechanical properties of fiberboards. The twin-screw extruder can also be fitted with a filtration module at the end of the barrel. The continuous extraction of various chemicals (e.g., free sugars, hemicelluloses, volatiles from essential oil fractions, etc.) from the lignocellulosic substrate, and the fiber refining can, therefore, be performed simultaneously.
The extruder can also be used for its mixing ability: a natural binder (e.g., Organosolv lignins, protein-based oilcakes, starch, etc.) can be added to the refined fibers at the end of the screw profile. The obtained premix is ready to be molded through hot pressing, with the natural binder contributing to fiberboard cohesion. Such a combined process in a single extruder pass improves the production time, production cost, and may lead to reduction in plant production size. Because all the operations are performed in a single step, fiber morphology is better preserved, thanks to a reduced residence time of the material inside the extruder, resulting in enhanced material performances. Such one-step extrusion operation may be at the origin of a valuable industrial process intensification.
Compared to commercial wood-based materials, these fully bio-based fiberboards do not emit any formaldehyde, and they could find various applications, e.g., intermediate containers, furniture, domestic flooring, shelving, general construction, etc.

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pretreatment on lignocellulosic biomass was developed, which leads to an increased average fiber aspect ratio. A natural binder can also be added continuously after fiber refining, leading to bio-based fiberboards with improved mechanical properties after hot pressing of the obtained extruded material.

Doppelschnecken-Extrusionsverfahren zur Herstellung erneuerbarer Faserplatten

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as ...

Determination of the Mechanical Properties of Flexible Connectors for Use in Insulated Concrete Wall Panels

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete sandwich wall panels (ICSWPs). Such a standardized test does not exist, but several iterations of this and similar tests have been performed in the literature to varying degrees of success. Further, the tests in the literature are rarely-if ever-described in detail or discussed at length with respect to the testing, data analysis, or safety procedures. A test specimen configuration is recommended herein, and variations are discussed. Important mechanical properties are identified from the load versus displacement data, and their extraction is detailed. The use of test data for design, such as for determining the stiffness of the connectors, is briefly demonstrated to show how ICSWP deflection and cracking behavior may be calculated. The strength behavior of panels may be determined using the full load versus displacement curve or only the maximum connector strength. Shortcomings and unknowns are acknowledged, and significant future work is delineated.

We propose a testing protocol that can be combined with widely available analytical methods to assess the mechanical properties of shear connectors for use in the design of insulated concrete wall panels to predict full-scale insulated panel behavior.

Bestimmung der mechanischen Eigenschaften flexibler Steckverbinder für den Einsatz in isolierten Betonwandpaneelen

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete ...