Este trabalho foi apoiado pela concessão do United Soybean Board 1940-352-0701-C e pelo Departamento de Agricultura dos EUA\Serviço Florestal. Agradecemos o apoio e as informações detalhadas de Phil Humphrey da AES.

1. Preparação de substratos
<ol><li>Use uma superfície de substrato adequada para a aplicação. Para madeira, use um folheado fatiado de cerca de 0,6 a 0,8 mm de espessura de um produtor confiável, pois esses folheados são usados para a fabricação de madeira compensada e laminada (LVL). Estes são obtidos de um fornecedor de folheados, como folhas de 0,6 a 0,8 mm de espessura e cortadas em 305 mm em um lado. Um substrato consistente é um folheado de face de bordo duro (Acer saccharum) por causa de sua suavidade superficial e espessura consistente, e é uma madeira de lei porosa e de alto módulo difusa. As facetas de bordo são comumente usadas na construção de armários e geralmente estão livres de defeitos.</li>
	<li>Condicionar a madeira, não empilhada, a 21 °C e a 50% de humidade relativa (UR) durante, pelo menos, um dia antes da utilização. Evite folheados excessivamente ondulados, com uma superfície irregular e que contenham defeitos, incluindo descoloração. NOTA: Outras espécies de madeira podem ser usadas para entender o desempenho de ligação do adesivo com essas espécies. No entanto, madeiras de lei difusas-porosas e madeiras macias com uma transição gradual de madeira precoce para madeira tardia são recomendadas por sua uniformidade. Tome cuidado porque a madeira pode ser ácida ou básica ou ter extrativos na superfície que podem alterar o processo de cura adesiva. Além disso, o processamento da árvore desde o momento do corte até a produção da faceta pode alterar a resistência de aderência12,13. Como o ABES usa uma pequena quantidade de madeira, ele é menos afetado por variações de madeira que ocorrem com outros testes, como o teor de umidade da madeira e a profundidade de verificação do folheado.</li>
	<li>Certifique-se de que os lados do folheado estejam livres de quaisquer fibras soltas ao longo da borda e o produto colado não tenha nenhum adesivo significativo espremer, pois estes tenderão a superestimar a resistência de aderência, uma vez que não há modificação pós-colagem das amostras.</li>
</ol>2. Preparação de espécimes
<ol><li>Condicionar os provetes de madeira a 21 °C e a 50% UR durante, pelo menos, um dia. Verifique se há rachaduras, descoloração ou irregularidades de grãos a serem evitadas ao cortar os espécimes.</li>
	<li>Certifique-se de que o dispositivo de corte de amostra acionado pneumaticamente está operacional.</li>
	<li>Use um cortador de matrizes especial que corte o tamanho de amostra necessário de 20 mm por 117 mm de 0,6 a 0,8 mm de espessura de folheado de bordo (Figura 1, Tabela de Materiais).<ol><li>Coloque um pedaço de folheado, pelo menos 150 mm por 300 mm, sob as lâminas de corte de modo que o grão do folheado fique paralelo com a direção longa e pressione o botão de pressão do ar para cortar cada pedaço de madeira de 20 mm por 117 mm.</li>
		<li>Mova o pedaço de folheado sob as lâminas de corte para uma área não cortada e pressione o botão novamente para cortar outro pedaço de madeira. Continue até que o pedaço de folheado esteja completamente cortado em pedaços. NOTA: Se a direção longa da amostra não for paralela à direção do grão, durante um teste pode ocorrer fratura precoce na madeira longe da porção ligada.</li>
	</ol></li>
	<li>Para outros materiais que não a madeira, cortar os espécimes utilizando as técnicas adequadas. Se o material não puder ser cortado com o cortador de amostras, use o que cortar o material para cortá-lo no tamanho necessário. Devido à pequena área de colagem, é importante que o corte seja preciso e os espécimes livres de detritos ao longo das bordas e nas superfícies de colagem.</li>
</ol>3. Operacionalidade do equipamento
<ol><li>Para o processo de colagem, certifique-se de que o equipamento ABES está funcionando corretamente de acordo com um procedimento operacional padrão11. As configurações na parte frontal da unidade ABES para amostras de colagem e quebra são: LP Press 0.2 MPa, HP Press 0.2 MPa, Pull 0.65 MPa e Cool Air 0.2 MPa.</li>
	<li>Use a pressão de fornecimento de ar de pelo menos 0,62 MPa (90 psig) porque a pressão muito baixa fará com que as braçadeiras e placas de preensão se fechem muito lenta ou desigualmente na amostra, resultando em forças de aderência incorretas (Figura 2, acima).</li>
	<li>Limpe as placas de qualquer adesivo resultante da compressão da amostra anterior. Ajustar a temperatura das placas à temperatura desejada e equilibrar-se antes de colagem das amostras.</li>
	<li>Para unir a madeira, opere o equipamento em uma sala que esteja a 21 °C e 50% UR. Se isso não for possível, mantenha os espécimes condicionados em um saco plástico até a colagem devido à rápida mudança na umidade da madeira devido ao pequeno tamanho dos espécimes.</li>
	<li>Para a obtenção de dados de cura cinética, projete o método de modo que as velocidades mecânica e eletrônica sejam suficientes para coletar dados com precisão, conforme descrito na norma ASTM D7998-1911.</li>
</ol>4. Colagem dos espécimes com o adesivo
NOTA: A aplicação do adesivo é uma questão crítica para adesivos de madeira devido à grande variação na viscosidade e porcentagem de sólidos que vão de um adesivo de laminação como em madeira compensada para um adesivo spray capaz de aglutinante. Os adesivos de madeira são geralmente à base de água, de modo que a evaporação é apenas um problema menor. No entanto, a imersão de água na madeira porosa é importante.
<ol><li>Espalhar 5 mg do adesivo a estudar sobre o terminal 0,5 cm o suficiente para cobrir a área de colagem e transferir para o outro provete, mas sem espremer excessivamente. Para obter uma taxa de propagação adesiva relativamente constante, reboque o espécime de madeira em uma balança e repese após a aplicação do adesivo.</li>
	<li>Tenha muito cuidado na distribuição do adesivo, sobrepondo os corpos de prova e certificando-se de que os dois corpos estejam alinhados, uma vez que uma pequena área de colagem é utilizada e as forças são determinadas como a força de tração sobre a área colada (Figura 2 abaixo). Diferentes áreas de colagem podem ser usadas, mas a resistência não é necessariamente comparável devido à variação na mecânica dos testes de cisalhamento de volta. NOTA: A literatura recomenda várias maneiras de aplicar o adesivo na madeira, dependendo da consistência do adesivo. O método de aplicação de adesivo originalmente recomendado usava um dispositivo de micropulverização projetado para fins específicos10, mas isso foi considerado confuso, lento e muito dependente da reologia adesiva. Embora esse método tenha aplicado o adesivo como pontos discretos como utilizado em aplicações de aglutinantes para aglomerado e aparador orientado, um método de impressão parece mais confiável14. O método de aplicação de micropipetas pode fornecer um volume reprodutível de adesivo10, mas é um pouco difícil de distribuir uniformemente. O método da espátula tem funcionado melhor para a obtenção de uma distribuição uniforme do adesivo na área de colagem, sendo recomendada uma microbalança para a obtenção de uma quantidade medida11.</li>
	<li>Dados de resistência final<ol><li>Unir os corpos de prova a 120 °C durante 2 min e condicioná-los durante a noite a 21 °C e 50% UR, uma vez que a prensagem a quente durante a colagem seca a madeira. Para unir a madeira, prenda uma amostra no lugar fechando as alças no testador ABES, certificando-se de que a amostra está alinhada com o testador. Em seguida, pressione o botão de partida na máquina para que as placas de 120 °C pressionem a seção sobreposta por 2 minutos, antes de retrair as placas e soltar as alças para que as amostras possam ser removidas. NOTA: O tempo e a temperatura para a cura são ditados pela aplicação e pela química do adesivo. A temperatura e o tempo de ligação devem ser otimizados para que a resistência atinja o platô mais alto usando diferentes temperaturas e tempos de ligação para determinar as condições de resistência máxima. Para ligações de madeira, o teste de resistência ao cisalhamento seco é valioso, mas o teste úmido geralmente é mais crítico para determinar a durabilidade do adesivo e requer uma imersão de 4 horas à temperatura ambiente da amostra em água.</li>
		<li>Para o teste, bloqueie uma amostra no lugar fechando as alças no testador ABES, certificando-se de que a amostra esteja alinhada com o testador. Em seguida, pressionando o botão de início, o instrumento puxa uma extremidade através de um servodrive, enquanto a outra extremidade da amostra puxa uma célula de carga presa às alças. Esse puxão continua até que o vínculo se rompa. O computador registra a força máxima que a amostra pode suportar, que é registrada como força de ligação.<ol><li>Use o mesmo procedimento para as amostras secas e embebidas em água. Ao medir a força de ruptura, tome cuidado para garantir que os punhos segurem a madeira com força, porque se o adesivo for muito forte, a madeira pode escorregar. Se a amostra quebrar fora da área colada, descarte o valor, pois isso está medindo a resistência da madeira, não o adesivo.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Desenvolvimento da força cinética<ol><li>Determine a taxa de desenvolvimento de resistência de um adesivo para estimar o tempo de impressão necessário para produtos de grande escala. Siga o mesmo procedimento que na etapa 4.3, exceto variar a temperatura e o tempo. Comece o teste de resistência à temperatura da placa de 100 °C, usando tempos de colagem de 10, 30, 60, 90, 120, 150, 180 e 210 segundos. Posteriormente, aumente a temperatura em 10 °C e repita os tempos de colagem até que não haja mais nenhuma seção linear de força versus tempo nos baixos tempos de ligação.</li>
		<li>Após a colagem, retraia as placas e use o recurso de resfriamento de ar do ABES para resfriar a amostra até perto da temperatura ambiente e, em seguida, medir a resistência da amostra. Começando em um tempo de prensagem baixo e aumentando primeiro o tempo para amostras subsequentes, colete os dados de força versus tempo até que o aumento do tempo resulte em pouca ou nenhuma força crescente. Em seguida, fazer a mesma sequência em temperaturas mais altas produzirá o gráfico resultante de força versus tempo e a taxa de cura como a inclinação (Figura 3). NOTA: Os dados do adesivo fenólico na Figura 3a10 mostram o efeito da temperatura no desenvolvimento da resistência em diferentes momentos. A Figura 3b mostra a taxa de desenvolvimento da resistência isotérmica regredida versus temperatura. Para a obtenção do desenvolvimento da resistência isotérmica, a amostra foi resfriada antes do teste. Alguns adesivos, como o ureia-formaldeído15, têm um tempo e temperatura de colagem ideais antes que a degradação comece a ocorrer. Esse método pode detectar esse problema e determinar as condições ideais.</li>
	</ol></li>
	<li>Resistência ao calor<ol><li>Se o produto precisar atender a uma certa resistência à temperatura, prenda a amostra colada na unidade ABES. Depois de as placas serem aquecidas a essa temperatura, por exemplo, a 220 °C, acima da qual a madeira começa a degradar-se, feche na amostra pré-colada durante 2 min e, em seguida, abra para medir a resistência de aderência como no ponto 4.3.2 para determinar qualquer amolecimento térmico do adesivo em comparação com a temperatura de colagem de 120 °C.</li>
		<li>Repetir este ensaio, excepto se as placas forem fechadas na amostra durante 30 minutos e, em seguida, ensaiadas quanto à resistência para determinar a resistência se o adesivo estiver termicamente degradado. A liberação das placas e a resistência do teste determinarão a resistência ao calor da amostra em comparação com o valor antes do aquecimento. Esse tipo de procedimento foi utilizado para testar adesivos de madeira16. Como o ABES usa aquecimento rápido e pode medir a força enquanto quente sem mover a amostra para outra máquina, ele pode ser usado para diferenciar entre os dois modos de falha (ou seja, amolecimento térmico ou degradação). O amolecimento térmico produz perda de força imediatamente após o aquecimento e é tipicamente recuperável. A degradação química ocorre gradualmente ao longo do tempo em alta temperatura e não recupera a resistência mecânica no resfriamento. NOTA: Os fabricantes de adesivos precisam diferenciar se a perda de resistência é de amolecimento térmico ou degradação química, porque esses problemas exigem soluções diferentes. Existem muitos métodos que podem medir transições de amolecimento, incluindo outras análises térmicas, mas eles não distinguem entre uma mudança nas propriedades mecânicas e na estrutura química.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Análise de imagem da superfície de colagem com falha
<ol><li>Como o objetivo principal é determinar a resistência adesiva ou a taxa de desenvolvimento da resistência coesiva, certifique-se de que a falha esteja dentro do adesivo e não com adesão ao substrato (Figura 4) ou falha do substrato. Se ocorrer falha do substrato, o adesivo tem resistência suficiente. Alternativamente, a falha coesiva no adesivo a granel indica fraqueza do adesivo. No entanto, decidir entre adesão e falha interfásica adesiva pode ser difícil17. Uma variedade de métodos tem sido desenvolvida para a análise da madeira18.</li>
</ol>

<ol>
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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+some+process+variables+on+the+lap-shear+strength+of+aspen+strands+uniformly+coated+with+pmdi-resin.">The effect of some process variables on the lap-shear strength of aspen strands uniformly coated with pmdi-resin.</a> Wood and Fiber Science. 36 (2), 228-238 (2004).</li><li>Pizzi, A., Pizzi, A., Mittal, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urea-formaldehyde+adhesives.">Urea-formaldehyde adhesives.</a> Handbook of Adhesive Technology. , 635-652 (2003).</li><li>O'Dell, J. L., Hunt, C. G., Frihart, C. 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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>

Os autores não têm nada a revelar.

As etapas críticas no procedimento são as seguintes: seleção de substratos, preparação de espécimes, operacionalidade do equipamento e colagem de amostras.
O substrato deve ser forte, ter defeitos mínimos (liso, plano, sem rachaduras e sem descoloração. Folheado de face de armário de corte rotativo não lixado de uma madeira porosa difusa com bordo de açúcar (Acer saccharum) preferido. O lixamento cria uma superfície menos uniforme e mais fragmentada7</...

A colagem de madeira é o maior mercado único de adesivos e levou ao uso eficiente dos recursos florestais. Por muitos séculos, a madeira maciça foi usada para a maioria das aplicações, exceto para a construção de móveis, sem critérios de teste, exceto a durabilidade do produto em uso. No entanto, os produtos de madeira colada tornaram-se mais comuns, a começar pelas vigas de compensado e glulam, utilizando adesivos de base biológica 1,2. Embora esses produtos fossem satisfatórios na época, a substituição de colas, de soja, caseína e sangue por adesivos sintéticos contendo formaldeído levou a propriedades melhoradas. O maior desempenho desses novos adesivos levou a padrões de teste definidos com expectativas de desempenho mais altas do que o alcançável com a maioria dos adesivos de base biológica. Os adesivos sintéticos também possibilitaram a colagem de partículas, incluindo serragem para formar aglomerados, fibras para formar painéis de fibras com densidades variadas, cavacos para fornecer aparador orientado e madeira de fio paralelo, folheados para produzir madeira compensada e laminada laminada, bem como madeira unida por dedo, glulam, madeira laminada cruzada e I-joists de madeira3. Cada um desses produtos tem seus próprios critérios de teste4. Assim, o desenvolvimento de um novo adesivo pode exigir muito trabalho de formulação e testes extensivos para determinar se há algum potencial para desenvolver resistência suficiente. Este teste demorado e a complexidade das propriedades da madeira e da colagem da madeira5 limitaram o desenvolvimento de novos adesivos. Além disso, as propriedades mecânicas dos adesivos de madeira podem ser diferentes quando curadas entre superfícies de madeira, em oposição a6 puras. A cura em contato com a madeira permite a fuga de água e componentes de baixo peso molecular do adesivo, além de complexas interações interfásicas e químicas do adesivo com a madeira 3,7.
O desenvolvimento do Sistema Automatizado de Avaliação de Colagem (ABES) tem sido muito útil para a compreensão do desenvolvimento da resistência dos adesivos de madeira, pois é rápido e fácil de usar 8,9,10. O sistema é uma unidade integral que liga amostras de cisalhamento de volta e, em seguida, mede a força sob tensão necessária para quebrar a ligação. Sua utilidade levou ao desenvolvimento do método ASTM D7998-19 que usa este sistema11. Embora este sistema tenha sido originalmente projetado para medir o desenvolvimento da resistência adesiva em função da temperatura e do tempo, ele também pode medir a resistência ao calor dos adesivos curados, bem como a avaliação rotineira da resistência à aderência. Embora o teste ABES seja uma ferramenta de triagem preliminar muito útil, como qualquer teste, ele tem suas limitações e não substitui todos os testes específicos de resistência e durabilidade do produto.
Embora existam muitos meios de medir as características de cura dos adesivos, variando de reometria em tempo de gel a calorimetria diferencial de varredura, análise mecânica dinâmica e espectroscopia de muitos tipos, apenas o método ABES mede o desenvolvimento da resistência mecânica. Isso requer um instrumento que seja rigidamente controlado para aquecimento, resfriamento e testes de tração no local11.

<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

As propriedades dos adesivos de madeira curada são difíceis de estudar devido à perda de água e outros componentes para a madeira, à influência da madeira na cura adesiva e ao efeito da penetração do adesivo na interfase da madeira; assim, o teste normal de um filme adesivo limpo geralmente não é útil. A maioria dos testes de resistência de aderência adesiva de madeira é lenta, trabalhosa, pode ser fortemente influenciada pela madeira e não fornece informações sobre a cinética da cura. O método de teste ASTM D 7998-19, no entanto, pode ser usado para avaliação rápida da resistência de ligações de madeira. O uso de uma superfície de madeira lisa, uniforme e forte, como o folheado de face de bordo, e pressão de colagem suficiente reduzem os efeitos de aderência e resistência da madeira na resistência de ligação. Este método tem três aplicações principais. A primeira é fornecer dados consistentes sobre o desenvolvimento da força de ligação. A segunda é medir as resistências a seco e molhado de amostras de cisalhamento de colo ligadas. A terceira é entender melhor a resistência ao calor do adesivo, avaliando rapidamente a sensibilidade térmica e distinguindo entre amolecimento térmico e degradação térmica.

O procedimento tem sido amplamente utilizado para o estudo de adesivos proteicos no Laboratório de Produtos Florestais. Verificou-se que menos de 2 MPa de resistência de aderência úmida era insuficiente para justificar mais testes de adesivo de madeira, enquanto maior que 3 MPa era um resultado promissor para testes adicionais19. Tem se mostrado útil para demonstrar sensibilidade das condições de processamento de madeira12,13. Outro...

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

Apresentamos um procedimento, ASTM D7998-19, para uma avaliação rápida e mais consistente da resistência seca e úmida das ligações adesivas em madeira. O método também pode ser usado para fornecer informações sobre o desenvolvimento da resistência em função da temperatura e do tempo ou da retenção de força até 250 °C.

Método de Teste Padrão ASTM D 7998-19 para o Desenvolvimento de Resistência Coesiva de Adesivos de Madeira

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 visualizações.  USDA, Forest Service. Apresentamos um procedimento, ASTM D7998-19, para uma avaliação rápida e mais consistente da resistência seca e úmida das ligações adesivas em madeira. O método também pode ser usado para fornecer informações sobre o desenvolvimento da resistência em função da temperatura e do tempo ou da retenção de força até 250 °C.

Vídeo: 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.

Preparação e Teste de madeira adesivos à base de planta refeição Semente

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

Ambiente

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.

A Plataforma de testes de durabilidade Estudos de Polímeros e reforçado com fibra de polímero Composites, sob estímulo Concurrent Hygrothermo-mecânico

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

Engenharia

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.

Método de instalação para aprimorar o controle de qualidade para a fibra reforçado polímero Spike âncoras

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.

O efeito das frações plásticas de resíduos de construção e demolição em propriedades compostas de polímeros de madeira

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.

Desembaraçar as fibras de aramida de copolímero de alta resistência para permitir a determinação de suas propriedades mecânicas

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

Química

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.

Procedimentos de corte, testes de tração e envelhecimento de laminados unidirecionais flexíveis compósitos

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.

Fabricação e design de compósitos de alto desempenho baseados em madeira

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.

Avaliação da Cura de Sistemas Adesivos por Testes Reológicos e Térmicos

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.

Processo de extrusão de dois parafusos para produzir placas de fibra renovável

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.

Determinação das Propriedades Mecânicas de Conectores Flexíveis para Uso em Painéis de Parede de Concreto Isolado

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