This study was carried out to investigate whether adhesive used in manufacturing glulam can be used to bond wood and GFRP, when considering working process and economical efficiency. The six different glulams were manufactured, changing the adhesives and the mixing ratios of the adhesives, and investigated by the block shear test and the delamination of the water soaking or boiling water soaking. The three glulams were manufactured, using the resocinol resin based adhesive, the PVAc resin based adhesive and the epoxy resin adhesive, and the other three glulams, using the adhesives mixing resocinol resin and PVAc resin. The block shear strength is higher than $7.1N/mm^2$ in all types, which is standard of KS F3021. However, in the wood failure the block shear strength was the highest as 65.9% in the PVAc. The delamination of glulams glued with PVAc adhesive, which was 1.08% in water soaking and 4.16% in boiling water soaking, was lower than 5.00% which is the standard of KS F 3021, and the adhesive strength is good. In glulams glued with only resocinol resin adhesive, the wood layers were good as 1.26% in the water soaking delamination and 0.00% in the boiling water soaking delamination. The GFRP layers were not good as 21.85% in the water soaking delamination but were good as 1.45% in the boiling water soaking delamination.
Kim, Keon-Ho;Kim, Se-Jong;Yang, Sang-Yun;Yeo, Hwanmyeong;Eom, Chang-Deuk;Shim, Kugbo
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.43
no.5
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pp.682-690
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2015
The bonding performance of two types of wood adhesives, namely phenol-resorcinol-formaldehyde (PRF) resin and melamine-urea-formaldehyde (MUF) resin for glued laminated timber manufactured by high frequency (HF) heating was evaluated. The HF heating system consists of HF oscillator with dielectric heating system for curing adhesives, and hydraulic press system for clamping glued laminated timber. The designed frequency and output power of the HF system was as 5 MHz and 60 kW, respectively. To verify dielectric heating mechanism under HF oscillation, the heat loss factors of laminae and adhesives were measured. The results show that it is possible to selectively heat adhesives for their curing due to the remarkably higher loss factor of the adhesives than those of wood laminae. The temperature of adhesive in the bonding line reached up to the set temperature within a few seconds by high frequency oscillating, which advanced the curing of adhesive afterwards. The bonding performance, such as shear strength of bonding line, water soaking delamination, and boiling water soaking delamination of PRF resin met the requirement of Korean Standard (KS), however the MUF resin did not meet the KS requirement of boiling water soaking delamination. These results indicate that the HF heating system is successful to manufacture glued laminated timbers with PRF resins to meet the bonding requirements.
In order to replace existing slit type steel plate on the wooden structure joint, the FRP-reinforced laminated plates were produced. Four types of FRP-reinforced laminated plates were produced according to the type of reinforcement and adhesive, and before applying to the joint, the adhesion performance test according to KSF 3021 and KSF 2160 and the Compact Tension (CT) type fracture toughness test specified in ASTM D5045-99 were carried out. As a result of adhesion performance test, all GFRP textile, GFRP sheet, and GFRP Textile-Sheet type FRP-reinforced laminated plates satisfied the requirement of soaking delamination percentage with smaller than 5% based on KS standard. However, aramid type specimen satisfied the standard as the soaking delamination percentage of 4.8% but it did not satisfied the standard as the water proof soaking delamination percentage of 70%. As a result of fracture toughness test, the volume ratio of reinforcement to timber became 23% so that the strength of FRP-reinforced laminated plates increased by two to four times in comparison to the control specimen. It was confirmed that the GFRP Textile-Sheet type specimen was most resistant to the fracture most since the ratio of stress intensity factor compared with that of the control increased to 61% owing to the parallel arrangement of glass fiber to the load. As a result of tensile shear strength test using FRP-reinforced laminated plates and nonmetal dowels, it is about 12% lower than metal connectors.
The delamination along the annual ring on the cross-section of laminae and the bonding strength according to the tangential angle between laminae were evaluated for the production of 3-ply cross-laminated timber (CLT) using domestic larch. Since there is no standard for CLT in Korea, the production and test of specimens for bonding strength followed the standard procedure of "Structural glued laminated timber" (KS F 3021). The standard specifies to exclude any measurement from the cracks of timbers resulted from drying or knots during delamination test of the glued laminated timbers. However, the failure of cross-sectional tissues along the annual rings was observed near the glue-line of all specimens during the delamination test. Because this phenomenon can generate defects in the CLT that may be exposed to various temperatures and relative humidities after the actual construction, the delamination percentage was measured by including this wood failure. As a result, the delamination percentage of the CLT which had been combined in such a way that the annual rings of outer lamina were directed inward was the lowest, which was around 13%, regardless of the annual ring direction of the middle lamina. On the other hand, the delamination percentage of the CLT which had been combined in such a way that the annual rings of outer lamina were directed outward was the highest, which was around 26%. Furthermore, end-split occurred in the outer lamina during the drying process of the boiling delamination test, which affected the delamination percentage. Therefore, the soaking delamination test was found to be more appropriate for evaluating the delamination strength of CLT. The block shear strength of larch CLT was $3.9{\pm}0.9$ MPa on average, which was 46% lower than the block shear strength requirement (7.1 MPa) of the standard, but satisfied the criteria of the block shear strength (3.5 MPa) of the European Standard (prEN 16351: 2013).
To evaluate the bonding performance of reinforced glulam, the textile type of glass fiber and aramid fiber, and the sheet type of glass fiber reinforced plastic (GFRP) and carbon fiber reinforced plastic (CFRP) were used as reinforcements. The reinforced glulam was manufactured by inserting reinforcement between the outmost and middle lamination of 5ply glulam. The types of adhesives used in this study were polyvinyl acetate resins (MPU500H, and MPU600H), polyurethane resin and resorcinol resin. The block shear strengths of the textile type in glass fiber reinforced glulam using MPU500H and resorcinol resin were higher than 7.1 N/$mm^2$, and these glulams passed the wood failure requirement of Korean standards (KS). In case of the sheet types, GFRP reinforced glulams using MPU500H, polyurethane resin and resorcinol resin, and CFRP reinforced glulams using MPU500H and polyurethane resin passed the requirement of KS. The textile type of glass fiber reinforced glulam using resorcinol resin after water and boiling water soaking passed the delamination requirement of KS. The only GFRP reinforced glulam using MPU500H after water soaking passed the delamination requirement of KS. We conclude that the bonding properties of adhesive according to reinforcements are one of the prime factors to determine the bonding performance of the reinforced glulam.
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
As glulam is a woody material, it is necessary to be more careful in a gluing process. It takes 6-7 hours at $40-60^{\circ}C$ to harden PRF resin used in making structural glulam, and about 24 hours at room temperature. In the present process which can not use a press continuously, reducing the hardening time is necessary to increase production. The experiment was done to compare the adhesive properties of PRF resin and MUF resin through bending test, block shear strength test and water soaking test. In comparing the bending strength of prediction MOE is 1.2 times higher that actual MOE. PRF and MUF do not show significant difference in MOE and MOR, and in block shear strength test, such as shear strength and wood failure rate. However, in water soaking and boiling water soaking tests PRF and MUF show the significant difference in delamination rate.
To evaluate the adhesive characteristics of mixed cross-laminated timber (CLT) using domestic softwoods structural lumber proposed by KS F 3020 and yellow poplar, penetration depth of adhesive and thickness of bonding line were analyzed based on the results of boiling water soaking delamination. 3 Types of adhesives and 2 types of major layer were divided into a 5 ply CLT using yellow popular as minor layer. The bonding performance of the mixed CLT as structural members was evaluated based on the KS F 2081. The thickness of bonding line between layers of the mixed CLT was measured with a scanning electron microscope, and the adhesive penetration depth in the layer members was measured with an optical microscope. As a result of boiling water soaking delamination test of mixed CLT, the CLT specimens using PRF and PUR adhesives met the requirements of KS F 2081. It was verified that the penetration path of the adhesive in the layes was mainly through the tracheid cell in the case of Japanese larch and Korean red pine layers, and through the vessel and radial tissue in yellow popular layers. The penetration depth of the adhesive was the highest for the PRF adhesive under the same pressing time conditions, and the thickness of the bonding line was in inverse proportion to the penetration depth in the case of the PUR adhesive.
This research was carried out to examine the properties of fancy cherry veneer overlaid on the PF resin bonded Meranti plywood floor, which 2.5% green tea leaf powder was applied in the UV varnishes and the adhesives for scavenging the volatile organic compounds. The results were as follows: 1. The various properties of the treated samples, such as density, moisture content, thickness swelling, bending strength(MOR), adhesion shear strength, surface abrasion, curling, cyclic delamination test with boiling water, boiling property, cold-resistance and heat resistance, acid resistance and alkali resistance, and anti-contamination property showed no significant difference between the properties of the control samples. 2.5% green tea leaf powder treated floor gave a little better results than the control for surface scratch test. 2. In case of QUV and weathering test, no difference between the treated sample and control was found. 3. The floor was discolored by adding 10% green tea leaf powder to UV coating, and the floor was also discolored to light green during by the soaking test. The color of floor was not changed up to 5% addition level.
The selected physical and mechanical properties of non-certificated LVL circulated in domestic lumber market were investigated and compared to relevant standards. The tested LVL passed the moisture content and the soaking delamination rate limit as per domestic (KS) and Japanese standard (JAS). The evaluated mechanical properties were flatwise/edgewise bending strength, modulus of elasticity (MOE), horizontal shear and compressive strength. The 30 mm-thick LVL showed significantly higher bending strength than that of the 25 mm-thick LVL. The modulus of elasticity (MOE) showed same tendency in the results of bending strength. The edgewise bending strength and MOE were higher than that of flatwise bending strength and MOE. The horizontal shear strength values were also showed similar results to bending strength values. The tested results were compared each other and each products were graded according to JAS 701 grade specification. The failure mode of LVL in bending test showed the similar failure mode of solidwood that failed in a simple tension manner (splintery tension). The glue line failure was severe in 25 mm-thick specimens due to concentration of shear stress in layer discontinuity containing small voids and starved glue lines. In horizontal shear strength test, failure mode of LVL showed the typical horizontal shear failure. Compressive specimens failed with fiber crushing in company with apparent delamination that splitted along the length of the specimens. From the results, the complete bonding between lamination and consistency in thin veneer layer were considered as a critical factor in the mechanical properties of LVL. Moreover, the standard test procedure and specification for non-certificated LVL should be required to check the performance of uncertificated materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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