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Comparison of fracture energy testing by means of double cantilever beam-(DCB)-specimens and lap joint testing method for the characterization of adhesively bonded wood

Vergleich der Bruchenergiebestimmung an Zugspaltproben und der Längszugscherprüfung für die Charakterisierung von Holzverklebungen

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European Journal of Wood and Wood Products Aims and scope Submit manuscript

Abstract

In this study, lap shear strength as well as specific fracture energy of bonded specimens from spruce wood were determined in order to verify whether the calculation of adhesive fracture energy is a suitable tool for the mechanical characterization of different adhesive systems, especially in comparison to the commonly used lap joint test method according to the European standard method EN 302-1. Two different test methods were applied for measuring the fracture energy by using a double cantilever beam (DCB). For both methods the DCB is separated along the bond in mode I fracture. While both adhesive systems applied showed similar shear strength values, differences were much more pronounced regarding the specific fracture energy of the bonded joints. Especially the application of the fracture energy concept, i.e., the separation of the DCB in a single load cycle, provided results with higher informative value than the results of standard lap shear tests.

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Untersuchung wurde die Längszugscherfestigkeit sowie die spezifische Bruchenergie an verklebten Prüfkörpern aus Fichtenholz ermittelt. Es sollte die Eignung der Bruchenergieprüfung im Vergleich zur derzeit häufig eingesetzten standardisierten Längszugscherprüfung nach EN 302-1 zur mechanischen Charakterisierung verschiedener Klebstoffsysteme untersucht werden. Die Bruchenergie wurde an Zugspaltproben unter Verwendung zweier unterschiedlicher Methoden bestimmt. Bei beiden Methoden fand eine Trennung der Proben entlang der Klebfuge statt, die Rissbelastung erfolgte jeweils im Modus I. Während sich die beiden verwendeten Klebstoffsysteme hinsichtlich der Längszugscherfestigkeit der Verklebungen kaum voneinander unterschieden, konnten teils deutliche Unterschiede in der Bruchenergie festgestellt werden. Vor allem bei Anwendung des Bruchenergiekonzeptes, d.h. wenn die Trennung der Zugspaltprobe in einem einzigen Belastungszyklus erfolgt, scheint die Aussagekraft der Ergebnisse für die Charakterisierung der Verklebungsgüte höher zu sein, als dies bei der Längszugscherprüfung der Fall ist.

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Fig. 3 Abb. 3
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References

  • Blackman B, Dear JP, Kinloch AJ, Osiyemi S (1991) The calculation of adhesive fracture energies from double-cantilever beam test specimens. J Mater Sci Lett 10(5):253–256

    Article  CAS  Google Scholar 

  • De Bruyne NA, Houwink R (1957) Klebtechnik – Die Adhäsion in Theorie und Praxis. Berliner Union, Stuttgart

    Google Scholar 

  • DIN 53 253 (1964) Prüfung von Holzleimen und Holzverleimungen, Bestimmung der Bindefestigkeit von Schäftverleimungen im Zugversuch. Deutscher Normenausschuss, Berlin

    Google Scholar 

  • Ebewele R, River BH, Koutsky JA (1979) Tapered double cantilever beam fracture tests of phenolic-wood adhesive joints. Part 1. Development of specimen geometry: effects of bondline thickness, wood anisotropy and cure time on fracture energy. Wood Fiber Sci 11(3):197–21

    Google Scholar 

  • Eckmann R (2007) Charakterisierung der adhäsiven, kohäsiven und mechanischen Eigenschaften der Klebfuge in einer Holzverklebung. Dissertation, Universität für Bodenkultur Wien

  • EN 205 (2003) Klebstoffe – Holzklebstoffe für nicht tragende Anwendungen – Bestimmung der Klebfestigkeit von Längsklebungen im Zugversuch. Österreichisches Normungsinstitut, Wien

    Google Scholar 

  • EN 302-1 (2004) Klebstoffe für tragende Holzbauteile – Prüfverfahren – Teil 1: Bestimmung der Längszugscherfestigkeit. Österreichisches Normungsinstitut, Wien

    Google Scholar 

  • Frühmann K, Burgert I, Stanzl-Tschegg SE, Tschegg EK (2003) Mode I fracture behaviour on the growth ring scale and cellular level of spruce (Picea abies [L.] Karst.) and beech (Fagus sylvatica L.) Loaded in the TR crack propagation system. Holzforschung 57(6):653–660

    Article  Google Scholar 

  • Furuno T, Saiki H, Goto T, Harada H (1983) Penetration of glue into the tracheid lumina of softwood and the morphology of fractures by tensile-shear tests. Mokuzai Gakkaishi 29(1):43–53

    Google Scholar 

  • Gagliano JM (2001) An improved method for the fracture cleavage testing of adhesively-bonded wood. MS thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg

  • Gagliano JM, Frazier CE (2001) Improvements in the fracture cleavage testing of adhesively-bonded wood. Wood Fiber Sci 33(3):377–385

    CAS  Google Scholar 

  • Gindl W, Teischinger A, Konnerth J, Müller U (2006) Prüfung der Verklebungsfestigkeit mit der Schäftprobe. Holz-Zentbl 132(16):460–461

    Google Scholar 

  • Harm M (2006) Vergleich dreier Verfahren zur Bestimmung der Verklebefestigkeit von Vollholz. Diplomarbeit, Universität für Bodenkultur Wien

  • Irwin GR, Kies JA (1954) Critical energy rate analysis of fracture strength. Weld J 33(4):193–198

    Google Scholar 

  • Keunecke D, Stanzl-Tschegg S, Niemz P (2007) Fracture characterisation of yew (Taxus baccata L.) and spruce (Picea abies [L.] Karst.) in the radial-tangential and tangential-radial crack propagation system by a micro wedge splitting test. Holzforschung 61(5):582–588

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Konnerth J, Gindl W, Harm M, Müller U (2006a) Comparing dry bond strength of spruce and beech wood glued with different adhesives by means of scarf- and lap joint testing method. Holz Roh-Werkst 64(4):269–271

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Konnerth J, Gindl W, Müller U (2006b) Elastic properties of adhesive polymers. I. Polymer films by means of electronic speckle pattern interferometry. J Appl Polym Sci 103(6):3936–3939

    Article  Google Scholar 

  • Künniger T (2009) Methode zur Quantifizierung des prozentualen Faserbruchanteils an Scherproben. Holztechnologie 50(2):26–31

    Google Scholar 

  • Lavisci P, Pizzo B, Gagliano JM, Triboulot P, De Ciechi M (2003) Fracture energy testing of thick joints with structural wood adhesives. Holz Roh-Werkst 61(5):355–357

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Matthews FL, Rawlings RD (1999) Composite materials: engineering and science. Woodhead Publishing Ltd, Abington

    Google Scholar 

  • Mijovic JS, Koutsky JA (1979) Effect of wood grain angle on fracture properties and fracture morphology of wood-epoxy joints. Wood Sci 11(3):164–168

    Google Scholar 

  • Müller U, Sretenovic A, Vincenti A, Gindl W (2005) Direct measurement of strain distribution along a wood bond line. Part 1: Shear strain concentration in a lap joint specimen by means of electronic speckle pattern interferometry. Holzforschung 59(3):300–306

    Article  Google Scholar 

  • Reiterer A, Sinn G, Stanzl-Tschegg SE (2002) Fracture characteristics of different wood species under mode I loading perpendicular to the grain. Mater Sci Eng A Struct 332(1–2):29–36

    Article  Google Scholar 

  • River BH, Okkonen EA (1993) Contoured wood double cantilever beam specimen for adhesive joint fracture tests. J Test Eval 21(1):21–28

    Article  Google Scholar 

  • Sell J (1989) Eigenschaften und Kenngrössen von Holzarten. Baufachverlag, Zürich

    Google Scholar 

  • Stanzl-Tschegg SE, Tan DM, Tschegg EK (1995) New splitting method for wood fracture characterization. Wood Sci Technol 29(1):31–50

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Zhou A, Lesko J (2006) Polymers and adhesives for the infrastructure. Showcase on Virginia fiber-reinforced composites: materials, design, and construction, Bristol. http://www.virginiadot.org/business/resources/bridge-02PolymersAdhesives.pdf. Accessed 21 January 2010

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Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge financial support by the Competence Centre for Wood Composites and Wood Chemistry (Wood K plus) as well as by the Austrian Science Fund (FWF) under grant P21681.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Department of Material Sciences and Process Engineering, Institute of Wood Science and Technology, BOKU – University of Natural Resources and Life Sciences, Peter Jordan Straße 82, 1190, Vienna, Austria

    Stefan Veigel & Wolfgang Gindl-Altmutter

  2. Wood K plus – Competence Centre for Wood Composites and Wood Chemistry, Linz, Austria

    Jürgen Follrich & Ulrich Müller

Authors
  1. Stefan Veigel
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  2. Jürgen Follrich
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  3. Wolfgang Gindl-Altmutter
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  4. Ulrich Müller
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Veigel, S., Follrich, J., Gindl-Altmutter, W. et al. Comparison of fracture energy testing by means of double cantilever beam-(DCB)-specimens and lap joint testing method for the characterization of adhesively bonded wood. Eur. J. Wood Prod. 70, 3–10 (2012). https://doi.org/10.1007/s00107-010-0499-6

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