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Structural bonding of ash (Fraxinus excelsior L.): resistance to delamination and performance in shearing tests

Verklebungen aus Eschenholz (Fraxinus excelsior L.) für tragende Bauteile - Ergebnisse aus Delaminierungs- und Scherversuchen

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Abstract

The utilization of ash (Fraxinus excelsior L.) allows for a significant enhancement of the load-bearing capacity in structural laminated products. However, such applications fundamentally require high-strength and durable bonds between lamellas and in finger joints. Therefore, the aim of the present survey was to evaluate ash bondings in terms of resistance to delamination (EN 302-2) and shear performance (EN 392). Investigations were performed with five adhesives: phenol-resorcinol-formaldehyde (PRF), melamine-urea-formaldehyde (MUF-1, MUF-2), polyurethane (PUR), emulsion polymer isocyanate (EPI) and varying closed assembly times as key bonding parameter. For all tested adhesives and closed assembly times, the shear test showed high wood failure percentages and bond strength values that compare to solid ash. In contrast, for resistance to delamination, significant differences were found between the adhesives as well as between closed assembly times, with improving resistance to delamination for increasing closed assembly times. The best performance was determined for the PRF-adhesive and long closed assembly times. However, standard requirements for resistance to delamination could not be met by any of the adhesives. The resistance to delamination showed no correlation with the shear performance for any of the adhesives. Microscopic examination of the bonded joints revealed that both the penetration behavior of the adhesives and glueline thicknesses clearly correlated with the closed assembly time.

Zusammenfassung

Mit der Verwendung von Eschenholz (Fraxinus excelsior L.) kann die Tragfähigkeit geklebter Holzbauteile deutlich erhöht werden. Eine grundlegende Voraussetzung ist jedoch, dass zwischen Lamellen aus Eschenholz sowie in Keilzinkenverbindungen hochfeste und dauerhafte Verklebungen erzielt werden. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war daher, Eschenholzverklebungen mit Hilfe der Delaminierungs- (EN 302-2) und der Scherprüfung (EN 392) zu bewerten. Das Eschenholz wurde mit fünf verschiedenen Klebstoffen (Phenol-Resorcin-Formaldehyd (PRF), Melamin-Harnstoff-Formaldehyd (MUF-1, MUF-2), Polyurethan (PUR), Emulsion-Polymer-Isocyanat (EPI)) verklebt. Zudem wurden bei der Verklebung unterschiedliche geschlossene Wartezeiten berücksichtigt. In der Scherprüfung wurden mit allen getesteten Klebstoffen und geschlossenen Wartezeiten generell hohe Holzbruchanteile sowie Scherfestigkeiten erzielt, die an die Festigkeit des Holzes heranreichten. Im Gegensatz dazu zeigten sich in der Delaminierungsprüfung stark unterschiedliche Ergebnisse in Abhängigkeit des verwendeten Klebstoffs und der geschlossenen Wartezeit. So konnte für alle Klebstoffe mit zunehmender geschlossener Wartezeit eine höhere Delaminierungsbeständigkeit nachgewiesen werden, wobei sich der PRF-Klebstoff in Kombination mit langen geschlossenen Wartezeiten am leistungsfähigsten erwies. Trotzdem konnten die normativen Anforderungen an die Delaminierungsbeständigkeit von Eschenholzverklebungen von keinem der verwendeten Klebstoffe erreicht werden. Für keinen der verwendeten Klebstoffe konnte zudem ein Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Delaminierungs- und der Scherversuche festgestellt werden. In mikroskopischen Untersuchungen der Klebfugen wurden dagegen Zusammenhänge zwischen der geschlossenen Wartezeit und dem Eindringverhalten der Klebstoffe sowie den erhaltenen Klebfugendicken festgestellt.

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Authors and Affiliations

  1. Holzforschung München (TU München), Winzererstr. 45, 80797, Munich, Germany

    Markus Knorz, Michael Schmidt, Stefan Torno & Jan-Willem van de Kuilen

  2. Bavarian Ministry of Food, Agriculture and Forestry, Munich, Germany

    Michael Schmidt

  3. Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands

    Jan-Willem van de Kuilen

Authors
  1. Markus Knorz
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  2. Michael Schmidt
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  3. Stefan Torno
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  4. Jan-Willem van de Kuilen
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Knorz, M., Schmidt, M., Torno, S. et al. Structural bonding of ash (Fraxinus excelsior L.): resistance to delamination and performance in shearing tests. Eur. J. Wood Prod. 72, 297–309 (2014). https://doi.org/10.1007/s00107-014-0778-8

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