Inhalt dieser Diplomarbeit ist ein Vergleich dreier Methoden zur Charakterisierung der Verklebefestigkeit von Vollholz.
Die Ergebnisse der Längszugscherprüfung nach EN 302-1 werden dabei zwei anderen Verfahren gegenübergestellt. Zum einen handelt es sich um Zugscherproben mit geschäfteter Probengeometrie und zum anderen um die Evaluierung spezifischer Bruchenergien verklebter, so genannter double cantilever beam-Proben (DCB-Proben). Die Versuche wurden an zwei Holzarten (Fichte und Buche) mit fünf verschiedenen Klebstoffen (MUF, Kasein, PRF, PUR und PVAc) durchgeführt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl mit der Schäftprobe als auch mit den DCB- Versuchen eindeutige Unterschiede in den Scherfestigkeiten bzw. spezifischen Bruchenergiewerten der untersuchten Klebstoff-Holzkombinationen festgestellt werden konnte. Die Prüfung der Längszugscherproben nach EN 302-1 ergab dagegen keine statistisch voneinander unterscheidbaren Ergebnisse. Die Längszugscherproben weisen in den meisten Fällen 100% Holzbruch auf und geben somit Werte wieder, die im Wesentlichen der Scherfestigkeit des verwendeten Holzes entsprechen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Bindungskräfte in Klebungen
1.1.1 Bindungsarten in Klebungen
1.1.2 Adhäsion
1.1.3 Kohäsion
1.1.4 Benetzung
1.2 Holz als Fügeteilwerkstoff
1.2.1 Einfluss verschiedener Holzeigenschaften auf die Qualität der Klebeverbindung
1.3 Einflussfaktoren auf die Festigkeit von Klebeverbindungen
1.3.1 Gestaltung der Klebflächen
1.4 Ausgewählte mechanische Eigenschaften von Holz und Holz Klebstoffverbindungen
1.4.1 Bruchverhalten von Holz
1.4.2 Charakterisierung der Klebeverbindung mit Hilfe der Bruchmechanik
1.4.3 Brucharten von Klebungen
1.5 Klebstoffprüfung
1.6 Ziel dieser Diplomarbeit
2 Material und Methoden
2.1 Die Versuche
2.1.1 Die eingesetzten Klebstoffe
2.1.2 Die verwendeten Holzarten
2.1.3 Technische Hilfsmittel
2.2 Bestimmung der Klebefestigkeit durch die Längszugscherprüfung
2.2.1 Probengeometrie und Probenherstellung
2.2.2 Testdurchführung Längsscherprobe
2.2.3 Bestimmung des Holzbruchanteils bei den Längsscherzugproben
2.3 Bestimmung der Bindefestigkeit von Schäftverklebungen im Zugversuch nach DIN 53 253
2.3.1 Probengeometrie und Probenherstellung
2.3.2 Testdurchführung Schäftprobe
2.3.3 Datenauswertung der Schäftproben nach DIN 53 253
2.3.4 Datenauswertung der Schäftproben unter Berücksichtigung der Neigung der Klebefläche zur Probenebene
2.3.5 Bestimmung des Holzbruchanteils der Schäftproben
2.4 Double- Cantilever- Beam (DCB)- Versuche
2.4.1 Probengeometrie und Probenvorbereitung DCB- Prüfung
2.4.2 Durchführung der DCB- Prüfung
2.4.3 Datenauswertung
2.5 Statistische Auswertung
3 Ergebnisse
3.1 Ergebnisse der Längszugscherprüfung
3.1.1 Holzbruch bei der Längszugscherprüfung
3.2 Ergebnisse der Schäftverklebungen
3.2.1 Holzbruch der Schäftproben
3.3 Ergebnisse Double- Cantilever- Beam (DCB)- Versuche
3.3.1 Holzbruch der DCB- Proben
4 Diskussion
4.1 Längszugscherproben nach EN 302-1
4.2 Schäftverklebung im Zugversuch
4.3 DCB- Proben
5 Schlussfolgerungen
8 Appendix
8.1 Appendix I: Ergebnisse der Längszugscherprüfung
8.2 Appendix II: Ergebnisse der Zugscher- Schäftproben
8.3 Appendix III: Ergebnisse der Bruchenergiebestimmungen (DCB)
8.4 Appendix IV: Die Schäftprobe- Eine ergänzende Methode zur Prüfung der Verklebungsfestigkeit
8.5 Appendix V: Comparing dry bond strength of spruce and beech wood glued with different adhesives by means of scarf- and lap joint testing method
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit hat zum Ziel, verschiedene Prüfmethoden zur Charakterisierung der Verklebefestigkeit von Vollholz im trockenen Zustand zu vergleichen und deren Aussagekraft bezüglich der Differenzierung unterschiedlicher Klebstoffsysteme zu bewerten.
- Vergleich der Längszugscherprüfung nach EN 302-1 mit Schäftproben und Double-Cantilever-Beam (DCB)-Versuchen.
- Einfluss verschiedener Holzarten (Fichte und Buche) auf die Verklebungsfestigkeit.
- Untersuchung von fünf verschiedenen Klebstoffen (MUF, Kasein, PRF, PUR und PVAc).
- Analyse des Einflusses von Holzeigenschaften und lokaler Spannungskonzentrationen auf das Bruchverhalten.
- Bruchmechanische Charakterisierung der Klebeverbindungen mittels spezifischer Bruchenergien.
Auszug aus dem Buch
1.1.2.2 Diffusionstheorie
Diese Theorie geht davon aus, dass Klebstoff- und Fügeteilmoleküle unterhalb der Glasumwandlungstemperatur imstande sind Platzwechselprozesse auszuführen. Dadurch kommt es zu einem gegenseitigen Durchdringen der Grenzfläche (Zeppenfeld 1991). Die Anwendung dieser Theorie auf die Holzverklebung ist nur bedingt möglich (Dunky und Niemz 2002). Verwendung findet diese Theorie vor allem in der Kunststoffverklebung (Habenicht 1997).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen der Bindungskräfte in Klebungen sowie die spezifischen Eigenschaften von Holz als Fügeteilwerkstoff.
2 Material und Methoden: Hier werden die verwendeten Materialien, die eingesetzten Klebstoffe sowie die drei untersuchten Prüfverfahren zur Bestimmung der Verklebefestigkeit detailliert beschrieben.
3 Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die experimentellen Daten der Längszugscherprüfung, der Schäftverklebungen und der DCB-Versuche, ergänzt durch statistische Auswertungen.
4 Diskussion: Hier werden die Ergebnisse kritisch analysiert und die Eignung der verschiedenen Methoden zur Bewertung der Verklebungsqualität in Abhängigkeit von Holzart und Klebstoff erörtert.
5 Schlussfolgerungen: Dieses Kapitel fasst die Erkenntnisse zusammen und bewertet die Eignung der Schäftprobe und der bruchmechanischen Untersuchung zur Differenzierung von Klebstoffsystemen.
Schlüsselwörter
Verklebefestigkeit, Vollholz, Längszugscherprobe, Schäftprobe, Double Cantilever Beam, DCB, Bruchenergie, Holzbruch, Adhäsion, Kohäsion, Fichte, Buche, Klebstoffprüfung, Bruchmechanik, Scherfestigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit vergleicht drei unterschiedliche Methoden zur Bestimmung der Verklebefestigkeit von Vollholz im trockenen Zustand, um die mechanischen Eigenschaften verschiedener Klebstoffe besser beurteilen zu können.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit behandelt die Bindungskräfte in Klebungen, die Einflüsse von Holzeigenschaften wie Dichte und Faserorientierung sowie die bruchmechanische Charakterisierung von Klebefugen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, Methoden zu finden, die im trockenen Zustand besser als die Standard-Längszugscherprüfung zwischen verschiedenen Klebstoffsystemen differenzieren können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden drei Verfahren eingesetzt: die Längszugscherprüfung nach EN 302-1, Schäftproben in Anlehnung an DIN 53 253 und bruchmechanische Versuche mit Double-Cantilever-Beam (DCB)-Proben.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der theoretische Rahmen der Adhäsion, die spezifischen Testaufbauten der drei Methoden sowie eine detaillierte Auswertung und Diskussion der experimentellen Ergebnisse für Fichte und Buche präsentiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Verklebefestigkeit, Bruchenergie, Längszugscherprobe, Schäftprobe, Holz-Klebstoff-Grenzschicht und Bruchmechanik.
Warum liefert die Standard-Längszugscherprüfung nach EN 302-1 oft keine signifikanten Unterschiede?
Da diese Prüfung im trockenen Zustand häufig zu 100 % Holzbruch führt, misst sie primär die Scherfestigkeit des Holzes selbst und nicht die tatsächliche Festigkeit der Klebefuge oder des Klebstoffsystems.
Welche Rolle spielt die Schäftprobe in dieser Arbeit?
Die Schäftprobe dient als ergänzende Methode, da sie durch ihre Geometrie ein Versagen in der Klebefuge begünstigt und so aussagekräftigere Daten über die Festigkeit der verschiedenen Klebstoffsysteme liefert.
Was besagt die Hypothese zur "idealen Klebefuge"?
Die Arbeit stellt die Hypothese auf, dass eine ideale Klebefuge durch einen minimalen Unterschied in den Steifigkeitswerten zwischen Holz und der durch Klebstoff stabilisierten Grenzschicht gekennzeichnet ist.
Was wurde in Bezug auf die DCB-Versuche festgestellt?
Die DCB-Versuche erlauben eine bruchmechanische Charakterisierung. Es zeigte sich, dass hochfeste, spröde Systeme deutlich geringere Bruchenergiewerte aufweisen als duktilere Systeme.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Harm (Autor:in), 2006, Vergleich dreier Verfahren zur Bestimmung der Verklebefestigkeit von Vollholz, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/318822
