Determination of Some Mechanical Properties of Laminated Wood Material Reinforced with Carbon Fiber (CFRP)

Abstract

In this study, it was aimed to determine the effect of some mechanical properties of structural laminated wood reinforced with carbon fiber. Laminated sheets were obtained using moisture curing polyurethane and two component epoxy adhesives prepared from Oriental beech (Fagus orientalis L.) wood samples. Carbon fiber (CFRP) structural material was applied to laminated sheets in order to increase their strength. Static bending test was made according to TS 2474, bending in elasticity modulus was made according to 2478, and dynamic bending (shock) test was made according to 2477 standards. According to results of the experiments, the highest static bending strength value (132.80 N/mm²) was obtained in laminated sheets used carbon fiber building material between wooden layers and bonded with epoxy adhesive. The highest elasticity modulus in bending value (14004.83 N/mm²) was determined in laminated sheets bonded with epoxy adhesive between wooden layers and covered with carbon fiber structural material around sheets. The highest dynamic bending (shock) strength value (0.62 kgm/cm²) was found in laminated sheets bonded with epoxy adhesive between wooden layers and covered with carbon fiber structural material around sheets. Consequently, carbon fiber building material and epoxy adhesive can be used in sections which are exposed to bending and stress such as bridge, stair, column, beam, and roof for local reinforcement. Damage of wood material can be prevented by using carbon fiber construction material and epoxy adhesive against the sudden effects that might be caused to the outside of the wood material. Due to the strong and fast penetration of the epoxy adhesive on the applied surface and the increased strength with the carbon fiber building material, it can be used to extend the wear time especially on the floors made of wood.

Keywords

• Laminated Wood Material,Carbon Fiber (CFRP),Adhesives,Mechanical properties

Karbon Fiber (CFRP) ile Güçlendirilmiş Lamine Ağaç Malzemenin Bazı Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada, karbon fiberle güçlendirilmiş lamine edilen ahşap yapıların bazı mekanik özelliklerinin etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odunundan hazırlanan örneklere çift bileşenli epoksi yapıştırıcısı ve nem kürlenmeli poliüretan tutkalı kullanılarak lamine levhalar elde edilmiştir. Lamine levhaların mukavvemetini arttırmak için karbon fiber (CFRP) yapı malzemesi uygulanmıştır. Örneklere TS 2474 standardına göre statik eğilme, TS 2478 standardına göre eğilmede elastikiyet modülü ve TS 2477 standardına göre dinamik eğilme (şok) testleri uygulanmıştır. Deney sonuçlarına göre, en yüksek statik eğilme direnci değeri 132.80 N/mm² ile ahşap katmanlar arasında karbon fiber yapı malzemesi kullanılan ve epoksi yapıştırıcı ile yapıştırılan lamine levhalarda elde edilmiştir. En yüksek eğilmede elastikiyet modülü değeri 14004.83 N/mm² ile ahşap katmanlar etrafı karbon fiber yapı malzemesi ile kaplanmış ve ahşap katmanlar arası epoksi yapıştırıcısı ile yapıştırılan lamine levhalarda elde edilmiştir. En yüksek dinamik eğilme (şok) direnci değeri 0.62 kgm /cm² ile ahşap katmanlar etrafı karbon fiber yapı malzemesi ile kaplanmış ve ahşap katmanlar arası epoksi yapıştırıcısı ile yapıştırılan lamine levhalarda bulunmuştur. Sonuç olarak, karbon fiber yapı malzemesi ve epoksi yapıştırıcı, köprü, merdiven, kolon, kiriş ve çatı gibi yapılarda bölgesel takviye amacıyla eğilmeye ve baskıya maruz kalan bölümlerinde kullanılabilir. Ağaç malzemenin zarar görmesi, ahşap malzemenin dış yüzeyine verilebilecek ani etkilere karşı karbon fiber yapı malzemesi ve epoksi yapıştırıcı kullanılarak önlenebilir. Uygulanan yüzeye epoksi yapıştırıcının güçlü ve hızlı nüfuz etmesi ve karbon fiber yapı malzemesi ile artan mukavemeti sayesinde, özellikle ahşaptan yapılan zeminlerde yıpranma süresini uzatmak için kullanılabilir.           

Anahtar Kelimeler

• Lamine Ağaç Malzeme,Karbon Fiber (CFRP),Yapıştırıcılar,Mekanik Özellikler

References

1. Altinok, M., (1998), Ağaç İşleri Temel Makinelerde İşlenmiş Ahşap Yüzeylerin Yapışma Direncine Etkileri, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, 1(2):17-20.
2. Borri, A., Corradi, M., (2005), A Method for Flexural Reinforcement of Old Wood Beams with CFRP Materials, Composites Part B: Engineering, 36(2): 143-153.
3. Bozkurt, A. Y., Erdin, N., (2000), Odun Anatomisi, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, İstanbul, ss:298.
4. Chen, C. J., (1999), Mechanical Behaviour of Fiber Glass Reinforced Timber Joints, In: World Conference On Tımber Engineerıng Wcte, 31JULY-03 August, Canada. https://www.kompozit.net/k/161/karbon-fiber-takviyeler, E.Tar: 02.05.2017.
5. Güler, C., Subasi, S., (2012), Karbon ve Cam Lifi İle Güçlendirilmiş Lamine Sarıçam (Pinus Sylvestris L.), Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Özel Sayı.
6. Kurtoglu, A., (1979), Yapıştırılmış Tabakalı Ağaç Malzemede Rutubet Değişimi Nedeniyle Gerilmelerin Oluşumu, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 29(2): 72-96.
7. Mistak, O., (2013), Sarıçam Ağaç Malzeme ve Farklı Fiber (FRP) Kumaşları İle Elde Edilen Lamine Ağaç Malzemelerin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
8. Ozcifci, A., (2001), Emprenye Edilmiş Lamine Ağaç Malzemenin Teknolojik Özellikleri, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.

9. Premrov, M., Dobrila, P., Bedenik, B. S., (2004), Analysis of Timber Framed Walls Coated with CFRP Strips Strengthened Fibre-Plaster Boards, International Journal of Solids and Structures, 41(24-25): 7035-7048.
10. Radford, D. W., Goethem D. V., Gutkowski R. M., Peterson, M. L., (2002), Composite Repair of Timber Structures, Construction and Building Materials, 16(7):417-425.
11. Roberto, L.A., Micheal, A. P., Sandford, T. C., (2004), Fiber Reinforced Polymer Composite-Wood Pile İnterface Characterization By Push-Out Tests, Journal of Composites for Construction, 8(4): 360-368.
12. TS 2470 (1976), Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Numune Alma Metotları ve Genel Özellikler, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, 1-5.
13. TS 2471 (1976), Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Rutubet Miktarı Tayini, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
14. TS 2472 (1976), Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Birim Hacim Ağırlığı, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
15. TS 2474 (1976), Odunun Statik Eğilme Dayanımının Tayini, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
16. TS 2477 (1976), Odunun Çarpmada Eğilme Dayanımının Tayini, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
17. TS 2478 (1976), Odunun Statik Eğilmede Elastikiyet Modülünün Tayini, Türk Standardları Enstitüsü, Ankara.
18. Yildizhan, H., (2008), Polimer Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.