Influence of wood grain variations on some physical and mechanical properties of laminated veneer lumber

Abstract

Laminated veneer lumber is a composite of layers of wood veneers and glues. Laminated veneer lumber, which is a building material, is formed by gluing the veneers obtained by peeling method by aligning them parallel to each other in the fiber direction. In this study, some physical and mechanical properties of laminated veneer lumber produced with Eastern Beech (Fagus orientalis L.) and the fiber orientation was changed at different angles in certain layers were investigated. Polyurethane glue was preferred in this study. For the experiments, 1 control group and 2 experimental groups were prepared. The laminated veneer lumber was produced in 11 layers. In the manufacturing of the test specimens, the fiber orientation of the laminated veneer lumber was produced as Control, 0°90°0° and 0°90°45°0° to coincide with the tensile direction opposite to the compression direction. The specimens were tested for physical properties such as air and oven dry density, water absorption and thickness swelling, and mechanical properties such as flexural strength, flexural modulus of elasticity, dynamic flexural strength, Janka hardness, screw holding capacity and tensile shear strength. It was found that fiber orientation causes a decrease in the physical and mechanical properties of laminated veneer lumber. It was determined that for the control, 0°90°0° and 0°90°45°0° test specimen groups; 3.8%, 32.4%, 15.42%, 26.08%, 9.67% and 9.31% decrease occurred in bending resistance values, modulus of elasticity in bending values, dynamic bending resistance values, respectively. For the control, 0°90°0° and 0°90°45°0° test specimen groups; 2.48%, 14.44%, 40%, 31.52%, 4.21%, 28.13%, 4.21% and 28.13% decrease in static hardness values, tensile-shear resistance, and screw holding capacity, respectively.

Keywords

• Laminated veneer lumber
• Physical properties
• Mechanical properties
• Grain orientation
• Polyurethane adhesive

Tabakalı kaplama kerestede lif yönü değişkenliğinin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi

Abstract

Tabakalı kaplama kereste (TAK), odun kaplamalarının ve tutkalların katmanlarını oluşturduğu kompozitlerdir. Bir yapı malzemesi olan TAK, soyma yöntemi ile elde edilen kaplamaların lif yönünde birbirlerine paralel olarak sıralanarak yapıştırılmasıyla oluşur. Bu çalışmada Doğu Kayını (Fagus orientalis L.) ile üretilmiş ve belirli katmanlarda lif yönü farklı açılarla değiştirilmiş TAK’ın bazı fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Bu çalışmada poliüretan tutkalı tercih edilmiştir. Denemeler için 1 adet kontrol grubu ve 2 adet deney grubu oluşturulmuş, TAK 11 tabakalı olarak üretilmiştir. Deney numunelerin üretiminde basma yönünün karşında bulunan çekme yönüne denk gelecek şekilde TAK’ın lif yönü değişikliği kontrol, 0°90°0° ve 0°90°45°0° olacak şekilde deney numuneleri üretilmiştir. Üretilen deney numunelerinin fiziksel özelliklerden hava ve fırın kurusu yoğunluk, su alma ve kalınlıkça artış denemeleri ile mekanik özelliklerden eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü, dinamik eğilme direnci, Janka , vida tutma kapasitesi ile çekme-makaslama direnci tespit edilmiştir. Lif yönü değişikliğinin TAK’ın fiziksel ve mekanik özelliklerinde azalmaya neden olduğu tespit edilmiştir. Kontrol, 0°90°0° ve 0°90°45°0° deney numune gurupları için sırasıyla; Eğilme direnci değerlerinde, %3,8, %32,4, eğilmede elastikiyet modülü değerlerinde %15,42, %26,08, dinamik eğilme direnci değerlerinde %9,80 oranında azalma meydana geldiği tespit edilmiştir. Kontrol, 0°90°0° ve 0°90°45°0° deney numune gurupları için sırasıyla; statik sertlik değerlerindeki %2,48, %14,44, çekme-makaslama direnci %40, %31,52 ve vida tutma kapasitesi %4,21 %28,13 oranında azalma meydana geldiği tespit edilmiştir.

Keywords

• Tabakalı kaplama kereste
• Fiziksel özellikler
• Mekanik özellikler
• Lif yönü
• Poliüretan tutkal

References

1. Abdul, H. P. S. ,2010. Development and material of new hybrid plywood from oil palm biomass. Mater Design, 31, 417-424.
2. Alamsyah, E. M., Darwis, A., Sutrisno, Y. S., Munawar, S. S., Malik, J., & Sumardi, I. ,2023. Modified Grain Orientation of Laminated Veneer Lumber Characteristics of Three Fast-Growing Tropical Wood Species. BioResources, 18(3).
3. ASTM D 1037-06, 2006. Standard test methods for evaluating properties of wood-base fiber and particle panel materials. ASTM International, West Conshohocken, PA.
4. Bal, B. C. (2011). Okaliptüs (Eucalyptus grandis) odununun fiziksel ve mekanik özellikleri ve lamine ağaç malzeme üretiminde kullanılması üzerine araştırmalar.Doktora tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
5. Bal, B.C., 2013. Okaliptüs, kayın ve kavak soyma kaplamaları ile üretilen tabakalı kaplama kerestelerin (TKK) bazı fiziksel özellikleri. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 14: 25-35.
6. Bal, B.C., 2014. Some physical and mechanical properties of reinforced laminated veneer lumber, Construction and Building Materials, 68: 120-126.
7. Bao, F., Fu, F., Choong, T., Hse, C., 2001. Contribution factor of wood properties of three poplar clones to strength of laminated veneer lumber. Wood and Fiber Science, 33(3): 345-352.
8. Burdurlu, E., Kılıç, M., İlce, A.C., Uzunkavak, O., 2007. The effects of ply organization and loading direction on bending strength and modulus of elasticity in laminated veneer lumber (LVL) obtained from beech (Fagus orientalis L.) and Lombardy poplar (Populus nigra L.). Construction and Building Materials, 21: 1720–1725.

9. Carrick, J., Mathieu, K., 2005. Durability of laminated veneer lumber made from blackbutt (Eucalyptus pilularis). international conference on durability of building materials and components; Lyon, France. pp. 55. 01/07/2005.
10. Çolak, S., Çolakoğlu, G., Aydın, İ., 2007. Effects of logs steaming, veneer drying and aging on the mechanical properties of laminated veneer lumber (LVL). Building and Environment, 42: 93–98.
11. Hassan, J., Eisele, M., 2015. BauBuche-the sustainable high-performance material. Bautechnik, 92: 40–45.
12. Haygreen, J., Bowyer, J., 1996. Forest Product and Wood Science: An Introduction. 3rd Ed., Iowa State University Press, Ames, IA, USA.
13. Heräjärvı, Henrik, ve diğerleri. Mühendislik ahşap ürünleri için hammadde olarak küçük çaplı İskoç çamı ve huş ağacı kerestesi. Uluslararası Orman Mühendisliği Dergisi, 2004, 15.2: 23-34.
14. González, G., Moya, R., Monge, F., Córdoba, R., & Carlos Coto, J. (2004). Evaluating the strength of finger-jointed lumber of gmelina arborea in Costa Rica. New forests, 28, 319-323.
15. Kamala, B.S., Kumar, P., Rao, R.V., Sharma, S.N., 1999. Performance test of laminated veneers lumber (LVL) from rubber wood for different physical and mechanical properties. Holz Roh Werkst, 57: 114-116.
16. Kılıç, Y., Burdurlu, E., Elıbol, G., Ulupınar, M., 2010. Effect of layer arrangement on expansion, bending strength and modulus of elasticity of solid wood and laminated veneer lumber (LVL) produced from pine and poplar. Gazi University Journal of Science, 23(1): 89-96.
17. Kurt, R., Mengeloğlu, F., Bektaş, İ., 2003. Beşinci ulusal deprem mühendisliği konferansı, 26–30 Mayıs 2003, Sayfa No: AE–0121 pp:6.
18. Kurt, R., 2010. Suitability of three hybrid poplar clones for laminated veneer lumber manufacturing using melamine urea formaldehyde adhesive. Bioresources, 5(3): 1868-1878.
19. Kurt, R., Cil, M., 2012. Effects of press pressures on glue line thickness and properties of laminated veneer lumber glued with phenol formaldehyde adhesive. BioResources, 7: 5346–5354.
20. Kurt, R., Çil, M., Aslan, K., Çavuş, V., 2011. Effect of pressure duration on physical, mechanical, and combustibility characteristics of laminated veneer lumber (LVL) made with hybrid poplar clones. Bioresources, 6(4): 4886-4894.
21. Malkoçoğlu, A., (1994), Doğu kayını (Fagus Orientalis L.) odununun teknolojik özellikleri, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Trabzon.
22. Lam, F., 2001. Modern structural wood products. Progress in StructuralEngineering and Materials, 3: 238-245.
23. Mengeloğlu, F., Kurt, R., 2004. Mühendislik ürünü ağaç malzemeler tabakalanmış kaplama kereste (TAK) ve tabakalanmış ağaç malzeme (TAM). KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 7(1): 39-44.
24. Nelson, S. (1997). Structural composite lumber. Engineered wood products: A guide for specifiers, designers, and users, 174-152
25. Ozarska, B., 1999. A review of the utilization of hardwoods for LVL. Wood Science and Technology, 33(4): ,341-351. DOI: 10.1007/s002260050120
26. Özen, R. (1981). Çeşitli faktörlerin kontrplağın fiziksel ve mekanik özelliklerine yaptığı etkilere ilişkin araştırmalar. KTÜ, Orman Fakültesi Yayınları, Fakülte yayın No: 120.
27. Prakash, V., Uday, D. N., Sujatha, D., & Kiran, M. C. (2019). Laminated Veneer Lumber (LVL) from Fast Growing Plantation Timber Species Meliadubia. International Journal of Science and Research, 8(4), 1721-1723.
28. Sasaki, H., Wan, Q., Kawai, S., 1993. Laminated veneer lumber and composite beams produced from tropical hardwood thinning, CurrentJapanese Materials Resources, 11: 55-66.
29. Shukla, S., Kamdem, D.P., 2008. Properties of laminated veneer lumber (LVL) made with low density hardwood species: Effect of the pressure duration. European Journal of Wood and Wood Products, 66(2): 119-127.
30. Shukla, S. R., & Kamdem, D. P. (2009). Properties of laboratory made yellow poplar (Liriodendron tulipifera) laminated veneer lumber: effect of the adhesives. Holz als Roh-und Werkstoff, 4(67), 397-405.
31. Sulaiman, O., Salim, N., Hashim, R., 2009. Evaluation on the suitability of some adhesives for laminated veneer lumber from oil palm trunks. Materials and Design, 30: 3572–3580.
32. Tenorio, C., Moya, R., Muñoz, F., 2011. Comparative study on physical and mechanical properties of laminated veneer lumber and plywood panels made of wood from fast-growing Gmelina arborea trees. Journal of Wood Science, 57(2): 134-139.
33. TS ISO 13061-1, 2021. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri – Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri”- Bölüm 1: Fiziksel ve mekanik deneyler için nem muhtevasının belirlenmesi. TSE, Ankara
34. TS ISO 13061-2, 2021. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri – Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri- Bölüm 2: Fiziksel ve mekanik deneyler için yoğunluğun belirlenmesi. TSE, Ankara
35. TS ISO 13061-3, 2021. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri- Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri- Bölüm 3: Statik eğilmede nihai mukavemet tayini. TSE, Ankara
36. TS ISO 13061-4, 2021. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri- Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri- Bölüm 4: Statik eğilmede elastikiyet modülünün tayini, TSE, Ankara
37. TS ISO 13061-10, 2021. Odunun çarpmada eğilme dayanımının tayini, TSE, Ankara
38. TS-EN 13446, 2005. Ahşap esaslı levhalar- Bağlayıcıların geri çıkma kapasitesinin tayini. TSE, Ankara
39. TS ISO 13061-12, 2021. Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri- Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri- Bölüm 12: Statik sertliğin tayini. TSE Ankara
40. TS 3969 EN 314-1,1998 Kontrplak kaplanmış-Yapışma kalitesi bölüm 1: Deney metotları. TSE.,Ankara
41. TS 1002, 1979 Soyma kaplamalık kayın tomruğu TSE Ankara
42. Ünsal, Ö., 1998. Buharlanmış ve buharlanmamış kayın (Fagus orientalis L.) odununun fiziksel ve mekanik özellikleri. Doktora tezi, İstanbul Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü,İstanbul.
43. Wang B. J., Dai, C., 2005. Hot-pressing stress graded aspen veneer for laminated veneer lumber (LVL). Holzforschung, 59: 10–17.
44. Wong, E. D., Razali, A. K., Shuichi, K., 1996. Properties of rubber wood LVL reinforced with Acacia veneers. Wood research: bulletin of the Wood Research Institute Kyoto University, 83: 8-16.