Effect of nanotechnological products on compression parallel to the fibers and dynamic bending strengths of laminated materials (Lvl and Glulam)

Abstract

In this study, the effect of resins modified with nanoproducts on some mechanical properties of laminated materials was investigated. For this purpose, LVL and unstructured GLULAM laminated materials were obtained by gluing test specimens prepared from Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and aspen (Populus tremula) tree species with FF and MUF glues modified with 2% and 4% nanoproducts (SiO2 and TiO2) in high frequency press. The laminated materials were tested for compressive strength in the direction parallel to the fibers according to TS EN 408+A1 and dynamic bending (shock) resistance according to TS 2477. The test results were compared and analyzed with the control samples. When the test results were compared with the control samples within the groups, it was understood that FF and MUF resins modified with nanoproducts had a significant positive effect on the mechanical properties of laminated materials. Accordingly, the optimum values were observed in the poplar-LVL test samples bonded with MUF glue modified with 4% TiO2 nanoproducts with 22.96% increase in compressive strength parallel to the fibers. An increase of 16.66% in dynamic flexural strength was observed in fir-LVL specimens modified with 4% SiO2 nanoproducts and bonded with MUF glue. At the end of the research, it was recommended that LVL bonded with MUF resins reinforced with nanoproducts can be used as an alternative to wood materials.

Keywords

• GLULAM
• Laminated material
• LVL
• Mechanical properties
• Nanotechnology product
• Glue

Lamine malzemelerin (Lvl ve Glulam) liflere paralel basınç ve dinamik eğilme dirençleri üzerine nanoteknolojik ürünlerin etkisi

Abstract

Bu çalışmada, lamine malzemelerin bazı mekanik özellikleri üzerine nano ürünlerle modifiye edilmiş reçinelerinin etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, Uludağ göknarı (Abies bornmülleriana Mattf.) ve Titrek kavak (Populus tremula) ağaç türlerinden hazırlanan deney örnekleri %2 ve %4 oranında nano ürünlerle (SiO2 ve TiO2) modifiye edilen FF ve MUF tutkalları ile yüksek frekanslı presde yapıştırılarak çok katmanlı LVL (laminated veneer lumber) ve yapısal olmayan GLULAM (Glued laminated material) lamine malzemeler üretilmiştir. Elde edilen lamine malzemeler TS EN 408+A1’e göre liflere paralel yönde basınç direnci ve TS 2477’ye göre dinamik eğilme (şok) direnci testleri uygulanmıştır. Test sonuçları kontrol örnekleri ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Sonuçlar gruplar içi kontrol örnekleri ile karşılaştırıldığında nano ürünlerle modifiye edilen FF ve MUF reçinelerin lamine malzemelerin mekanik özellikleri üzerine olumlu yönde etkisi olduğu anlaşılmıştır. Buna göre en iyi sonuçlara; liflere paralel basınç direncinde %22,96 artış ile %4 TiO2 ile modifiye edilen MUF tutkalıyla yapıştırılan kavak-LVL deney örneklerinde ulaşılmıştır. Dinamik eğilme direncinde ise %16,66 artışla %4 SiO2 nano ürün ile modifiye edilen ve MUF tutkalı ile yapıştırılan göknar-LVL numunelerinde tespit edilmiştir. Araştırma sonunda nano ürünlerle güçlendirilmiş MUF reçineleri ile yapıştırılan LVL’nin Ahşap malzemelere alternatif olarak kullanılabileceği tavsiye edilmiştir.

Keywords

• GLULAM
• Lamine malzeme
• LVL
• Mekanik özellikler
• Nanoteknolojik ürün
• Tutkal

References

1. ASTM D 3737-18e1, 2023. Standard practice for establishing allowable properties for structural glued laminated timber (glulam). Annual Book of ASTM Standards.
2. Atar, İ., Başboğa, İ.H., Karakuş, K., Mengeloğlu, F., 2016. Kayın ve Kavak kaplamaların melamin formaldehit tutkalı kullanılarak lamine kaplama kereste üretimine uygunluğu. Mugla Journal of Science and Technology, 2(2):131-134.
3. Ayanleye, S., Udele, K., Nasir, V., Zhang, X., Militz, H.,2022. Durability and protection of mass timber structures: A review. Journal of Building Engineering, 46:1-24.
4. Boumer, A., Younes A., 2022. Effect of ZnO, SiO2 and Al2O3 doped on morphological, optical, structural and mechanical properties of polylactic acid. Key Engineering Materials, 911:105-113.
5. Brandner, R., Flatscher, G., Ringhofer, A., Schickhofer, G., Thiel, A., 2016. Cross-laminated timber (CLT): Overview and development. European Journal of Wood and Wood Products, 74(3):331-351.
6. Candan, Z., 2012. Ahşap sandviç panel ve laminat parke üretiminde nanopartikül kullanımı ve teknolojik özellikler üzerine etkisi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul.
7. Çil, M., 2012. Tutkal katman kalınlığının tabakalanmış kaplama kerestelerin (TAK) fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
8. Kaymakçı, A., 2015. Çeşitli güçlendirici dolgularla üretilen ahşap plastik nanokompozitlerin karekterizasyonu. Doktora Tezi, İ.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Li, Q., Wang, Z., Liang, Z., Li, L., Gong, M., Zhou, J., 2020. Shear properties of hybrid CLT fabricated with lumber and OSB. Construction and Building Materials, 261:120504.
10. Liang, Z., Chen, G., Wang, Y., Wang, Z., Gong, M., 2022. The dimensional stability and bonding performance of hybrid CLT fabricated with lumber and COSB. Buildings,12:1669.
11. O’Ceallaigh, C., Harte, A.M., 2019. The elastic and ductile behavior of CLT wall-floor connections and the influence of fastener length. Engineering Structures, 189:319–31.
12. Salari, A., Tabarsa, T., Khazaeian, K., Saraeian, A., 2012. Effect of nanoclay on some applied properties of oriented strand board (OSB) made from underutilized low quality paulownia (Paulownia fortunei) wood. Journal of Wood Science, 58:513-524.
13. Song, H., Wang, Z., Gong, Y., Li, L., Zhou, J., Gong, M., 2021. Low-cycle fatigue life and duration of-load effect for hybrid CLT fabricated from lumber and OSB. Journal of Building Engineering, 46:103832.
14. TS EN 323, 1999. Ahşap esaslı levhalar-birim hacim ağırlığının tayini. TSE, Ankara.
15. TS EN 408+A1, 2015. Ahşap yapılar - Yapı kerestesi ve yapıştırılmış lamine kereste – Bazı fiziksel ve mekanik özelliklerinin tayini. TSE, Ankara.
16. TS 2477, 1976. Odunun çarpmada eğilme dayanımı tayini, TSE, Ankara.
17. Wang, Z., Gong, M., Chui, Y., 2015. Mechanical properties of laminated strand lumber and hybrid cross-laminated timber. Constructions and Building Materials, 101:622–7.
18. Wang, Z., Fu, H., Gong, M., Luo, J., Dong, W., Wang, T., Chui, YH., 2017. Planar shear and bending properties of hybrid CLT fabricated with lumber and LVL. Constructions and Building Materials, 151:172–177.
19. Xu, B., Zhang, S., Zhao, Y., Bouchaïr, A., 2021. Rolling shear properties of hybrid cross laminated timber. Journal of Materials Civil Engineering, 33(7):04021159.
20. Yin, T., Wang, Y., Sun, C., Wang, Z., Reynolds, T.P.S., 2025. Laterally loaded behavior of connections in timber-timber composite (TTC) floor system: An experimental and analytical investigation. Engineering Structures, 342:1-19.
21. Yin, T., Wang, Z., Sun, C., Zhou, W., Reynolds, T., 2024. Embedment behavior of hybrid cross laminated timber (HCLT) made of fast-growing Chinese fir and OSB. Constructions and Building Materials, 438:137117. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2024.137117