Determination of air-dried density and compression strength parallel to the grains of heat-treated laminated veneer lumber (LVL) reinforced with carbon fiber

Öz

Heat treatment is an environmentally friendly wood modification method which developed to improve some properties of wood without the using any chemicals and has been commonly used in Europe and the world in recent years. Heat treatment reduces the amount of equilibrium moisture content in the wood material, and significantly increases the dimensional stability and biological resistance. This study was carried out to determine the changes in the air-dry density and compression strength parallel to the grains of laminated veneer lumber (LVL) produced by bonding with different adhesives from heat-treated wood materials and by reinforcing with carbon fiber fabric. For this purpose, black pine (Pinus nigra) wood materials were cut into suitable sizes after heat treatment at 150, 175 and 200 °C for 2 hours and laminated using polyurethane (PU) and polyvinyl acetate (PVAc) adhesives. Carbon fibers were added as a reinforcement layer between wood veneers to improve properties of laminated composite material. The test results showed that the heat treatment decreased air-dry density values and compressive strength parallel to the grains. On the orher hand reinforcement process increased both air-dry density and compressive strength parallel to the grains.

Anahtar Kelimeler

• Carbon fiber
• Furniture
• Heat treatment
• Wooden material

Isıl işlem uygulanmış karbon fiber ile güçlendirilmiş lamine kaplama kerestenin (LVL) hava kurusu yoğunluk ve liflere paralel basınç direncinin belirlenmesi

Öz

Isıl işlem, kimyasal madde kullanılmadan ağaç malzemenin bazı özelliklerinin iyileştirilmesi için geliştirilen çevre dostu bir odun modifikasyon yöntemidir ve son yıllarda Avrupa ve Dünya’da yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Isıl işlem, ahşap malzemede denge rutubet miktarını azaltmakta, boyutsal stabilizasyonu ve biyolojik direnci önemli derecede de artırmaktadır. Bu çalışma, ısıl işlem uygulanmış ahşap malzemelerden farklı tutkallarla yapıştırılarak ve karbon fiber kumaş ile güçlendirilerek üretilen lamine kaplama kerestelerin (LVL) hava kurusu yoğunluk ve liflere paralel basınç direnci değerlerindeki değişimlerin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Bu maksatla karaçam (Pinus nigra) ahşap malzemeler, 150, 175 ve 200 °C’de 2 saat ısıl işlem uygulandıktan sonra uygun boyutlarda kesilmiş, poliüretan (PU) ve polivinil asetat (PVAc) tutkalları kullanılarak lamine edilmiştir. Lamine kompozit malzemenin özelliklerini iyileştirmek için ahşap kaplamalar arasına takviye tabakası olarak karbon fiberler eklenmiştir. Test sonuçları ısıl işlemin, hava kurusu yoğunluk değerleri ve liflere paralel basınç direncini azalttığını göstermiştir. Öte yandan güçlendirme işlemi hava kurusu yoğunluk ve liflere paralel basınç direncinin ikisini de artırmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Mobilya
• Ahşap malzeme
• Karbon fiber
• Isıl işlem

Kaynakça

1. Bal, B. C., (2014), Some physical and mechanical properties of laminated veneer lumber reinforced with woven glass fiber, Construction and Building Materials, 68(4),120- 126, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.06.042.
2. Bal, B. C., Efe, F. T., (2015), Tabakalı kaplama kerestenin bazı vida dirençleri üzerine cam elyaf dokuma ile güçlendirmenin etkisi, Düzce Üniversitesi, Ormancılık Dergisi, 11(2), 40-47.
3. Bal, B.C., Özyurt, H., (2015), Cam elyaf dokuma ile güçlendirilmiş tabakalı kaplama kerestenin bazı teknolojik özellikleri, KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(1), 9-16, DOI: 10.17780/ksujes.28535.
4. Buell, T. W., Saadatmanesh, H., (2005), Strengthening timber bridge beams using carbon fiber, Journal of Structural Engineering, 131(1), 173-187, DOI: /10.1061/(ASCE) 0733-9445(2005)131:1(17
5. Dost Kimya (2020), TDS Teknik Doküman Sayfası.
6. Efe, F.T. Bal, B.C., (2016), Yüksek sıcaklıkta ısıl işlem görmüş Kızılçam (Pinusbrutia Ten.) odununun sertlik değerlerinde meydana gelen değişmeler, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16, Özel Sayı, 79‐86.
7. Güller, B., (2001), Odun kompozitleri, Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri: A, Sayı: 2, 135-160.
8. Hill, C., Altgen, M., Rautkari, L., (2021), Thermal modification of wood-A review: Chemical changes and hygroscopicity, Journal of Materials Science, 56, 6581-6614, DOI: 10.1007/s10853-020-05722-z.

9. Huang, X., (2009), Fabrication and properties of carbon fibers, Materials (Basel), 2(4), 2369–2403.
10. Keskin, H., Bülbül, R., (2019), Tanalith-E ile emprenye işleminin masif ağaç malzemenin yüzey pürüzlülüğüne etkileri, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 2(2), 67-78.
11. Korkmaz, M., (2012), Farklı işlemler uygulanmış lamine ahşap pencere profilinin mekanik özellikleri, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans Tezi, Karabük.
12. Korkut, S., Akgül, M., Dündar, T., (2007), The effects of heat treatment on some technological properties of Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood, Bioresource Technology 99(6), 1861-1868.
13. Korkut, S., Kocaefe, D., (2009) Isıl işlemin odun özellikleri üzerine etkisi, Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(2), 11-34.
14. Percin, O., Altunok, M., (2017), Some physical and mechanical properties of laminated veneer lumber reinforced with carbon fiber using heat-treated beech veneer, European Journal of Wood and Wood Products, 75, 193-201, DOI: 10.1007/s00107-016-1125-z.
15. Polisan (2018), Polivinil asetat tutkalı, Teknik Bilgi Formu.
16. Polisan (2019), Marine & Marine AA PU Tutkalı, Teknik Bilgi Formu.
17. Sandberg, D., Kutnar, A., Mantanis, G., (2017), Wood modification technologies-A review, iforest-Biogeosciences and Forestry, 10(6), 895-908, DOI: 10.3832/ifor2380-010
18. Şenay, A., (1996), Lamine edilmiş ağaç malzemenin teknolojik özellikleri, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul.
19. TS 2472 (1976), Odunda fiziksel ve mekanik deneyler için birim hacim ağırlığı tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
20. TS 2595 (1977), Odunun liflere paralel doğrultuda basınç dayanımı tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
21. Ulusoy, H., Atılgan, A., Peker, H., (2016), Orman ürünleri endüstrisinin ekolojik açıdan irdelenmesi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1), 92-106.
22. Ünsal, O., Ayrilmis, N., (2005), Variations in compression strength and surface roughness of heat treated Turkish river red gum (Eucalyptus camaldulensis) wood, Journal of Wood Science, 51, 405-409, DOI: 10.1007/s10086-004-0655-x.
23. Uzel, M., Togay, A., Anıl, Ö., Söğütlü, C., (2018), Lamine ahşap yapı elemanlarının basınç dayanımına katmanlar arasına yerleştirilen destek malzemelerinin etkisi, V. Uluslararası Mobilya Kongresi, 1-4 Kasım 2018, Eskişehir, Türkiye.
24. Wang, J., Guo, X., Zhong, W., Wang, H., Cao, P., (2015), Evaluation of mechanical properties of reinforced poplar laminated veneer lumber, BioResources, 10(4), 7455-7465, DOI: 10.15376/biores.10.4.7455-7465.
25. Wei, P., Wang, B.J., Zhou, D., Dai, C., Wang, Q., Huang, S., (2013), Mechanical properties of poplar laminated veneer lumber modified by carbon fiber reinforced polymer, BioResources, 8(4), 4883-4898, DOI: 10.15376/biores.8.4.4883-4898.
26. Xu, H., Nakao, T., Tanaka.C., Yoshinobu, M., Katayama, H., (1998), Effects of fiber length and orientation on elasticity of fiber-reinforced plywood, Journal of Wood Science, 44(5), 343-347, DOI: 10.1007/BF01130445
27. Zhu, Y. M., Yuan, S. C., Hou, M., Wang, Q. Y., (2013), Square short wood columns strengthened with FRP sheets under compressive load, Applied Mechanics and Materials, 256-259, 1008-1011, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.256-259.1008