Title (eng)
Cross sectional nanoidentification as means of adhesion characterisation at the wood-adhesive bond line
Parallel title (deu)
Adhäsionsmessung an der Holz-Leim Grenzfläche mittels Cross Sectional Nanoindentation
Author
Michael Obersriebnig
Advisor
Wolfgang Gindl-Altmutter
Assessor
Wolfgang Gindl-Altmutter
Abstract (deu)
Das Ziel dieser Arbeit war es, ”cross sectional nanoindentation”, eine Methode der Adhäsionsmessung, an einer Holz-Klebstoff Grenfläche anzuwenden. In einem ersten Schritt wurden die Proben verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen um die Adhäsion zum herabzusetzen. Eine Kontaktwinkelmessung zeigte signifikante Änderungen aufgrund dieser Behandlungen. Gleichzeitig nahm für alle Probentypen die maximale Zugspannung signifikant ab und lag für einen Probentyp sogar bei fast Null. Somit waren gute Vorraussetzungen zur Messung der spezifischen Adhäsion gegeben. Die Nanoindenter-Messungen wurden an der Holz-Leim-Grenzlinie durchgeführt, an Stellen wo ein vollständiger Kontakt des Leims mit der Zellinnenwand gegeben war. Die Ergebnisse eines ersten Versuchs zeigten in Analogie zum Zugschertest eine Abnahme der Adhäsion bei Proben mit höherem Kontaktwinkel. In einem zweiten Versuch wurden verschiedene Beladefunktionen für die Indents verwendet, um deren Einfluss auf das Experiment zu untersuchen. Hierbei zeigte sich ein starker Hysterese-Effekt bei mehrstufigen weggesteuerten Beladefunktionen aufgrund zusätzlicher viskoelastischer Verformung. Das führte zu einer Zunahme der gemessenen spezifischen Indentationsarbeit als auch der spezifischen Adhäsionsarbeit, wobei letztere Werte von 80-170J/m² annahm. Alle Ergebnisse wiesen jedoch die erwartete signifikante Abnahme der Adhäsion auf. Eine Charakterisierung der Materialeigenschaften von Zellwand und Leim zeigte keine ähnlichen Trends, womit die Möglichkeit von Artefakten verworfen werden konnte. Die gefundenen Ergebnisse erlauben den Schluss, dass die Methode der „cross sectional nanoindentation” an Holz-Leim-Grenzflächen eingesetzt werden kann. Sie sollte somit neue Einsichten in die Natur von adhäsiven Verbindungen in holz-basierten Verbunden ermöglichen.
Abstract (eng)
The aim of this work was to find a way to apply the method of cross sectional nanoindentation to wood-adhesive interfaces. Samples were subjected to various surface treatments to artificially lower the adhesion strength. Contact angle measurements showed significant changes for all treatments. In the following shear test, one set of samples displayed a shear strength close to zero, giving a good basis for measuring the specific adhesion was given. Nanoindentation experiments were performed directly at the wood-adhesive bond line, where the adhesive was in intimate contact with the inner cell wall of wood cells. Results from a first experiment displayed a clear trend of decreasing adhesion for increasing contact angles, in accordance with the shear test. In a second experiment, indents were performed using varying load functions, to analyse their influence on the experiment. Results showed a strong hysteretic behaviour of the force-displacement curve for displacement controlled multi-load functions due to additional visco-elastic deformation, causing an increase in the measured specific work of indentation as well as the specific work of adhesion, which varied between 80-170J/m². However, all results showed the expected significant decrease in adhesive strength. Material characterisation of the cell wall and the adhesive showed no similar trends for their respective mechanical properties, thus allowing to discard the possibility of artefacts. With these findings, it was concluded that cross sectional nanoindentation can indeed be applied to wood-adhesive interfaces and should provide new insights into the nature of adhesive bonds in wood-based composites.
Keywords (eng)
adhesionwoodnanoindentationshear testcontact angle
Keywords (deu)
AdhäsionHolzNanoindentationZugschertestKontaktwinkel
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1273836
rdau:P60550 (deu)
66 S. : Ill.
Number of pages
75
Association (deu)
Title (eng)
Cross sectional nanoidentification as means of adhesion characterisation at the wood-adhesive bond line
Parallel title (deu)
Adhäsionsmessung an der Holz-Leim Grenzfläche mittels Cross Sectional Nanoindentation
Author
Michael Obersriebnig
Abstract (deu)
Das Ziel dieser Arbeit war es, ”cross sectional nanoindentation”, eine Methode der Adhäsionsmessung, an einer Holz-Klebstoff Grenfläche anzuwenden. In einem ersten Schritt wurden die Proben verschiedenen Oberflächenbehandlungen unterzogen um die Adhäsion zum herabzusetzen. Eine Kontaktwinkelmessung zeigte signifikante Änderungen aufgrund dieser Behandlungen. Gleichzeitig nahm für alle Probentypen die maximale Zugspannung signifikant ab und lag für einen Probentyp sogar bei fast Null. Somit waren gute Vorraussetzungen zur Messung der spezifischen Adhäsion gegeben. Die Nanoindenter-Messungen wurden an der Holz-Leim-Grenzlinie durchgeführt, an Stellen wo ein vollständiger Kontakt des Leims mit der Zellinnenwand gegeben war. Die Ergebnisse eines ersten Versuchs zeigten in Analogie zum Zugschertest eine Abnahme der Adhäsion bei Proben mit höherem Kontaktwinkel. In einem zweiten Versuch wurden verschiedene Beladefunktionen für die Indents verwendet, um deren Einfluss auf das Experiment zu untersuchen. Hierbei zeigte sich ein starker Hysterese-Effekt bei mehrstufigen weggesteuerten Beladefunktionen aufgrund zusätzlicher viskoelastischer Verformung. Das führte zu einer Zunahme der gemessenen spezifischen Indentationsarbeit als auch der spezifischen Adhäsionsarbeit, wobei letztere Werte von 80-170J/m² annahm. Alle Ergebnisse wiesen jedoch die erwartete signifikante Abnahme der Adhäsion auf. Eine Charakterisierung der Materialeigenschaften von Zellwand und Leim zeigte keine ähnlichen Trends, womit die Möglichkeit von Artefakten verworfen werden konnte. Die gefundenen Ergebnisse erlauben den Schluss, dass die Methode der „cross sectional nanoindentation” an Holz-Leim-Grenzflächen eingesetzt werden kann. Sie sollte somit neue Einsichten in die Natur von adhäsiven Verbindungen in holz-basierten Verbunden ermöglichen.
Abstract (eng)
The aim of this work was to find a way to apply the method of cross sectional nanoindentation to wood-adhesive interfaces. Samples were subjected to various surface treatments to artificially lower the adhesion strength. Contact angle measurements showed significant changes for all treatments. In the following shear test, one set of samples displayed a shear strength close to zero, giving a good basis for measuring the specific adhesion was given. Nanoindentation experiments were performed directly at the wood-adhesive bond line, where the adhesive was in intimate contact with the inner cell wall of wood cells. Results from a first experiment displayed a clear trend of decreasing adhesion for increasing contact angles, in accordance with the shear test. In a second experiment, indents were performed using varying load functions, to analyse their influence on the experiment. Results showed a strong hysteretic behaviour of the force-displacement curve for displacement controlled multi-load functions due to additional visco-elastic deformation, causing an increase in the measured specific work of indentation as well as the specific work of adhesion, which varied between 80-170J/m². However, all results showed the expected significant decrease in adhesive strength. Material characterisation of the cell wall and the adhesive showed no similar trends for their respective mechanical properties, thus allowing to discard the possibility of artefacts. With these findings, it was concluded that cross sectional nanoindentation can indeed be applied to wood-adhesive interfaces and should provide new insights into the nature of adhesive bonds in wood-based composites.
Keywords (eng)
adhesionwoodnanoindentationshear testcontact angle
Keywords (deu)
AdhäsionHolzNanoindentationZugschertestKontaktwinkel
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1273837
Number of pages
75
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