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An investigation of thermochemical changes in Canadian hardwood species during wood welding

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2013-02-09
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Springer
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Résumé
Thermochemical changes during wood-dowel welding were investigated in two Canadian hardwood species commonly used for indoor appearance applications: sugar maple (Acer saccharum) and yellow birch (Betula alleghaniensis). The original reference wood sample and the welded interface between two bonded wood pieces, a dowel and a substrate, were compared to explain differences in mechanical properties between species. Pyrolysis gas chromatography–mass spectrometry (Py-GC/MS), attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used. The gases emitted during wood welding were determined by Py-GC/MS and gas chromatography coupled with a thermal conductivity detector and a flame ionization detector (GC-TCD/FID). Results showed that thermal welding of birch and maple woods degrades hemicelluloses and affects lignin polymer through depolymerisation. Welding effectiveness is therefore directly associated with the properties of the original wood constituents, primarily lignin and carbohydrates. The lignin-related changes at the welded interface were greater for sugar maple than for yellow birch, corroborating mechanical property differences observed between the two species. The gases proportions were similar for both species and no harmful gases were detected in the smoke released during welding process.
Untersucht wurden die thermochemischen Veränderungen, die beim Einbringen von Dübeln mittels Reibschweißen in zwei in Kanada für Innenanwendungen häufig verwendeten Laubholzarten Zuckerahorn (Acer saccharum) und Gelbbirke (Betula alleghaniensis) auftreten. Die Schweißfläche zwischen den zwei verbundenen Holzteilen, einem Dübel und einem Holz, und dem nicht betroffenen Holz wurden verglichen, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften beider Holzarten anhand von Pyrolyse-Gaschromatographie–Massenspektrometrie (Py-GC/MS), Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie in abgeschwächter Totalreflexion (ATR-FTIR) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie zu bestimmen. Die beim Reibschweißen emittierten Gase wurden bestimmt mittels Py-GC/MS und Gaschromatographie gekoppelt mit einem Wärmeleitfähigkeitsmesser und einem Flammenionisationsdetektor (GC-TCD/FID). Die Ergebnisse zeigten, dass beim Reibschweißen von Birken- und Ahornholz Hemicellulosen abgebaut werden und auch das Ligninpolymer depolimerisiert wird. Die Güte der Verschweißung hängt deswegen direkt von den Eigenschaften der zu verschweißenden Holzbestandteile ab, insbesondere dem Lignin und der Kohlenhydrate. Veränderungen des Lignins an der Schweißfläche waren bei Zuckerahorn größer als bei Gelbbirke und bestätigen damit die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften beider Holzarten. Die Gasanteile waren bei beiden Holzarten vergleichbar und im Rauch, der beim Schweißen entsteht, wurden keine schädlichen Gase festgestellt.
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Revue
European Journal of Wood and Wood Products, Vol. 71 (2), 245–257 (2013)
DOI
10.1007/s00107-013-0671-x
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Mots-clés
Welding , Lignin , Furfural , Sugar Maple , European Beech , Yellow birch
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article de recherche