解析膠粘劑和粘接的試驗(yàn)方法

1 引言

　　有許多理由都需要進(jìn)行膠粘劑和粘接試驗(yàn)，其中一些是：

　　（1）性能比較（拉伸、剪切、剝離、彎曲、沖擊和劈裂強(qiáng)度；耐久性、疲勞、耐環(huán)境性和傳導(dǎo)性等）。

　　（2）對(duì)每批膠粘劑進(jìn)行質(zhì)量檢查，確定是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　（3）檢驗(yàn)表面及其處理的有效性。

　　（4）確定對(duì)預(yù)性能有用的參數(shù)（固化條件、干燥條件、膠層厚度等）。

　　試驗(yàn)對(duì)于材料科學(xué)和工程的各個(gè)方面都十分重要，特別是對(duì)膠粘劑顯得更為重要。試驗(yàn)不僅能測(cè)定膠粘劑的本身強(qiáng)度，而且還能評(píng)價(jià)粘接技術(shù)、表面清潔、表面處理的有效性、表面腐蝕、膠粘劑涂布、膠層厚度和固化條件等人們非常關(guān)心的問(wèn)題。

　　本章首先一般性地討論粘接接頭試驗(yàn)的各種類(lèi)型，只是包括一些比較重要的試驗(yàn)，繼而列出某些學(xué)科領(lǐng)域中有關(guān)的ASTM 方法和實(shí)踐，以及SAE *推薦的方法（ARP/s）。

　　2 拉伸

　　單純拉伸試驗(yàn)是負(fù)荷作用垂直于膠層平面并通過(guò)粘接面中心的試驗(yàn)。ASTM D897 粘接接頭拉伸強(qiáng)度測(cè)試方法是保留在 ASTM 中有關(guān)膠粘劑zui古老的方法之一。對(duì)于試驗(yàn)所用試件和夾具的制作必須給予重視，由于設(shè)計(jì)不妥，試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，有很大的應(yīng)力集中，所得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行類(lèi)推求算不同粘接面積或不同構(gòu)形接頭的強(qiáng)度很可能是不真實(shí)的。因此，D897 已被 D2095 （條型和圓棒試件拉伸強(qiáng)度測(cè)試方法）所代替。這種試件按照 ASTM D2094 （粘接試驗(yàn)中條型和圓棒試件的制備）標(biāo)準(zhǔn)制作，很容易調(diào)整同心度。如果正確地制作試件和進(jìn)行試驗(yàn)，便能較地測(cè)定拉伸粘接強(qiáng)度。拉伸試驗(yàn)是評(píng)價(jià)膠粘劑zui普通的試驗(yàn)，盡管是有經(jīng)驗(yàn)人員設(shè)計(jì)的接頭，也不能保證加荷時(shí)*是拉伸形式。大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料都比膠粘劑的拉伸強(qiáng)度高。拉伸試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)之一是能得到zui基本的數(shù)據(jù)，如拉伸應(yīng)變、彈性模量和拉伸強(qiáng)度。

　　加利福尼亞理工學(xué)院的維謙斯及其同事對(duì)拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)除非是當(dāng)膠粘劑與被粘物的模量相匹配時(shí)，應(yīng)力在整個(gè)試件里的分布是不均勻的。這種模量的差異造成了剪切應(yīng)力沿界面?zhèn)鬟f。

　　3 剪切

　　單純剪切應(yīng)力是平行于粘接面所產(chǎn)生的應(yīng)力。單搭接剪切試件不能代表剪切，但卻很實(shí)用，制作比較簡(jiǎn)單，測(cè)得的數(shù)據(jù)有實(shí)用價(jià)值、重復(fù)性好。

　　剪切試驗(yàn)是很普通的試驗(yàn)（對(duì)比下列的幾種試驗(yàn)），因其試件制備容易，且?guī)缀涡螤詈筒僮鳁l件對(duì)很多結(jié)構(gòu)膠粘劑都適用。與拉伸試驗(yàn)一樣，剪切試驗(yàn)的應(yīng)力分布也是不均勻的，破壞應(yīng)力是按常規(guī)方法將負(fù)荷除以粘接面積而得，膠層里承受的zui大應(yīng)力要比平均應(yīng)力高得很多，膠層受到的應(yīng)力與純剪切不同。粘接的“剪切”接頭的破壞形式與膠層厚度和被粘物的剛度有關(guān)，有時(shí)以剪切破壞為主，有時(shí)以拉伸破壞為主。

　　目前所用的剪切試驗(yàn)方法，除了ASTM D1002 之外，還有ASTM D3163 ，它與ASTM D1002 相比，構(gòu)形幾乎相同，只是厚度不同。該方法解決了膠粘劑易從邊緣擠出來(lái)的問(wèn)題。ASTM D3165 （層壓復(fù)合的膠粘劑們拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試方法）說(shuō)明了如何制備試件來(lái)測(cè)定夾層結(jié)構(gòu)的拉伸剪切強(qiáng)度。雙搭接剪切試的標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D3528 （雙搭接粘接接頭拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試方法），其優(yōu)點(diǎn)是受力比較均衡，從而減小了單搭接試驗(yàn)中的劈裂應(yīng)力和剝離應(yīng)力。但也帶來(lái)了新的問(wèn)題，測(cè)試時(shí)兩個(gè)或更多的膠層同時(shí)受力，比較試驗(yàn)就可能復(fù)雜化。

　　壓縮剪切試通常也用，ASTM D2182 （金屬對(duì)金屬粘接壓縮剪切強(qiáng)度測(cè)定方法）對(duì)試件與搭接剪切的相似性和壓縮剪切試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了說(shuō)明。ASTM D905 （粘接接頭壓縮剪切強(qiáng)度測(cè)試方法）是測(cè)定木材（硬木等）剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)。ASTM E229 是測(cè)定扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剪切模量的試驗(yàn)。如果試件合適，且加荷時(shí)同心度良好，則在E229 中膠層比搭接剪切試驗(yàn)應(yīng)力分布更均勻。

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