解析膠粘劑和粘接的試驗方法

1 引言

　　有許多理由都需要進行膠粘劑和粘接試驗，其中一些是：

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

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

　　（3）檢驗表面及其處理的有效性。

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

　　試驗對于材料科學(xué)和工程的各個方面都十分重要，特別是對膠粘劑顯得更為重要。試驗不僅能測定膠粘劑的本身強度，而且還能評價粘接技術(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)心的問題。

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

　　2 拉伸

　　單純拉伸試驗是負(fù)荷作用垂直于膠層平面并通過粘接面中心的試驗。ASTM D897 粘接接頭拉伸強度測試方法是保留在 ASTM 中有關(guān)膠粘劑zui古老的方法之一。對于試驗所用試件和夾具的制作必須給予重視，由于設(shè)計不妥，試驗時會產(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)進行類推求算不同粘接面積或不同構(gòu)形接頭的強度很可能是不真實的。因此，D897 已被 D2095 （條型和圓棒試件拉伸強度測試方法）所代替。這種試件按照 ASTM D2094 （粘接試驗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行試驗，便能較地測定拉伸粘接強度。拉伸試驗是評價膠粘劑zui普通的試驗，盡管是有經(jīng)驗人員設(shè)計的接頭，也不能保證加荷時*是拉伸形式。大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料都比膠粘劑的拉伸強度高。拉伸試驗的優(yōu)點之一是能得到zui基本的數(shù)據(jù)，如拉伸應(yīng)變、彈性模量和拉伸強度。

　　加利福尼亞理工學(xué)院的維謙斯及其同事對拉伸試驗的應(yīng)力分布進行了分析，發(fā)現(xiàn)除非是當(dāng)膠粘劑與被粘物的模量相匹配時，應(yīng)力在整個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，但卻很實用，制作比較簡單，測得的數(shù)據(jù)有實用價值、重復(fù)性好。

　　剪切試驗是很普通的試驗（對比下列的幾種試驗），因其試件制備容易，且?guī)缀涡螤詈筒僮鳁l件對很多結(jié)構(gòu)膠粘劑都適用。與拉伸試驗一樣，剪切試驗的應(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)，有時以剪切破壞為主，有時以拉伸破壞為主。

　　目前所用的剪切試驗方法，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的問題。ASTM D3165 （層壓復(fù)合的膠粘劑們拉伸剪切強度測試方法）說明了如何制備試件來測定夾層結(jié)構(gòu)的拉伸剪切強度。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度測試方法），其優(yōu)點是受力比較均衡，從而減小了單搭接試驗中的劈裂應(yīng)力和剝離應(yīng)力。但也帶來了新的問題，測試時兩個或更多的膠層同時受力，比較試驗就可能復(fù)雜化。

　　壓縮剪切試通常也用，ASTM D2182 （金屬對金屬粘接壓縮剪切強度測定方法）對試件與搭接剪切的相似性和壓縮剪切試驗設(shè)備進行了說明。ASTM D905 （粘接接頭壓縮剪切強度測試方法）是測定木材（硬木等）剪切強度的試驗。ASTM E229 是測定扭轉(zhuǎn)剪切強度和扭轉(zhuǎn)剪切模量的試驗。如果試件合適，且加荷時同心度良好，則在E229 中膠層比搭接剪切試驗應(yīng)力分布更均勻。

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