解析胶粘剂和粘接的试验方法

解析胶粘剂和粘接的试验方法

1 引言

　　有许多理由都需要进行胶粘剂和粘接试验，其中一些是：

　　（1）性能比较（拉伸、剪切、剥离、弯曲、冲击和劈裂强度；耐久性、疲劳、耐环境性和传导性等）。

　　（2）对每批胶粘剂进行质量检查，确定是否达到标准要求。

　　（3）检验表面及其处理的有效性。

　　（4）确定对预性能有用的参数（固化条件、干燥条件、胶层厚度等）。

　　试验对于材料科学和工程的各个方面都十分重要，特别是对胶粘剂显得更为重要。试验不仅能测定胶粘剂的本身强度，而且还能评价粘接技术、表面清洁、表面处理的有效性、表面腐蚀、胶粘剂涂布、胶层厚度和固化条件等人们非常关心的问题。

　　本章首先一般性地讨论粘接接头试验的各种类型，只是包括一些比较重要的试验，继而列出某些学科领域中有关的ASTM 方法和实践，以及SAE *推荐的方法（ARP/s）。

　　2 拉伸

　　单纯拉伸试验是负荷作用垂直于胶层平面并通过粘接面中心的试验。ASTM D897 粘接接头拉伸强度测试方法是保留在 ASTM 中有关胶粘剂zui古老的方法之一。对于试验所用试件和夹具的制作必须给予重视，由于设计不妥，试验时会产生边缘应力，有很大的应力集中，所得到的应力数据进行类推求算不同粘接面积或不同构形接头的强度很可能是不真实的。因此，D897 已被 D2095 （条型和圆棒试件拉伸强度测试方法）所代替。这种试件按照 ASTM D2094 （粘接试验中条型和圆棒试件的制备）标准制作，很容易调整同心度。如果正确地制作试件和进行试验，便能较地测定拉伸粘接强度。拉伸试验是评价胶粘剂zui普通的试验，尽管是有经验人员设计的接头，也不能保证加荷时*是拉伸形式。大多数结构材料都比胶粘剂的拉伸强度高。拉伸试验的优点之一是能得到zui基本的数据，如拉伸应变、弹性模量和拉伸强度。

　　加利福尼亚理工学院的维谦斯及其同事对拉伸试验的应力分布进行了分析，发现除非是当胶粘剂与被粘物的模量相匹配时，应力在整个试件里的分布是不均匀的。这种模量的差异造成了剪切应力沿界面传递。

　　3 剪切

　　单纯剪切应力是平行于粘接面所产生的应力。单搭接剪切试件不能代表剪切，但却很实用，制作比较简单，测得的数据有实用价值、重复性好。

　　剪切试验是很普通的试验（对比下列的几种试验），因其试件制备容易，且几何形状和操作条件对很多结构胶粘剂都适用。与拉伸试验一样，剪切试验的应力分布也是不均匀的，破坏应力是按常规方法将负荷除以粘接面积而得，胶层里承受的zui大应力要比平均应力高得很多，胶层受到的应力与纯剪切不同。粘接的“剪切”接头的破坏形式与胶层厚度和被粘物的刚度有关，有时以剪切破坏为主，有时以拉伸破坏为主。

　　目前所用的剪切试验方法，除了ASTM D1002 之外，还有ASTM D3163 ，它与ASTM D1002 相比，构形几乎相同，只是厚度不同。该方法解决了胶粘剂易从边缘挤出来的问题。ASTM D3165 （层压复合的胶粘剂们拉伸剪切强度测试方法）说明了如何制备试件来测定夹层结构的拉伸剪切强度。双搭接剪切试的标准为ASTM D3528 （双搭接粘接接头拉伸剪切强度测试方法），其优点是受力比较均衡，从而减小了单搭接试验中的劈裂应力和剥离应力。但也带来了新的问题，测试时两个或更多的胶层同时受力，比较试验就可能复杂化。

　　压缩剪切试通常也用，ASTM D2182 （金属对金属粘接压缩剪切强度测定方法）对试件与搭接剪切的相似性和压缩剪切试验设备进行了说明。ASTM D905 （粘接接头压缩剪切强度测试方法）是测定木材（硬木等）剪切强度的试验。ASTM E229 是测定扭转剪切强度和扭转剪切模量的试验。如果试件合适，且加荷时同心度良好，则在E229 中胶层比搭接剪切试验应力分布更均匀。

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