粘接試驗(yàn)

1、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)測(cè)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，尢其是對(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

2、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航天局推薦的方法（ARPs)。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)。ASTMD897粘接接頭拉伸強(qiáng)度測(cè)試方法是保留在ASTM中有關(guān)膠粘劑最古老的方法之一。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

3、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ASTMD2094（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)，便能較精確地測(cè)定拉伸粘接強(qiáng)度。拉伸試驗(yàn)是評(píng)價(jià)膠粘劑最普通的試驗(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)完全是拉伸形式。大多數(shù)結(jié)

4、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)之一是能得到最基本的數(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)（

5、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，膠層里承受的最大應(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ASTMD1002之外，還有ASTMD3163，它與ASTMD100

6、2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。ASTMD3165（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ASTMD3528（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。但也粘接結(jié)構(gòu)在使用中承受持久性負(fù)荷，特別是有振動(dòng)存在的情況，膠粘劑的耐蠕變性是非常重要的。ASTM標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)方法

7、是測(cè)定蠕變的。ASTMD2293是金屬對(duì)金屬粘接壓縮剪切蠕變性能的測(cè)定方法，而ASTMD2294是金屬對(duì)金屬粘接拉伸剪切蠕變性能的測(cè)定方法。ASTMD1780是進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，這是一個(gè)通用測(cè)試方法，對(duì)于一個(gè)單搭接試件，施加一個(gè)恒定的負(fù)荷，用顯微鏡監(jiān)測(cè)膠層邊緣的細(xì)刻線，記下隨時(shí)間而變化的變形量。由于蠕變受溫度的影響，測(cè)定時(shí)一定要在恒溫下進(jìn)行。7疲勞雖然靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)于許多粘接應(yīng)用選擇膠粘是有用的，但卻沒(méi)有包括應(yīng)力間斷性作用的惡劣條

8、件，即是疲勞。所謂接頭的疲勞是指由于受到不斷循環(huán)交變的應(yīng)力作用而使接頭強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷地下降直至發(fā)生破壞的現(xiàn)象。在使用時(shí)經(jīng)受巨大振動(dòng)的接頭似乎對(duì)疲勞最為敏感。因此，在一個(gè)粘接接頭用到實(shí)際構(gòu)件上之前，測(cè)定模擬使用條件下的疲勞強(qiáng)度是非常必要的。ASTMD3166（粘接拉伸剪切疲勞性能測(cè)定方法）雖然是用于金屬對(duì)金屬接頭，但對(duì)于塑料被粘物也可用。所有的試件為ASTMD1002單搭接剪切接頭形式，試驗(yàn)是在專(zhuān)用的拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，這種試驗(yàn)機(jī)能施

9、加周期性或正弦波式負(fù)荷。通常在高到1800周min或更高狀態(tài)下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，記錄交變應(yīng)力中的最大應(yīng)力S，以發(fā)生破壞的交變循環(huán)次數(shù)N的對(duì)數(shù)作圖，可得到接頭的SN疲勞曲線，這也是最為常用的方法。8沖擊沖擊試驗(yàn)主要用來(lái)測(cè)定膠粘劑韌性的，即是測(cè)定膠粘劑在瞬間緩沖或吸收外力作用的能力。從根本上說(shuō)，這些試驗(yàn)都是測(cè)定膠粘劑對(duì)加荷速率的敏感性。ASTMD950（粘接接頭的沖擊強(qiáng)度測(cè)試方法）說(shuō)明了剪切試件受沖擊力時(shí)的擺錘試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果是以試件受到?jīng)_擊

10、力作用而破壞時(shí)每單位粘接面積所吸收的能量（KJm2）來(lái)表示的。有些試驗(yàn)機(jī)是采用重力加速?zèng)_擊法，利用一系列重量自由下落到試件上，此時(shí)破壞負(fù)荷等于重量乘以下落高度。其他先進(jìn)的儀器是利用壓縮空氣，使負(fù)荷作用時(shí)間縮短到105s。9耐久性很多ASTM試驗(yàn)和實(shí)踐都可測(cè)定試件的耐久性，但其中最重要的是楔子試驗(yàn)。ASTMD3762介紹了在平接的鋁試件膠層里嵌入一個(gè)楔子，因而在引起裂紋尖端區(qū)域產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。之后將受力試件暴露于濕熱環(huán)境，或其他所要求的環(huán)境

11、。然后計(jì)算裂紋隨時(shí)間的增長(zhǎng)，并判斷破壞類(lèi)型。這個(gè)試驗(yàn)基本上是定量的，但對(duì)于被粘物的表面處理參數(shù)和膠粘劑的環(huán)境耐久性應(yīng)區(qū)別對(duì)待。10標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法匯集10.1老化（1）ASTMD118370(1981)——膠粘劑耐循環(huán)實(shí)驗(yàn)室老化條件的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。（2）ASTMD158160(1984)——玻璃瓶標(biāo)簽用水基或溶劑、可溶液體膠粘劑粘接耐久性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。（3）ASTMD171365(1981)——自動(dòng)裝置密封頂蓋纖維板試件用水基或溶劑、可溶