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、耐環境性和傳導性等）。

　　（2）對每批膠粘劑進行質量檢查，確定是否達到標準要求。

　　（3）檢驗表面及其處理的有效性。

　　（4）確定對預性能有用的參數（固化條件、干燥條件、膠層厚度等）。

　　試驗對于材料科學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、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，繼而列出某些學科領域中有關的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，由于設計不妥，試驗時會產生邊緣應力，有很大的應力集中，所得到的應力數據進行類推求算不同粘接面積或不同構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）標準制作，很容易調整同心度。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，盡管是有經驗人員設計的接頭，也不能保證加荷時*是拉伸形式。大多數結構材料都比膠粘劑的拉伸強度高。拉伸試驗的優點之一是能得到zui基本的數據，如拉伸應變、彈性模量和拉伸強度。

　　加利福尼亞理工學院的維謙斯及其同事對拉伸試驗的應力分布進行了分析，發現除非是當膠粘劑與被粘物的模量相匹配時，應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力沿界面傳遞。

　　3 剪切

　　單純剪切應力是平行于粘接面所產生的應力。單搭接剪切試件不能代表剪切，但卻很實用，制作比較簡單，測得的數據有實用價值、重復性好。

　　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，且幾何形狀和操作條件對很多結構膠粘劑都適用。與拉伸試驗一樣，剪切試驗的應力分布也是不均勻的，破壞應力是按常規方法將負荷除以粘接面積而得，膠層里承受的zui大應力要比平均應力高得很多，膠層受到的應力與純剪切不同。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，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構的拉伸剪切強度。雙搭接剪切試的標準為ASTM D3528 （雙搭接粘接接頭拉伸剪切強度測試方法），其優點是受力比較均衡，從而減小了單搭接試驗中的劈裂應力和剝離應力。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 是測定扭轉剪切強度和扭轉剪切模量的試驗。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力分布更均勻。

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