膠粘劑拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

1、膠粘劑拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 在膠接接頭受拉伸應(yīng)力作用時(shí)，有三種不同的接頭受力方式。 (1) 拉伸應(yīng)力與膠接面互相垂直，并且通過膠接面中心均勻地分布在整個(gè)膠 接面上，這一應(yīng)力均勻拉伸應(yīng)力，又稱正拉伸應(yīng)力。 (2) 拉伸應(yīng)力分布在整個(gè)膠接面上，但力呈不均勻分布，此種情況稱為不均 勻拉伸。 (3) 與不均勻拉伸相比，它的力作用線不是捅咕試樣中心，而偏于試樣的一 端；它的受力面不是對(duì)稱的，而是不對(duì)稱的，這種拉伸叫不對(duì)稱拉伸，人們有時(shí) 將這一試驗(yàn)叫撕離試驗(yàn)或劈裂試驗(yàn)，以示與剝離相區(qū)別。 一 . 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn) ( 條型和棒狀 ) 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)又叫正拉強(qiáng)度試驗(yàn)或均勻扯離強(qiáng)度試驗(yàn)。 1. 原理 由兩根棒狀被粘物對(duì)

2、接構(gòu)成的接頭，其膠接面和試樣縱軸垂直，拉伸力通過 試樣縱軸傳至膠接面直至破壞 ，以單位膠接面積所承受的最大載荷計(jì)算其拉伸強(qiáng) 度。 2. 儀器設(shè)備 拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能保證恒定的拉伸速度，破壞負(fù)荷應(yīng)在所選刻度盤容量的 10 %-90% 范圍內(nèi)。拉力機(jī)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)短至不影響測(cè)量精度，應(yīng)能測(cè)得試樣斷裂 時(shí)的破壞載荷，其測(cè)量誤差不大于 1% 。拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有加載時(shí)可與試樣的軸 線和加載方向保持一致的，自動(dòng)對(duì)中的拉伸夾具。 固化夾具，能施加固定壓力，保證正確膠接與定位。 3. 試驗(yàn)步驟 (1) 試棒與試樣 試棒為具有規(guī)定形狀，尺寸的棒狀被粘物。試樣為將兩個(gè)試 棒通過一定工藝條件膠接而成的被測(cè)件。 除非另有規(guī)

3、定，其試棒尺寸見表 8-4。其試樣尺寸的選擇視待測(cè)膠黏劑的強(qiáng) 度，拉力機(jī)的滿量程，試棒本身材質(zhì)的強(qiáng)度以及試驗(yàn)時(shí)環(huán)境因素而定。 表8-4圓柱形與方形試棒尺寸 試棒直徑與邊長(zhǎng) b/mm a/mm 直徑/ mm L/mm 膠接面表面粗糙 度 Ra/um 100.1 10 5 30 0.8 150.1 12 7 45 0.8 25 ).1 15 9 50 0.8 用于試棒加工的金屬材料有45號(hào)鋼，LY12CZ鋁合金，銅，H62黃銅等。 非金屬材料有層壓塑料等。層壓制品試棒，其層壓平面應(yīng)與試棒一個(gè)側(cè)面平行， 試棒上的銷孔應(yīng)與層壓平面垂直。 試棒的表面處理，涂膠及試樣制備工藝，應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。膠接好試

4、樣, 以周圍略有一圈細(xì)膠梗為宜，此時(shí)不必清除，若需清除余膠，則應(yīng)在固化后進(jìn)行。 (2) 試驗(yàn)在正常狀態(tài)下，金屬試樣從試樣制備完畢到測(cè)試之間，最短停放時(shí) 間為16h，最長(zhǎng)為1個(gè)月，非金屬試樣至少停放40h。 試樣應(yīng)在試驗(yàn)環(huán)境下停放 30min以上，將它安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)夾具上，測(cè) 試其破壞負(fù)荷，對(duì)電子拉力機(jī)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)使試樣在(60 i20)s內(nèi)破壞；有時(shí)對(duì)機(jī)械 式拉力機(jī)則采用10mm/min拉伸速度。 4. 結(jié)果評(píng)定 試驗(yàn)結(jié)果以5個(gè)試樣拉伸強(qiáng)度算術(shù)平均值表示，取 3位有效數(shù)字。 同時(shí)應(yīng)記下每個(gè)試樣的破壞類型，如界面破壞，膠層內(nèi)聚破壞，被粘物破壞 與混合破壞。 5. 影響因素 (1) 應(yīng)力分析 粘接接

5、頭在受到垂直于粘接面應(yīng)力作用時(shí)，應(yīng)力分布比受剪切 應(yīng)力要均勻得多，但根據(jù)理論推測(cè)與應(yīng)力分布試驗(yàn)證實(shí)，在拉伸接頭邊緣也存在 應(yīng)力集中。為證實(shí)這一點(diǎn)，有人采用一定厚度的橡膠膠接在試樣中以代替膠黏 劑，發(fā)現(xiàn)試樣在拉伸時(shí)，橡膠中部有明顯收縮。說明在接頭受正拉伸應(yīng)力作用， 剪切應(yīng)力則集中在試樣膠黏劑-空氣-被粘體的三者邊界處最大，也就是說在這一 點(diǎn)上應(yīng)力最集中。如果我們膠接后兩半圓柱體錯(cuò)位大，貝皿樣的軸線偏離了加載 方向中心線，這是經(jīng)常會(huì)發(fā)生的。那么，就存在有劈應(yīng)力，而使邊緣應(yīng)力集中急 劇增加。當(dāng)邊界應(yīng)力大到一個(gè)臨界值時(shí)，膠層邊緣就發(fā)生開裂，裂縫迅速地?cái)U(kuò)展 到整個(gè)膠接面上。從對(duì)拉伸試樣的應(yīng)力分布進(jìn)行分析

6、表明，膠接試件的尺寸與模 量，膠層的厚度，膠黏劑的模量都影響接頭邊緣的應(yīng)力分布系數(shù)大小，因此也必 然會(huì)影響它的強(qiáng)度值。與拉伸剪切試樣一樣，加載速度與試樣溫度也影響拉伸強(qiáng) 度。 (2) 試樣尺寸 不同的試樣直徑的拉伸強(qiáng)度測(cè)試值不一，而且離散大，同一直徑試樣其最大 值比最小值高 50% 以上。對(duì)方形試樣，由于邊緣到中心點(diǎn)距離不同，那應(yīng)力分 布更不均勻，因此用方形試樣只能測(cè)到 “近似 的拉伸強(qiáng)度值。 (3) 膠層厚度 對(duì)拉伸強(qiáng)度，隨著膠層厚度增加，它的粘接接頭強(qiáng)度降低。膠 層越薄，強(qiáng)度越大。理論研究預(yù)言，對(duì)于非常薄膠膠層，對(duì)接拉伸強(qiáng)度反比于膠 層厚度；而對(duì)于非常厚的膠層，則與膠厚度無關(guān)，如用聚乙烯蠟

7、 (相對(duì)分子量 27 50) 來膠接鋼與鋼，當(dāng)膠層厚度為 150nm 時(shí)，接頭的拉伸強(qiáng)度已接近于聚乙烯蠟 本身強(qiáng)度 5.5MPa 左右；而膠層厚度只有 5nm 時(shí)，對(duì)接接頭的強(qiáng)度是膠黏劑本 身強(qiáng)度的 2 倍。其他因素如模量 ，溫度等對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響與拉伸剪切強(qiáng)度相似 。 二. 不均勻拉伸試驗(yàn) 不均勻拉伸試驗(yàn)其特征是拉伸應(yīng)力的作用線雖然通過試樣中心 ，但受力時(shí)膠 接面上的應(yīng)力分布是不均勻的 。不均勻拉伸接頭是航空工業(yè)中常采用的一種膠接 結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)機(jī)翼蒙皮和翼肋，長(zhǎng)珩的膠接，直升飛機(jī)旋翼的膠接等工作狀態(tài)主 要承受拉伸應(yīng)力作用，而且在大多情況下是在不均勻拉伸應(yīng)力的條件下工作的， 因此測(cè)定膠接接頭的

8、不均勻拉伸強(qiáng)度有一定的實(shí)際意義 。不均勻拉伸強(qiáng)度的測(cè)定 在一定程度下反映了膠黏劑的韌性 ，因此也能反映出各種膠接材料對(duì)膠縫應(yīng)力集 中的敏感程度。本方法參照 GJB94-1986 。 原理 由一塊剛性金屬厚塊與一塊撓性金屬薄片被粘物對(duì)接組成的膠接接 頭，在承受不均勻拉伸載荷時(shí)，直至試樣破壞。以單位長(zhǎng)度上所承受的最大負(fù)荷 計(jì)算不均勻拉伸強(qiáng)度。 1. 儀器設(shè)備 拉力試驗(yàn)機(jī) 試樣專用夾具 2. 試驗(yàn)步驟 (1) 試件與試樣制備 按膠黏劑技術(shù)條件中規(guī)定將試件膠接，形成試樣。試固 化后，在(23坐)C至少放置16h后，才進(jìn)行拉伸。拉伸前必須清除余膠。 試驗(yàn) 試驗(yàn)在(23 )C下進(jìn)行?？諝庵邢鄬?duì)濕度為(50

9、均。 若不能滿足上述條件，則應(yīng)在報(bào)告中注明。測(cè)量膠接處試片寬度，精確到 0. 01mm，取兩側(cè)測(cè)量結(jié)果平均值。將試樣裝入拉力機(jī)夾具，其兩端夾緊處之間的 距離為(200 1)mm,并保證試樣厚塊邊緣分別至兩端夾緊處的距離差值不大于0. 5mm 。以 5-15mm/min 的速度加載，直至破壞。 3. 結(jié)果評(píng)定 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算到 3 位有效數(shù)字。以 5 個(gè)試樣的測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值作為 試驗(yàn)結(jié)果，取三位有效數(shù)字。 其標(biāo)準(zhǔn)誤差S,離散系數(shù)CV也應(yīng)同時(shí)報(bào)告。標(biāo)準(zhǔn)誤差與離散系數(shù)取兩位有 效數(shù)字。 4. 影響因素 (1) 撓性被粘物的厚度與夾持距離 不同撓性被粘物厚度與夾持距離的試驗(yàn)結(jié) 果不能比較。隨著薄板

10、厚度的增加,不均勻拉伸強(qiáng)度增大；同樣,試樣兩端夾緊 距離的縮短,它的不均勻拉伸強(qiáng)度增大。 (2) 膠黏劑性質(zhì) 膠黏劑的彈性模具與伸長(zhǎng)率大小對(duì)不均勻拉伸強(qiáng)度有影響。 這中間的關(guān)系比較復(fù)雜。通常,增加斷裂伸長(zhǎng)率,降低了膠黏劑的彈性模量,使 邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象有所改善,所以不均勻拉伸強(qiáng)度提高。但當(dāng)膠黏劑的彈性模量 降低,它的內(nèi)聚強(qiáng)度也相應(yīng)降低,不均勻拉伸強(qiáng)度也會(huì)降低。伸長(zhǎng)與模量是一對(duì) 矛盾,如何恰到好處地利用這一對(duì)矛盾來提高膠接接頭的不均勻拉伸強(qiáng)度,是需 要在膠黏劑配方研制時(shí)下一番工夫的。 (3) 膠層厚度 隨著膠層厚度的增加,接頭應(yīng)力集中程度下降,不均勻拉伸強(qiáng) 度提高,但膠層厚度繼續(xù)增加時(shí),由于膠層

11、的內(nèi)部缺陷增加,強(qiáng)度反而下降。 (4) 試驗(yàn)溫度不均勻拉伸強(qiáng)度與試驗(yàn)溫度有關(guān)。不同試驗(yàn)溫度下膠黏劑的模 量也發(fā)生變化,致使膠層中應(yīng)力分布變化；另外溫度變化 ,它內(nèi)聚強(qiáng)度也變化, 兩種因素相互作用,在一定的試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),它可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)不太明顯的峰 值。 (5) 接頭幾何尺寸 試樣寬度對(duì)不均勻拉伸強(qiáng)度影響小,但膠接部分長(zhǎng)度,即 剛性試片與撓性試片的膠接長(zhǎng)度越短,則強(qiáng)度越小。 三. 不對(duì)稱拉伸試驗(yàn) (劈裂試驗(yàn) ) 不對(duì)稱拉伸試驗(yàn)又稱為劈裂試驗(yàn),它所測(cè)試出的強(qiáng)度叫劈裂強(qiáng)度。在 GB77 49-87 以及國(guó)外的 ASTMD1062 與 JISK6853 中都規(guī)定了不對(duì)稱拉伸試驗(yàn)方法。 1. 原理 試

12、樣為對(duì)接結(jié)構(gòu)。在試樣的膠接面邊緣施加與膠接面垂直的拉力,測(cè)定試樣 被分離時(shí)所承受的最大負(fù)荷 ,以每單位膠接寬度上所需的分離力表示它的劈裂強(qiáng) 度。 2. 儀器設(shè)備 試驗(yàn)機(jī)要求同拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)要求。拉力機(jī)夾頭移動(dòng)速度為(5 1)mm/min 3. 試驗(yàn)步驟 試樣制備按膠黏劑技術(shù)條件規(guī)定。金屬塊膠接面應(yīng)平整，不應(yīng)有彎曲，歪斜 等變形。膠接面應(yīng)無毛口，邊緣保持直角。材質(zhì)為 LY12CZ 鋁合金或 45 號(hào)鋼。 夾持試樣的夾具應(yīng)帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置 ，以使加載時(shí)使受力作用線與試樣膠接面垂 直試樣制備到試驗(yàn)最短時(shí)間為16h，最長(zhǎng)為1個(gè)月。試驗(yàn)應(yīng)在(23C標(biāo)準(zhǔn)溫度 下進(jìn)行，若試驗(yàn)對(duì)溫，濕度要求嚴(yán)格或仲裁試驗(yàn)，則應(yīng)

13、在溫度(23 2) C,相對(duì)濕 度45%-55%下試驗(yàn)，若只要求溫度，則試樣在標(biāo)準(zhǔn)溫度下停放0.5h，若要求標(biāo) 準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境，則應(yīng)在溫度(23 2) C,相對(duì)濕度45%-55%的范圍內(nèi)停放不少于16 h。開動(dòng)拉力機(jī)，以(5 )mm/min加荷速度加載，記錄試樣劈裂破壞的最大載荷 與膠件破壞類型與百分率。 4. 結(jié)果評(píng)定 每種膠黏劑至少取 5 個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試，以最小值，最大值與平均值作為試驗(yàn) 結(jié)果，其值取 3 位有效數(shù)字。 5 .影響因素 加工試塊用的金屬可為半硬回火黃銅，硬回火紫銅磷銅，回火鋁合金與冷軋 鋼。對(duì)不對(duì)稱拉伸強(qiáng)度，由于試樣的搭接長(zhǎng)度，對(duì)它有十分明顯的影響。試樣長(zhǎng) 度 L 越短，不對(duì)稱

14、拉伸強(qiáng)度就越小。像溫度，膠層厚度，膠黏劑性質(zhì)的影響與玻 璃強(qiáng)度相同。 四. 交叉搭接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn) 試樣采用交叉搭接試樣，又稱十字形試樣，它所測(cè)試的拉伸強(qiáng)度為均勻拉伸 強(qiáng)度。試件采用金屬板與條狀。 測(cè)試前用卡尺測(cè)量膠層搭接面長(zhǎng)度與寬度 。而后將試樣裝在拉力試驗(yàn)機(jī)專用 具中，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸速度為 10mm/min ，直至膠層破壞為止。 每組試樣不應(yīng)少于 5 個(gè)，取算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，允許偏差 (15%)， 保留 3 位有效數(shù)字。 五. 拉伸強(qiáng)度試驗(yàn) (菌狀試樣) 1. 原理 由兩個(gè)菌狀物對(duì)接構(gòu)成的接頭，其膠接面和試樣縱軸垂直，拉伸力通過試樣 縱軸傳至膠接面，直至破壞，以單位膠接面積承受的最

15、大負(fù)荷計(jì)算拉伸強(qiáng)度。 2. 儀器設(shè)備 拉力試驗(yàn)機(jī)要求與條型和棒狀拉伸試驗(yàn)相同，并應(yīng)配備一專用夾持器，夾具 應(yīng)能自動(dòng)定位對(duì)中，使試樣長(zhǎng)軸與所施加通過夾持器中心線的拉力方向一致。 恒溫室應(yīng)保持溫度為(23 ) C,相對(duì)濕度(50吃)，若溫度達(dá)不到要求，允 許將試樣放在干燥器中，在干燥器隔板下方盛有硝酸鈣的飽和溶液，液面上的固 定濕度在23 C時(shí)為51%。相關(guān)溫度與固定濕度的數(shù)據(jù)可從化學(xué)手冊(cè)中查到。 3. 試驗(yàn)步驟 (1)試樣制備試樣材質(zhì)可以用金屬也可用木材，這根據(jù)不同膠黏劑要求選 取。其中常用金屬有冷軋條鋼，半硬回火黃銅，硬回火紫銅，2024鋁合金，磷 青銅，鎂合金與低硬度鎳銀。對(duì)金屬膠接，每種膠

16、黏劑仲裁試驗(yàn)至少應(yīng)測(cè)試10 個(gè)試樣，常規(guī)試驗(yàn)不少于5個(gè)。金屬試樣，表面處理，膠黏劑配比，涂膠量，涂 膠次數(shù)，晾置時(shí)間與固化條件均應(yīng)按生產(chǎn)廠家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。膠接時(shí)使用的夾 具，應(yīng)保證試樣正確膠接和精確定位。 (2)試驗(yàn) 試驗(yàn)前試樣應(yīng)在(23 ) C進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，不少于 16h。將試樣裝入 上，下夾持器中，如進(jìn)行高溫試驗(yàn)，應(yīng)直接用熱電偶測(cè)量膠接區(qū)金屬試樣外表面 溫度。若間接測(cè)量則應(yīng)對(duì)溫度與平衡時(shí)間進(jìn)行修正。在規(guī)定溫度下保溫時(shí)間不少 于10min，控溫精度100 C以下為 C, 10C以上為1%。其試樣達(dá)到試驗(yàn)溫 度的平衡時(shí)間，對(duì)50-100 C為小于等于30min ; 101-200 C為小于等于45min ; 對(duì)201-300 C為小于等于60min。以下夾持器移動(dòng)速度為10mm/min拉伸試樣， 直至破壞，記錄最大破壞負(fù)荷與試樣破壞類型。 4. 影響因素 對(duì)膠接強(qiáng)度的影響因