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(guò)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)接構(gòu)成的接頭，其膠接面和試樣縱軸垂直，拉伸力通過(guò)試樣縱軸傳至膠接面直至破壞，以單位膠接面積所承受的*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(guò)一定工藝條件膠接而成的被測(cè)件。

除非另有規(guī)定，其試棒尺寸見(jiàn)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

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。膠接好試樣，以周圍略有一圈細(xì)膠梗為宜，此時(shí)不必**，若需**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，*短停放時(shí)間為16h，*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±20)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(shuō)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*大，也就是說(shuō)在這一點(diǎn)上應(yīng)力*集中。如果我們膠接后兩半圓柱體錯(cuò)位大，則試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(kāi)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*大值比*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(wú)關(guān)，如用聚乙烯蠟(相對(duì)分子量2750)來(lái)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(guò)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*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±2)℃至少放置16h后，才進(jìn)行拉伸。拉伸前必須**余膠。

(2)試驗(yàn) 試驗(yàn)在(23±2)℃下進(jìn)行?？諝庵邢鄬?duì)濕度為(50±5)%。

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，**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(lái)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GB7749-87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*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(wú)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)*短時(shí)間為16h，*長(zhǎng)為1個(gè)月。試驗(yàn)應(yīng)在(23±2)℃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)在溫度(23±2)℃，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)℃，相對(duì)濕度45%-55%的范圍內(nèi)停放不少于16h。開(kāi)動(dòng)拉力機(jī)，以(5±1)mm/min加荷速度加載，記錄試樣劈裂破壞的*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*小值，*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(guò)試樣縱軸傳至膠接面，直至破壞，以單位膠接面積承受的*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(guò)夾持器中心線的拉力方向一致。

恒溫室應(yīng)保持溫度為(23±1)℃，相對(duì)濕度(50±2)%，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℃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**定位。

(2)試驗(yàn) 試驗(yàn)前試樣應(yīng)在(23±1)℃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℃以下為±1℃，101℃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℃為小于等于30min；101-200℃為小于等于45min；對(duì)201-300℃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*大破壞負(fù)荷與試樣破壞類型。

4.影響因素

對(duì)膠接強(qiáng)度的影響因素與條形和棒狀拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)相同。膠接后膠層平均厚度，要求控制在0.0254m之內(nèi)。且應(yīng)注明膠層厚度測(cè)量方法。不同標(biāo)準(zhǔn)菌狀試件尺寸不一，見(jiàn)表8-5。

表8-5       不同的標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸

其他影響因素同(一)節(jié)。