1 引言
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)確定對預(yù)測性能有用的參數(shù)(固化條件、干燥條件、膠層厚度等)。
試驗(yàn)對于材料科學(xué)和工程的各個(gè)方面都十分重要,尢其是對膠粘劑顯得更為重要。試驗(yàn)不僅能測定膠粘劑的本身強(qiáng)度,而且還能評價(jià)粘接技術(shù)、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(guān)心的問題。
本章首先一般性地討論粘接接頭試驗(yàn)的各種類型,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(ARP/s)。
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粘接面中心的試驗(yàn)。ASTM D897 粘接接頭拉伸強(qiáng)度測試方法是保留在 ASTM 中有關(guān)膠粘劑最古老的方法之一。對于試驗(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,試驗(yàn)時(shí)會產(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)度測試方法)所代替。這種試件按照 ASTM D2094 (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),便能較精確地測定拉伸粘接強(qiáng)度。拉伸試驗(yàn)是評價(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)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,制作比較簡單,測得的數(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)(對比下列的幾種試驗(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ASTM D1002 之外,還有ASTM D3163 ,它與ASTM D1002 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的問題。ASTM D3165 (層壓復(fù)合的膠粘劑們拉伸剪切強(qiáng)度測試方法)說明了如何制備試件來測定夾層結(jié)構(gòu)的拉伸剪切強(qiáng)度。雙搭接剪切試的標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D3528 (雙搭接粘接接頭拉伸剪切強(qiáng)度測試方法),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。但也帶來了新的問題,測試時(shí)兩個(gè)或更多的膠層同時(shí)受力,比較試驗(yàn)就可能復(fù)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(qiáng)度測定方法)對試件與搭接剪切的相似性和壓縮剪切試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了說明。ASTM D905 (粘接接頭壓縮剪切強(qiáng)度測試方法)是測定木材(硬木等)剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)。ASTM E229 是測定扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剪切模量的試驗(yàn)。如果試件合適,且加荷時(shí)同心度良好,則在E229 中膠層比搭接剪切試驗(yàn)應(yīng)力分布更均勻。
4 剝離