膠粘劑粘接強(qiáng)度的分類與檢測方法

1、膠粘劑粘接強(qiáng)度的分類與檢測方法評(píng)價(jià)粘接質(zhì)量最常用的方法就是測定粘接強(qiáng)度。表征膠粘劑性能往往都要 給出強(qiáng)度數(shù)據(jù)，粘接強(qiáng)度是膠粘技術(shù)當(dāng)中一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于選用膠粘 劑、研制新膠種、進(jìn)行接頭設(shè)計(jì)、改進(jìn)粘接工藝、正確應(yīng)用膠粘結(jié)構(gòu)很有 指導(dǎo)意義。.粘接強(qiáng)度定義粘接強(qiáng)度是指在外力作用下，使膠粘件中的膠粘劑與被粘物界面或其 鄰近處發(fā)生破壞所需要的應(yīng)力，粘接強(qiáng)度又稱為膠接強(qiáng)度。粘接強(qiáng)度是膠粘體系破壞時(shí)所需要的應(yīng)力，其大小不僅取決于粘合 力、膠粘劑的力學(xué)性能、被粘物的性質(zhì)、粘接工藝，而且還與接頭形式、 受力情況（種類、大小、方向、頻率）、環(huán)境因素（溫度、濕度、壓力、介質(zhì)） 和測試條件、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等有關(guān)。由此可見，

2、粘合力只是決定粘接強(qiáng)度的重 要因素之一，所以粘接強(qiáng)度和粘合力是兩個(gè)意義完全不同的概念，絕不能 混為一談。.粘接接頭的受力形式粘接接頭在外力作用下膠層所受到的力，可以歸納為剪切、拉伸、不 均勻扯離和剝離4種形式。M（in）刎閩（W）f剪3 t粘接接頭的受力類型工粼自檢測網(wǎng)Q）剪切。外力大小相等、方向相反，基本與粘接面平行，并均勻分布 在整個(gè)粘接面上。（2）拉伸。亦稱均勻扯離，受到方向相反拉力的作用，垂直于粘接面， 并均勻分布在整個(gè)粘接面上。D.渦流法采用新型脈沖頻率響應(yīng)技術(shù)，將電磁波加于試樣上使之熱振 動(dòng)，再用渦流探頭檢測試樣的響應(yīng)特性，經(jīng)計(jì)算分析得到一個(gè)損耗因子， 它與粘接缺陷和粘接強(qiáng)度有較好

3、的相關(guān)性。(3)不均勻扯離。也叫劈裂，外力作用的方向雖然也垂直于粘接面，但是分布不均勻。(4)剝離。外力作用的方向與粘接面成一定角度，基本分布在粘接面的 一條直線上上述4種力，在同一膠粘體系中很有可能有幾種力同時(shí)存在， 只是何者為主的問題。.粘接強(qiáng)度的分類根據(jù)粘接接頭受力情況不同，粘接強(qiáng)度具體可以分為剪切強(qiáng)度、拉伸 強(qiáng)度、不均勻扯離強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、扭 轉(zhuǎn)強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗蠕變強(qiáng)度等。Q)剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度是指粘接件破壞時(shí)，單位粘接面所能承受的剪切力，其單位 用兆帕(MPa)表示。剪切強(qiáng)度按測試時(shí)的受力方式又分為拉伸剪切、壓縮剪切、扭轉(zhuǎn)剪切 和彎曲剪切強(qiáng)度等。不同性能

4、的膠粘劑，剪切強(qiáng)度亦不同，在一般情況下，韌性膠粘劑比 柔性膠粘劑的剪切強(qiáng)度大。大量試驗(yàn)說明，膠層厚度越薄，剪切強(qiáng)度越 局)。測試條件影響最大的是環(huán)境溫度和試驗(yàn)速度，隨著溫度升高剪切強(qiáng)度 下降，隨著試驗(yàn)速度的減慢剪切強(qiáng)度降低，這說明溫度和速度具有等效關(guān) 系，即提高測試溫度相當(dāng)于降低加載速度。(2)拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度又稱均勻扯離強(qiáng)度、正拉強(qiáng)度，是指粘接受力破壞時(shí)，單位 面積所承受的拉伸力，單位用兆帕(MPa)表示。因?yàn)槔毂燃羟惺芰鶆虻枚?，所以一般膠粘劑的拉伸強(qiáng)度都比剪切 強(qiáng)度高得很多。在實(shí)際測定時(shí)，試件在外力作用下，由于膠粘劑的變形比 被粘物大，加之外力作用的不同軸性，很可能產(chǎn)生剪切，也會(huì)有橫向

5、壓 縮，因此，在扯斷時(shí)就可能出現(xiàn)同時(shí)斷裂。假設(shè)能增加試樣的長度和減小粘 接面積，便可降低扯斷時(shí)剝離的影響，使應(yīng)力作用分布更為均勻。彈性模 量、膠層厚度、試驗(yàn)溫度和加載速度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響基本與剪切強(qiáng)度相 似。(3)剝離強(qiáng)度剝離強(qiáng)度是在規(guī)定的剝離條件下，使粘接件別離時(shí)單位寬度所能承受 的最大載荷，其單位用kN/m表示。剝離的形式多種多樣，一般可分為L型剝離、U型剝離、T型剝離和 曲面剝離，如下列圖所示。L形剝離U形剝高T形剝高剝離的幾種形式曲面刺痛，士嘉峪拘測期隨著剝離角的改變，剝離形式也變化。當(dāng)剝離角小于或等于90。時(shí)為 L型剝離，大于90?；虻扔?80。時(shí)為U型剝離。這兩種形式適合于剛性材

6、料和撓性材料粘接的剝離。T型剝離用于兩種撓性材料粘接時(shí)的剝離。剝離強(qiáng)度受試件寬度和厚度、膠層厚度、剝離強(qiáng)度、剝離角度等因素 影響。(4)不均勻扯離強(qiáng)度不均勻扯離強(qiáng)度表示粘接接頭受到不均勻扯離力作用時(shí)所能承受的最 大載荷，因?yàn)檩d荷多集中于膠層的兩個(gè)邊緣或一個(gè)邊緣上，故是單位長度 而不是單位面積受力，單位是kN/m2。(5)沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度意指粘接件承受沖擊載荷而破壞時(shí)，單位粘接面積所消耗的 最大功，單位為kJ/m2e按照接頭形式和受力方式的不同，沖擊強(qiáng)度又分為彎曲沖擊、壓縮剪 切沖擊、拉伸剪切沖擊、扭轉(zhuǎn)剪切沖擊和T型剝離沖擊強(qiáng)度等。沖擊強(qiáng)度的大小受膠粘劑韌性、膠層厚度、被粘物種類、試件尺寸、 沖

7、擊角度、環(huán)境濕度、測試溫度等影響。膠粘劑的韌性越好，沖擊強(qiáng)度越 高。當(dāng)膠粘劑的模量較低時(shí)，沖擊強(qiáng)度隨膠層厚度的增加而提高。(6)持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度就是粘接件長期經(jīng)受靜載荷作用后，單位粘接面積所能承受 的最大載荷，單位用兆帕(MPa)表示。持久強(qiáng)度受加載應(yīng)力和試驗(yàn)溫度的影響，隨著加載應(yīng)力和溫度的提高 持久強(qiáng)度下降。(7)疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度是指對(duì)粘接接頭重復(fù)施加一定載荷至規(guī)定次數(shù)不引起破壞的 最大應(yīng)力。一般把在10次時(shí)的疲勞強(qiáng)度稱為疲勞強(qiáng)度極限。一般來說，剪切強(qiáng)度高的膠粘劑，其剝離、彎曲、沖擊等強(qiáng)度總是較 低的;而剝離強(qiáng)度大的膠粘劑，它的沖擊、彎曲強(qiáng)度較高。不同類型的膠粘 劑，各種強(qiáng)度特性也有很大差異

8、。下面簡單介紹拉伸強(qiáng)度和剪切沖擊強(qiáng)度的測定方法。拉伸強(qiáng)度的測定方法A.金屬粘接拉伸強(qiáng)度的測定測定金屬粘接拉伸強(qiáng)度的最常用試件如下列圖左圖所示。試件兩圓柱體的直徑應(yīng)一致，同軸度為0.1mm ,兩粘接平面平行度 為0.2 mm ,加工粗糙度為5.0|jmo試件粘接按工藝要求進(jìn)行，為確保 膠層厚度一致，可將(pO.lx(2 3) mm左右的銅絲在疊合前放入膠層 內(nèi)，以專用裝置(見上圖右圖)定位固化。測定前從膠層兩旁測量圓柱體的直徑d(精確到lxl0-6m)。測定時(shí)將 試件裝于拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具上，調(diào)整施力中心線，使其與試件軸線相一 致，以(1020)mm/min的加載速度拉伸，拉斷時(shí)記錄破壞負(fù)荷，拉伸

9、 強(qiáng)度。按下式計(jì)算，單位為MPa。o=F/A式中：F 試件破壞時(shí)的負(fù)荷；A 試件粘接面積，A=Tid2/4o每組粘接試件不行少于5個(gè)，按允許偏差15%取算術(shù)平均值，保存 3位有效數(shù)字。如果需要測定高低溫時(shí)的拉伸強(qiáng)度，應(yīng)將試件和夾具一起 放入加熱或冷卻裝置內(nèi)，在要求溫度下保持(4060)min ,然后再進(jìn)行測 定。非金屬與金屬粘接拉伸強(qiáng)度的測定非金屬與金屬粘接拉伸強(qiáng)度的測定，采用兩金屬間夾一層非金屬的方 法。在此，介紹一下橡膠與金屬粘接扯離強(qiáng)度的測定方法。橡膠厚度為 (20.3)mm ,粘接后的試件尺寸如下列圖所示。_,25.2%_*單位:mm橡咬、令屬粘接扯離仁度的然畸樨如試件按工藝條件要求粘

10、接，粘接面錯(cuò)位不應(yīng)大于0.2 mm。測試時(shí)將 試件裝在夾具上，調(diào)整位置使施力方向與粘接面垂直，以 (505)mm/min的加載速度拉伸，記錄破壞時(shí)的最大負(fù)荷，按下式計(jì)算 扯離強(qiáng)度a ,單位為MPaOc=F/A式中：F 試件破壞時(shí)的負(fù)荷；A 粘接面積，A5d2/4。試件不得少于5個(gè)，經(jīng)取舍后不應(yīng)少于原數(shù)量的60% ,取其算術(shù)平 均值，允許偏差為10%。膠粘劑剪切沖擊強(qiáng)度的測定剪切沖擊強(qiáng)度是指試樣承受一定速度的剪切沖擊載荷而破壞時(shí)，單位 膠接面積所消耗的功，其單位用J/m2表示。膠粘劑剪切沖擊強(qiáng)度按 GB/T6328-1986標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。L原理由2個(gè)試塊膠接構(gòu)成的試樣，使膠接面承受一定速度的剪切

11、沖擊載 荷，測定試樣破壞時(shí)所消耗的功，以單位膠接面積承受的剪切沖擊破壞力 計(jì)算剪切沖擊強(qiáng)度。試塊一一具有規(guī)定的形狀、尺寸、精度的塊狀被粘物。試樣一一將上下兩試塊，通過一定的工藝條件膠接制成的備測件。受擊高度一一擺錘刀刃打以上試塊時(shí)，刀刃到下試塊上外表的距離， 用H表示，見下列圖所示。.儀器設(shè)備1)試驗(yàn)機(jī)。膠粘劑剪切沖擊試驗(yàn)機(jī)應(yīng)采用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。其擺錘 的速度為3.35m/s。試樣的破壞功應(yīng)選在試驗(yàn)機(jī)度盤容量的(1585)%范 圍內(nèi)。2)夾具。所用夾具應(yīng)能保證試樣的受擊高度在(0.8 1.0)mm范圍 內(nèi)，并使試樣的受擊面及下試塊的上外表與擺錘刀刃保持平行。3)量具。所用量具的最小分度值為0

12、.05 mmo.試塊及試樣制備1)試塊試塊材質(zhì)。試塊可采用鋼、鋁、銅及其合金等金屬材料和木材、塑 料等非金屬材料制作。但木材試塊，需用容積密度大于0.55 g/cm3的白 樺木或與此相當(dāng)?shù)闹蹦炯y樹種。上下試塊的容積密度應(yīng)大致相同。有節(jié) 疤、斑點(diǎn)、腐朽和顏色異常等的木材，不能用來加工試塊。木材的含水率 保持在(1215)%(以全干質(zhì)量為基準(zhǔn))。試塊尺寸。上試塊尺寸為：長度(250.5)mm ,寬度 (250.5)mm ,厚度(100.5)mm;下試塊尺寸為:長度(450.5)mm ,寬 度(250.5)mm ,厚度(250.5)mm。非金屬試塊在加工時(shí)，應(yīng)注意不要因過熱而損傷試塊。2)試樣制備試

13、塊膠接外表的預(yù)處理方法、膠粘劑涂布及試樣制備工藝等，應(yīng)按 產(chǎn)品的工藝規(guī)程確定。木材試塊膠接時(shí)上下試塊的木紋方向要一致。在沒有特殊要求的情況下，金屬試樣一般取10個(gè)，非金屬試樣一般 取12個(gè)。.試驗(yàn)步驟(1)將常態(tài)條件下停放的試樣，放在試驗(yàn)環(huán)境(溫度23 ,相對(duì)濕度 50%)下停放30min以上。(2)在開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)之前，用量具在膠接處分3處度量其長度和寬度，精 確到0.1mm。取其算術(shù)平均值，計(jì)算膠接面積。(3)按要求將試樣安裝在夾具上。(4)開動(dòng)試驗(yàn)機(jī),使擺錘落下打擊試樣，記錄試樣的破壞功Wi0(5)將被打掉的上試塊，再與下試塊疊合，重復(fù)(4)操作1次，記錄試樣的慣性功W0o(6)記錄每個(gè)試樣

14、的破壞類型，如：界面破壞，膠層內(nèi)聚破壞，混合破 壞和試塊變形狀態(tài)。.試驗(yàn)結(jié)果剪切沖擊強(qiáng)度Is按下式進(jìn)行計(jì)算，單位為J/m2oIs=(Wi-W0)/A式中：Wi試樣的沖擊破壞功;Wo試樣的慣性功;A膠接 面積。測試結(jié)果用剪切沖擊強(qiáng)度的算術(shù)平均值表示，取3位有效數(shù)字。無損檢測方法目前測定粘接強(qiáng)度應(yīng)用最普遍的是破壞性試驗(yàn)，由于抽樣檢測，因此 不能完全保證粘接質(zhì)量的可靠性。隨著膠粘技術(shù)在航空航天等高新領(lǐng)域的 應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)粘接質(zhì)量及可靠性的要求日益嚴(yán)格，迫切需要無損檢 測方法。所以研究粘接強(qiáng)度的無損檢測是粘接工藝和實(shí)際使用的重要課 題。20世紀(jì)60年代以來，開始利用粘接強(qiáng)度與被粘物某些物性之間的關(guān)

15、 系確定粘接強(qiáng)度，例如用超聲波測定膠粘劑動(dòng)態(tài)模量為基礎(chǔ)的粘接強(qiáng)度測 定方法。近些年來，由于新技術(shù)的運(yùn)用和方法的不斷改進(jìn)，使粘接強(qiáng)度的 無損檢測由定性向定量，由人工數(shù)據(jù)處理向計(jì)算機(jī)智能化開展，無損檢測 方法主要采用超聲波、聲和應(yīng)力波等技術(shù)。1超聲技術(shù)A.聚偏二氯乙爆壓電探頭采用金屬化的聚偏二氯乙烯(PVDF)膜作為超 聲無損檢測的探頭，已成功應(yīng)用于超聲回波，透涉及應(yīng)力波的檢測之中。 具有質(zhì)輕、靈便、超薄及廉價(jià)特性，比傳統(tǒng)的陶瓷壓電探頭響應(yīng)頻帶寬， 且不需要任何偶合劑。B.超聲偶合技術(shù)采用橡膠襯墊式探頭，不使用液體偶合劑，即干偶合 技術(shù)。根據(jù)材料內(nèi)聲能的變化來檢測粘接接頭的質(zhì)量，非常適合于快速探

16、測缺陷。C.平面漏波檢測平面漏波(LLW)是在粘接接頭層面上所激發(fā)的邊界敏 感的平面波。在LLW無效區(qū)域的補(bǔ)償相位對(duì)膠層界面狀況十分敏感，缺 膠與否及膠之特性都能顯著改變LLW響應(yīng)。當(dāng)平面波傳到粘接面時(shí)，將 同時(shí)產(chǎn)生壓縮和剪切兩種應(yīng)力，它們受界面特性影響不同，使這種無損檢 測具有更好的檢測效果。D.超聲回轉(zhuǎn)象相差技術(shù)該方法所測信號(hào)為粘接界面反射回來的單音脈 沖相位和輻值。根據(jù)波在多層介質(zhì)中的傳播特性與界面強(qiáng)度的關(guān)系，可推 導(dǎo)出粘接質(zhì)量參數(shù)，它與拉伸強(qiáng)度有較好的線性關(guān)系E.超聲頻譜檢測利用超聲波頻譜技術(shù)測量膠層的厚度和模量，共振頻 率對(duì)膠層厚度及模量變化很敏感。超聲波頻譜分析對(duì)粘接接頭特性的敏感 性十分有用，很有開展?jié)摿Α?聲技術(shù)A.聲發(fā)射聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)，它將試樣所受的動(dòng)態(tài)負(fù)荷與變形過 程聯(lián)系起來，可表征在動(dòng)態(tài)測試儀中試樣產(chǎn)生的微小變形，是顯示缺陷發(fā) 展過程和預(yù)測缺陷破壞性的一種檢測方法。B.聲-光測量將粘接接頭作為一個(gè)整體，用非接觸性激光激發(fā)法分析材料的微觀力 學(xué)響應(yīng)。動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)與粘接狀況有很好的相關(guān)性，可用于簡便、快速檢 測粘接質(zhì)量。3其他無損檢測方法A.應(yīng)力波應(yīng)力波是聲發(fā)射與超聲波相結(jié)合的產(chǎn)物，是較