粘接結(jié)構(gòu)在使用時(shí),總是要求具有最佳的力學(xué)性能,目前評定粘接體系性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)是粘接強(qiáng)度。粘接強(qiáng)度是指在外力作用下,使粘接件中的與被粘物界面或其鄰近處發(fā)生破壞需要的應(yīng)力,粘接強(qiáng)度又稱膠接強(qiáng)度。
粘接要有粘合力,但通常評價(jià)粘結(jié)體系力學(xué)性能的指標(biāo)是粘接強(qiáng)度而不是粘合力,因?yàn)檎澈狭o法以破壞形式測得。粘接強(qiáng)度是粘結(jié)體系破壞時(shí)所需要的應(yīng)力,其大小不僅取決于粘合力、膠黏劑的力學(xué)性能、被粘物的性質(zhì)、粘結(jié)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,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,更不能相提并論。
由于實(shí)際的粘接強(qiáng)度受多種因素的影響,因此就無法用給定的強(qiáng)度數(shù)據(jù)直接推測粘接體系的粘接強(qiáng)度,這是必須注意的,也就是說不能將膠黏劑的強(qiáng)度與實(shí)際粘接強(qiáng)度等同視之,但從兩者的區(qū)別可以找出粘接中存在的問題和原因。
粘接接頭在外力作用下膠層所受的力,可以歸納為剪切、拉伸、不均勻扯離和剝離4種形式:
剪切:外力大小相等、方向相反,基本與粘結(jié)面平行,并均勻分布在整個(gè)粘結(jié)面上。
拉伸:亦均勻扯離,受到方向相反拉力作用,垂直于粘結(jié)面,并均勻分布在整個(gè)粘接面上。
不均勻扯離:也叫劈裂,外力作用的方向雖然也垂直于粘結(jié)面,但是分布不均勻。
剝離:外力作用方向與粘結(jié)面形成一定的角度,基本分布在粘接面的一條直線上。
上述4種力,在同一粘接體系中很可能有幾種力同時(shí)存在,只是何者為主的問題例如在拉伸剪切時(shí)除剪切力外還含有拉伸力和剝離力。
實(shí)際受力搭接接頭
根據(jù)粘接接頭受力情況不同,粘接強(qiáng)度具體可分為剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度、不均勻扯離強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度等。對熱熔膠來說,主要是測定前三類粘接強(qiáng)度。
1剪切強(qiáng)度
剪切強(qiáng)度也叫抗剪強(qiáng)度,指粘接件破壞時(shí),單位粘結(jié)面積所能承受的平行于粘接表面的最大載荷。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)剪切和彎曲剪切等。
剪切的接頭形式又可分為單搭接、雙斜平接、雙平接、斜接、單斜搭接剪切形式等。
通常給出的剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)都是單搭接拉伸剪切強(qiáng)度。壓縮剪切多用于較厚材料粘接測定。扭轉(zhuǎn)剪切只發(fā)生完全剪切,而無扯離,受試樣大小和膠層厚度的影響很小,比拉伸剪切和壓縮剪切優(yōu)越的多,宜用于代替螺接和螺栓固定的強(qiáng)度測定。
剪切強(qiáng)度受被粘物性質(zhì)和厚度、膠黏劑性能和膠層厚度、搭接長度、測試條件等影響。一般來說,被粘物的彈性模量越大、試樣越厚,剪切強(qiáng)度就越高。例如粘接合金鋁的剪切強(qiáng)度就比鋼低。剪切強(qiáng)度隨被粘物厚度的增加而提高。
不同性能的膠黏劑,剪切強(qiáng)度亦不同,在一般情況下,韌性膠黏劑比柔性膠黏劑的剪切強(qiáng)度大。大量測試表明,膠層厚度越薄,剪切強(qiáng)度越高。
已經(jīng)確定,剪切強(qiáng)度與搭接寬度無關(guān),增加搭接寬度僅僅是提高承載能力,但剪切強(qiáng)度隨搭接長度的增加而降低。
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,是指粘結(jié)件受力破壞時(shí),單位面積所承受的使試樣拉伸至斷裂時(shí)的最大拉伸應(yīng)力。
因?yàn)槔毂燃羟惺芰鶆虻亩啵砸话隳z黏劑的拉伸強(qiáng)度都比剪切強(qiáng)度高很多。在實(shí)際測定時(shí),試件在外力作用下,由于膠黏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,也會有橫向壓縮,因此在扯斷時(shí)就不可能出現(xiàn)同時(shí)斷裂。若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)力作用的更加均勻。彈性模量、膠層厚度、試驗(yàn)溫度和加載速度對拉升強(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,使粘接件分離時(shí)單位寬度所能承受的最大載荷,是衡量線受力能力的。剝離形式多種多樣,一般可分為L型剝離、U型剝離、T型剝離和曲面剝離。
隨著剝離角度的改變,剝離形式也發(fā)生變化。當(dāng)剝離角小于或等于90°時(shí)為L型剝離,大于90°或等于180°時(shí)為U型剝離。這兩種形式適合剛性材料和撓性材料粘接的剝離。T型剝離用于兩種撓性材料之間的剝離。
剝離強(qiáng)度受試件寬度和厚度、膠層厚度、剝離速度、剝離角度等因素的影響。金屬試件的寬度對剝離強(qiáng)度無影響,而撓性材料則不同。例如橡膠伸長變形比較大,相當(dāng)于剝離界面處的寬度減小,會引起邊緣應(yīng)力集中,而使得剝離強(qiáng)度降低。為了避免這種影響可將橡膠襯布,試驗(yàn)測的襯布比不襯布測得的剝離強(qiáng)度要高,在橡膠薄的試件中表現(xiàn)更為明顯,這是因?yàn)橄鹉z襯布者,伸長變形減小,有效剝離寬度較大,剝離界面的分布比較均勻。所以襯布能夠比較準(zhǔn)確的反映剝離強(qiáng)度的真實(shí)結(jié)果。剝離強(qiáng)度隨試件厚度的增加而提高,但厚度增加到一定程度之后便開始下降。
剝離強(qiáng)度隨膠層的厚度增加而降低,其原因是膠層厚,伸長變形大,易引起應(yīng)力集中,膠層厚產(chǎn)生的缺陷會增多,內(nèi)應(yīng)力也大。
在一定的拉伸速度范圍內(nèi),剝離速度對金屬與金屬粘接的剝離影響不大,而橡膠與金屬粘接的剝離強(qiáng)度則隨剝離速度的增大而提高。
一般剝離強(qiáng)度隨剝離角的增大而下降,180°時(shí)最小。但也有人認(rèn)為,隨剝離角增大,剝離強(qiáng)度由大減小,此后又增大,最小值位于90°剝離角附近。當(dāng)剝離角為零時(shí)則由剝離轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟小?
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