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膠粘劑拉伸強度試驗標準
點擊次數:2972 發布時間:2009-05-22

 

在膠接接頭受拉伸應力作用時,有三種不同的接頭受力方式。
(1)拉伸應力與膠接麵互相垂直,並且通過膠接麵中心均勻地分布在整個膠接麵上,這一應力均勻拉伸應力,又稱正拉伸應力。
(2)拉伸應力分布在整個膠接麵上,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,而偏於試樣的一端;它的受力麵不是對稱的,而是不對稱的,這種拉伸叫不對稱拉伸,人們有時將這一試驗叫撕離試驗或劈裂試驗,以示與剝離相區別。
一.拉伸強度試驗(條型和棒狀)
拉伸強度試驗又叫正拉強度試驗或均勻扯離強度試驗。
1.原理
由兩根棒狀被粘物對接構成的接頭,其膠接麵和試樣縱軸垂直,拉伸力通過試樣縱軸傳至膠接麵直至破壞,以單位膠接麵積所承受的zui大載荷計算其拉伸強度。
2.儀器設備
拉力試驗機應能保證恒定的拉伸速度,破壞負荷應在所選刻度盤容量的10%-90%範圍內。拉力機的響應時間應短至不影響測量精度,應能測得試樣斷裂時的破壞載荷,其測量誤差不大於1%。拉力試驗機應具有加載時可與試樣的軸線和加載方向保持一致的,自動對中的拉伸夾具。
固化夾具,能施加固定壓力,保證正確膠接與定位。
3.試驗步驟
(1)試棒與試樣 試棒為具有規定形狀,尺寸的棒狀被粘物。試樣為將兩個試棒通過一定工藝條件膠接而成的被測件。
除非另有規定,其試棒尺寸見表8-4。其試樣尺寸的選擇視待測膠黏劑的強度,拉力機的滿量程,試棒本身材質的強度以及試驗時環境因素而定。
表8-4       圓柱形與方形試棒尺寸

試棒直徑與邊長b/mm
a/mm
直徑/ mm
L/mm
膠接麵表麵粗糙度Ra/um
10±0.1
15±0.1
25±0.1
50±0.1
10
12
15
15
5
7
9
9
30
45
50
50
0.8
0.8
0.8
0.8

用於試棒加工的金屬材料有45號鋼,LY12CZ鋁合金,銅,H62黃銅等。非金屬材料有層壓塑料等。層壓製品試棒,其層壓平麵應與試棒一個側麵平行,試棒上的銷孔應與層壓平麵垂直。
試棒的表麵處理,塗膠及試樣製備工藝,應符合產品標準規定。膠接好試樣,以周圍略有一圈細膠梗為宜,此時不必清除,若需清除餘膠,則應在固化後進行。
(2)試驗 在正常狀態下,金屬試樣從試樣製備完畢到測試之間,zui短停放時間為16h,zui長為1個月,非金屬試樣至少停放40h。
試樣應在試驗環境下停放30min以上,將它安裝在拉力試驗機夾具上,測試其破壞負荷,對電子拉力機試驗機應使試樣在(60±20)s內破壞;有時對機械式拉力機則采用10mm/min拉伸速度。
4.結果評定
試驗結果以5個試樣拉伸強度算術平均值表示,取3位有效數字。
同時應記下每個試樣的破壞類型,如界麵破壞,膠層內聚破壞,被粘物破壞與混合破壞。
5.影響因素
(1)應力分析 粘接接頭在受到垂直於粘接麵應力作用時,應力分布比受剪切應力要均勻得多,但根據理論推測與應力分布試驗證實,在拉伸接頭邊緣也存在應力集中。為證實這一點,有人采用一定厚度的橡膠膠接在試樣中以代替膠黏劑,發現試樣在拉伸時,橡膠中部有明顯收縮。說明在接頭受正拉伸應力作用,剪切應力則集中在試樣膠黏劑-空氣-被粘體的三者邊界處zui大,也就是說在這一點上應力zui集中。如果登錄AG平台膠接後兩半圓柱體錯位大,則試樣的軸線偏離了加載方向中心線,這是經常會發生的。那麽,就存在有劈應力,而使邊緣應力集中急劇增加。當邊界應力大到一個臨界值時,膠層邊緣就發生開裂,裂縫迅速地擴展到整個膠接麵上。從對拉伸試樣的應力分布進行分析表明,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力分布係數大小,因此也必然會影響它的強度值。與拉伸剪切試樣一樣,加載速度與試樣溫度也影響拉伸強度。
(2)試樣尺寸 
不同的試樣直徑的拉伸強度測試值不一,而且離散大,同一直徑試樣其zui大值比zui小值高50%以上。對方形試樣,由於邊緣到中心點距離不同,那應力分布更不均勻,因此用方形試樣隻能測到“近似”的拉伸強度值。
(3)膠層厚度 對拉伸強度,隨著膠層厚度增加,它的粘接接頭強度降低。膠層越薄,強度越大。理論研究預言,對於非常薄膠膠層,對接拉伸強度反比於膠層厚度;而對於非常厚的膠層,則與膠厚度無關,如用聚乙烯蠟(相對分子量2750)來膠接鋼與鋼,當膠層厚度為150nm時,接頭的拉伸強度已接近於聚乙烯蠟本身強度5.5MPa左右;而膠層厚度隻有5nm時,對接接頭的強度是膠黏劑本身強度的2倍。其他因素如模量,溫度等對拉伸強度的影響與拉伸剪切強度相似。
二.不均勻拉伸試驗
不均勻拉伸試驗其特征是拉伸應力的作用線雖然通過試樣中心,但受力時膠接麵上的應力分布是不均勻的。不均勻拉伸接頭是航空工業中常采用的一種膠接結構,如飛機機翼蒙皮和翼肋,長珩的膠接,直升飛機旋翼的膠接等工作狀態主要承受拉伸應力作用,而且在大多情況下是在不均勻拉伸應力的條件下工作的,因此測定膠接接頭的不均勻拉伸強度有一定的實際意義。不均勻拉伸強度的測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膠縫應力集中的敏感程度。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接組成的膠接接頭,在承受不均勻拉伸載荷時,直至試樣破壞。以單位長度上所承受的zui大負荷計算不均勻拉伸強度。
1.儀器設備
拉力試驗機 試樣專用夾具
2.試驗步驟
(1)試件與試樣製備 按膠黏劑技術條件中規定將試件膠接,形成試樣。試固化後,在(23±2)℃至少放置16h後,才進行拉伸。拉伸前必須清除餘膠。
(2)試驗 試驗在(23±2)℃下進行。空氣中相對濕度為(50±5)%。
若不能滿足上述條件,則應在報告中注明。測量膠接處試片寬度,到0.01mm,取兩側測量結果平均值。將試樣裝入拉力機夾具,其兩端夾緊處之間的距離為(200±1)mm,並保證試樣厚塊邊緣分別至兩端夾緊處的距離差值不大於0.5mm。以5-15mm/min的速度加載,直至破壞。
3.結果評定
試驗結果計算到3位有效數字。以5個試樣的測試結果的算術平均值作為試驗結果,取三位有效數字。
其標準誤差S,離散係數CV也應同時報告。標準誤差與離散係數取兩位有效數字。
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結果不能比較。隨著薄板厚度的增加,不均勻拉伸強度增大;同樣,試樣兩端夾緊距離的縮短,它的不均勻拉伸強度增大。
(2)膠黏劑性質 膠黏劑的彈性模具與伸長率大小對不均勻拉伸強度有影響。這中間的關係比較複雜。通常,增加斷裂伸長率,降低了膠黏劑的彈性模量,使邊緣應力集中現象有所改善,所以不均勻拉伸強度提高。但當膠黏劑的彈性模量降低,它的內聚強度也相應降低,不均勻拉伸強度也會降低。伸長與模量是一對矛盾,如何恰到好處地利用這一對矛盾來提高膠接接頭的不均勻拉伸強度,是需要在膠黏劑配方研製時下一番工夫的。
(3)膠層厚度 隨著膠層厚度的增加,接頭應力集中程度下降,不均勻拉伸強度提高,但膠層厚度繼續增加時,由於膠層的內部缺陷增加,強度反而下降。
(4)試驗溫度不均勻拉伸強度與試驗溫度有關。不同試驗溫度下膠黏劑的模量也發生變化,致使膠層中應力分布變化;另外溫度變化,它內聚強度也變化,兩種因素相互作用,在一定的試驗溫度範圍內,它可能會出現一個不太明顯的峰值。
(5)接頭幾何尺寸 試樣寬度對不均勻拉伸強度影響小,但膠接部分長度,即剛性試片與撓性試片的膠接長度越短,則強度越小。
三.不對稱拉伸試驗(劈裂試驗)
不對稱拉伸試驗又稱為劈裂試驗,它所測試出的強度叫劈裂強度。在GB7749-87以及國外的ASTMD1062與JISK6853中都規定了不對稱拉伸試驗方法。
1.原理
試樣為對接結構。在試樣的膠接麵邊緣施加與膠接麵垂直的拉力,測定試樣被分離時所承受的zui大負荷,以每單位膠接寬度上所需的分離力表示它的劈裂強度。
2.儀器設備
試驗機要求同拉伸強度試驗要求。拉力機夾頭移動速度為(5±1)mm/min。
3.試驗步驟
試樣製備按膠黏劑技術條件規定。金屬塊膠接麵應平整,不應有彎曲,歪斜等變形。膠接麵應無毛口,邊緣保持直角。材質為LY12CZ鋁合金或45號鋼。夾持試樣的夾具應帶有自動調節裝置,以使加載時使受力作用線與試樣膠接麵垂直試樣製備到試驗zui短時間為16h,zui長為1個月。試驗應在(23±2)℃標準溫度下進行,若試驗對溫,濕度要求嚴格或仲裁試驗,則應在溫度(23±2)℃,相對濕度45%-55%下試驗,若隻要求溫度,則試樣在標準溫度下停放0.5h,若要求標準試驗環境,則應在溫度(23±2)℃,相對濕度45%-55%的範圍內停放不少於16h。開動拉力機,以(5±1)mm/min加荷速度加載,記錄試樣劈裂破壞的zui大載荷與膠件破壞類型與百分率。
4.結果評定
每種膠黏劑至少取5個試樣進行測試,以zui小值,zui大值與平均值作為試驗結果,其值取3位有效數字。
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。對不對稱拉伸強度,由於試樣的搭接長度,對它有十分明顯的影響。試樣長度L越短,不對稱拉伸強度就越小。像溫度,膠層厚度,膠黏劑性質的影響與玻璃強度相同。
四.交叉搭接拉伸強度試驗
試樣采用交叉搭接試樣,又稱十字形試樣,它所測試的拉伸強度為均勻拉伸強度。試件采用金屬板與條狀。
測試前用卡尺測量膠層搭接麵長度與寬度。而後將試樣裝在拉力試驗機專用具中,進行拉伸試驗,拉伸速度為10mm/min,直至膠層破壞為止。
每組試樣不應少於5個,取算術平均值作為試驗結果,允許偏差(±15%),保留3位有效數字。
五.拉伸強度試驗(菌狀試樣)
1.原理
由兩個菌狀物對接構成的接頭,其膠接麵和試樣縱軸垂直,拉伸力通過試樣縱軸傳至膠接麵,直至破壞,以單位膠接麵積承受的zui大負荷計算拉伸強度。
2.儀器設備
拉力試驗機要求與條型和棒狀拉伸試驗相同,並應配備一專用夾持器,夾具應能自動定位對中,使試樣長軸與所施加通過夾持器中心線的拉力方向一致。
恒溫室應保持溫度為(23±1)℃,相對濕度(50±2)%,若溫度達不到要求,允許將試樣放在幹燥器中,在幹燥器隔板下方盛有硝酸鈣的飽和溶液,液麵上的固定濕度在23℃時為51%。相關溫度與固定濕度的數據可從化學手冊中查到。
3.試驗步驟
(1)試樣製備 試樣材質可以用金屬也可用木材,這根據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。對金屬膠接,每種膠黏劑仲裁試驗至少應測試10個試樣,常規試驗不少於5個。金屬試樣,表麵處理,膠黏劑配比,塗膠量,塗膠次數,晾置時間與固化條件均應按生產廠家有關規定進行。膠接時使用的夾具,應保證試樣正確膠接和定位。
(2)試驗 試驗前試樣應在(23±1)℃進行狀態調節,不少於16h。將試樣裝入上,下夾持器中,如進行高溫試驗,應直接用熱電偶測量膠接區金屬試樣外表麵溫度。若間接測量則應對溫度與平衡時間進行修正。在規定溫度下保溫時間不少於10min,控溫精度100℃以下為±1℃,101℃以上為1%。其試樣達到試驗溫度的平衡時間,對50-100為小於等於30min;101-200為小於等於45min;對201-300為小於等於60min。以下夾持器移動速度為10mm/min拉伸試樣,直至破壞,記錄zui大破壞負荷與試樣破壞類型。
4.影響因素
對膠接強度的影響因素與條形和棒狀拉伸強度試驗相同。膠接後膠層平均厚度,要求控製在0.0254m之內。且應注明膠層厚度測量方法。不同標準菌狀試件尺寸不一,見表8-5。
 
表8-5       不同的標準試件尺寸

    
GJB444-88
ASTMD897-83
DIR53288-79
菌頭直徑/mm
膠接麵直徑/mm
菌杆高/mm
菌頭高/mm
表麵粗糙度/mm
47.6
28.58±0.130
16.0
6.4
47.6
28.58±0.130
15.9
6.4
40
28.5
30
15
0.80-1.25

其他影響因素同(一)節。
 
 
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