膠粘劑拉伸強度試驗標準

膠粘劑拉（lā）伸強度試驗標準

在膠接接頭受拉伸應力作用時，有三種不同的接頭受力（lì）方（fāng）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（yún）地分布在整個（gè）膠接麵上，這一應力均勻（yún）拉伸應力，又稱正拉（lā）伸應力。

（2）拉伸應力分布在整個膠接麵上，但力呈不（bú）均勻分布，此種（zhǒng）情況稱為不（bú）均勻拉伸。

（3）與不均勻拉（lā）伸相比，它的力作用線不是捅咕試樣中心，而偏於試樣的一（yī）端；它的受力麵不是對稱的，而是不對稱（chēng）的，這種拉伸叫不對稱拉伸，人們有時（shí）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（qiáng）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（gēn）棒狀被粘物對接構成的接（jiē）頭，其膠接麵和試樣縱軸垂直，拉伸力通過（guò）試（shì）樣縱軸傳至膠接麵直至破壞，以單位（wèi）膠接麵（miàn）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（jī）應能保證恒定（dìng）的拉（lā）伸速度，破壞負荷應在所選刻（kè）度盤容量的10%-90%範圍（wéi）內。拉力機的響應（yīng）時（shí）間應短至不影響測量精（jīng）度（dù），應能測得試樣斷裂時的破壞載荷，其測（cè）量誤差不大於1%。拉力試驗機應具有（yǒu）加載時可與試（shì）樣的軸線和加載方向保持一致的，自動對中的拉（lā）伸夾具。

固化夾具，能施加固定壓力，保證正確（què）膠接與定位。

3.試驗步驟（zhòu）

（1）試棒與試樣 試棒為具有規定形狀，尺寸（cùn）的棒狀被粘物。試樣為將（jiāng）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（shì）棒尺寸見表8-4。其試樣尺寸（cùn）的（de）選擇視待測膠黏劑的強度，拉力機的滿量程，試棒本身材質（zhì）的強度以及試驗時（shí）環境因素（sù）而定。

表8-4       圓柱形與方形試棒尺寸

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（céng）壓製品試（shì）棒，其層（céng）壓平麵應與試棒一個側麵平行，試棒上的銷孔（kǒng）應（yīng）與層壓平麵垂直。

試（shì）棒的表麵處（chù）理（lǐ），塗膠及試樣製（zhì）備工藝，應（yīng）符合產（chǎn）品標準規定。膠接好試樣，以周圍略有一圈細膠梗（gěng）為宜，此（cǐ）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（zhuàng）態下，金屬試樣從試（shì）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（xià）停放30min以（yǐ）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（yǒu）時對機械式拉力機則采用10mm/min拉伸速度。

4.結果評（píng）定

試驗結果以5個試樣拉伸強度算術（shù）平均值表示，取3位有效數字（zì）。

同（tóng）時應記下每個試樣的破壞類型，如界麵破壞，膠層內聚（jù）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（chuí）直於粘接麵應力作用時，應力分（fèn）布比受剪切應（yīng）力要均勻得多，但根據理論推（tuī）測與應力分布試驗（yàn）證實（shí），在拉伸接（jiē）頭邊緣也存在應力集中。為證實這（zhè）一點，有（yǒu）人采用一定厚度的橡膠膠接在試樣（yàng）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（lì）作用，剪切應力則集中在試樣膠黏（nián）劑-空氣（qì）-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。如果我們膠接後兩半（bàn）圓柱體錯位大，則（zé）試（shì）樣的軸線偏離了加載方向中心線，這是經常會（huì）發（fā）生的（de）。那麽，就存在有劈（pī）應力（lì），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（jiāo）接麵上。從對拉伸試樣（yàng）的應力分布進行分析表明，膠接試件的尺寸與模量，膠層的（de）厚度，膠黏劑的（de）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（yǐng）響它的強度值。與拉（lā）伸剪切（qiē）試樣一樣，加載速度與試樣溫度也影響（xiǎng）拉伸強度。

（2）試樣尺寸 

不同的試樣（yàng）直徑的拉伸強度（dù）測試值不一，而且離散大（dà），同一直徑試樣其zui大值比（bǐ）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（cè）到“近（jìn）似”的拉伸強度值。

（3）膠層厚度 對（duì）拉伸強度，隨著膠層厚度增加，它的粘接接頭強度降（jiàng）低。膠層越（yuè）薄，強度越大。理論研究（jiū）預（yù）言，對於非常薄膠膠層，對接（jiē）拉伸強度（dù）反比（bǐ）於膠層厚度；而對於非常厚的膠層，則（zé）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（xī）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（nián）劑本（běn）身強度的2倍。其他因素如模量，溫度等對拉伸強度（dù）的影響與拉伸剪切強度相似（sì）。

二.不（bú）均勻拉伸試驗

不（bú）均勻拉伸試驗（yàn）其特征是拉（lā）伸應力的作用線雖然通過試樣中心，但（dàn）受力（lì）時膠接麵上的應力分布是不均勻的。不均勻（yún）拉伸接頭是航空工（gōng）業中常采用的一種膠接結構，如飛機機（jī）翼蒙皮（pí）和翼肋，長珩的膠（jiāo）接，直升（shēng）飛機旋翼的膠接等工作狀態主要（yào）承受拉伸應（yīng）力作用（yòng），而且在大（dà）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（qiáng）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（cǐ）也能反映出（chū）各種膠接材料對膠縫應力集中（zhōng）的敏感程度。本方（fāng）法參照GJB94-1986。

原理（lǐ） 由一塊（kuài）剛性金屬厚塊與一塊撓性金屬薄片被（bèi）粘物對（duì）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（jì）算不均勻拉伸強度。

1.儀器設備

拉（lā）力試驗機 試樣夾具

2.試驗步驟

（1）試件與試樣製備 按膠（jiāo）黏（nián）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（hòu），才進（jìn）行（háng）拉伸。拉伸前必須清除餘膠。

（2）試驗 試驗（yàn）在（23±2）℃下進行。空氣中相對濕度為（50±5）%。

若不（bú）能滿足上述條件（jiàn），則應在報告中注（zhù）明。測量膠接處試片寬（kuān）度，到0.01mm，取兩側測（cè）量結果平均值。將試樣裝入拉力機夾具，其兩端夾緊處之間（jiān）的（de）距離（lí）為（200±1）mm，並（bìng）保證試樣厚塊邊緣分（fèn）別至兩端（duān）夾（jiá）緊處的距離差值不大於（yú）0.5mm。以5-15mm/min的速（sù）度加載，直至破壞。

3.結果評定（dìng）

試（shì）驗結果計算到3位有效數字。以5個試樣的測試結果的算（suàn）術平均值作為試驗結果，取三位有效數字。

其（qí）標準（zhǔn）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（shù）字（zì）。

4.影響因素

（1）撓（náo）性被粘（zhān）物的（de）厚度與夾持距（jù）離 不同撓性被粘物厚度與夾持距離的試（shì）驗結果不能比較。隨著薄板厚度的增（zēng）加，不均勻（yún）拉伸強度增大；同樣，試樣兩端夾緊距（jù）離的縮短，它的不（bú）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（liè）伸長率，降低了膠黏劑（jì）的彈性模量，使邊緣應（yīng）力集中（zhōng）現（xiàn）象有所改善，所以不均勻（yún）拉伸強度提高。但當（dāng）膠黏劑的彈（dàn）性模量降低，它的內聚強度也相應降低（dī），不均勻拉伸強度也會降低。伸長與（yǔ）模量是一對矛盾，如何恰到好處地利（lì）用這一對矛盾來提高膠接接頭的不均勻拉伸（shēn）強度（dù），是需（xū）要在膠（jiāo）黏劑配方研製時下（xià）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（xià）降，不均勻（yún）拉伸強度（dù）提高，但膠層厚度繼續增加時，由於膠層的內部缺陷（xiàn）增加，強度（dù）反而下降。

（4）試驗溫度不均勻拉伸強度與試驗溫度（dù）有關。不（bú）同試驗溫度（dù）下膠黏劑的模量也發生變化，致使膠層（céng）中應力分布變化；另外溫（wēn）度變化,它內聚強度也變化，兩種因素（sù）相互（hù）作（zuò）用，在一定的試驗溫度（dù）範圍內（nèi），它（tā）可能會出現一個不（bú）太（tài）明顯的峰值。

（5）接頭幾何尺（chǐ）寸 試樣寬（kuān）度對不均勻拉伸強度影響小，但（dàn）膠接部分長度，即剛性試（shì）片與撓性試片（piàn）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（shì）出的強度叫劈裂強度。在（zài）GB7749-87以及國（guó）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（shī）加與膠接麵垂直的拉力，測定（dìng）試樣（yàng）被分離時所承受的（de）zui大負荷（hé），以每單位膠接寬度上所需的分離力（lì）表示它的劈裂強度。

2.儀器設（shè）備

試驗機要求同拉伸強度試驗要求（qiú）。拉力機（jī）夾頭移動速度為（5±1）mm/min。

3.試驗步驟

試樣製備（bèi）按膠黏（nián）劑技術條件規定（dìng）。金屬塊膠接麵（miàn）應平整，不應有彎曲，歪斜等變形。膠接麵應無毛口，邊緣保持（chí）直角。材質為LY12CZ鋁合（hé）金（jīn）或45號鋼。夾持（chí）試樣的夾具應帶（dài）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（zhì）備到試驗zui短時間為（wéi）16h，zui長為1個月。試驗應在（23±2）℃標準溫（wēn）度下進（jìn）行（háng），若（ruò）試驗對（duì）溫，濕度要求嚴格或仲裁試驗，則應在溫度（23±2）℃，相（xiàng）對濕度45%-55%下試驗，若隻要求溫度，則試樣在（zài）標準溫度（dù）下停放0.5h，若要求標準試驗環境，則應在（zài）溫度（23±2）℃，相（xiàng）對濕度45%-55%的範圍內停放不少於16h。開動拉力機（jī），以（5±1）mm/min加（jiā）荷速度加（jiā）載，記錄試樣劈裂破壞的（de）zui大載荷與膠件破壞類型與（yǔ）百（bǎi）分率。

4.結果評定

每種膠黏劑至（zhì）少取5個試樣進行測試，以zui小值（zhí），zui大值與平均值作為試驗結果，其值取3位有（yǒu）效數字。

5.影響因素

加工試塊用的金屬可為（wéi）半硬回（huí）火（huǒ）黃銅（tóng），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（yú）試樣的搭接長度，對它有十（shí）分明顯的影響。試樣長度L越短，不對稱拉（lā）伸強度就越小。像溫度（dù），膠層厚度，膠黏劑性質的影響與玻璃強（qiáng）度相同。

四.交叉（chā）搭接拉伸強度（dù）試驗（yàn）

試樣采用交叉搭接試樣，又稱（chēng）十字形試樣，它所測試的拉伸強度為均勻拉（lā）伸強度。試件采用金屬板與條狀。

測試（shì）前用卡尺測量膠層搭（dā）接麵長度與寬度。而後將（jiāng）試樣裝在拉力試驗（yàn）機具中，進行拉伸試驗，拉伸速度為10mm/min，直（zhí）至膠層破壞為止。

每組試樣不應少於5個（gè），取（qǔ）算（suàn）術平均值作為試驗結果，允許偏差（±15%），保留3位有效（xiào）數字。

五.拉伸強度試（shì）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（guò）試樣縱軸傳（chuán）至膠接麵，直至破壞，以單位膠接麵積承（chéng）受的zui大負荷（hé）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（shì）驗相同，並（bìng）應配備一夾持器，夾具應能（néng）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（jiāng）試樣放在（zài）幹燥器（qì）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（guān）溫度（dù）與固定濕（shī）度的數據可（kě）從化學手冊中查到。

3.試驗步驟

（1）試樣製備 試樣（yàng）材質可以用金屬也可用（yòng）木材，這根據不（bú）同膠黏劑要求選取。其中常用金屬有冷軋條鋼，半硬（yìng）回火（huǒ）黃銅，硬回火紫銅，2024鋁合金（jīn），磷青銅（tóng），鎂合金與低硬度鎳銀（yín）。對金屬膠接，每（měi）種膠黏劑仲裁（cái）試驗至（zhì）少應測試10個（gè）試樣（yàng），常規（guī）試驗不少於5個。金屬試樣，表麵處理，膠黏劑配比（bǐ），塗膠量，塗膠次數，晾置時間與固（gù）化條件均應按生產廠（chǎng）家有關規定進行。膠接時（shí）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（jìn）行（háng）狀態調節，不少於16h。將（jiāng）試樣裝入上，下夾（jiá）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（děng）於30min；101-200℃為小於等於45min；對201-300℃為小於等於60min。以下（xià）夾持器（qì）移動速度為（wéi）10mm/min拉伸試樣，直至破壞，記錄zui大破壞負荷（hé）與試樣破壞（huài）類型。

4.影響因素

對膠接強度的影（yǐng）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（cùn）

其他影響（xiǎng）因素同（一）節（jiē）。