膠粘劑拉伸強度試驗標準

膠粘劑拉伸強度試驗標準

在膠接接頭受拉伸應力作用時（shí），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（zhěng）個膠接麵上，這一（yī）應力均勻拉伸應力，又稱正（zhèng）拉伸應力。

（2）拉伸應力分布在整（zhěng）個膠接麵上，但力呈不均勻分布，此種情況稱為不均勻拉（lā）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（chēng）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（shì）驗，以示與剝離相區別。

一.拉伸強度試（shì）驗（條型和（hé）棒狀）

拉伸強度（dù）試驗（yàn）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（jì）算其拉伸強度。

2.儀（yí）器設備

拉力試（shì）驗機應能保證恒定的拉伸速度，破壞負荷應在所選刻度盤（pán）容量的10%-90%範圍內。拉力機（jī）的響應時間應短至不影響測量（liàng）精（jīng）度，應能測得試樣斷裂時的破壞載荷，其測量（liàng）誤差不（bú）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（zì）動對中的拉伸夾具（jù）。

固化夾具（jù），能施加固定（dìng）壓力（lì），保證正確（què）膠接與（yǔ）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（gè）試棒（bàng）通過一定工藝條件（jiàn）膠接而成（chéng）的被（bèi）測件。

除（chú）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（mǎn）量程，試棒（bàng）本身材質的強度（dù）以及試驗時環境因素而定。

表8-4       圓柱形與（yǔ）方形試棒尺寸

用於試棒（bàng）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（yā）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（bàng）的表麵處理，塗膠及（jí）試樣製備工藝，應符合產品標準規定。膠接好試樣，以周（zhōu）圍（wéi）略有一圈細膠梗為宜，此時不必清除，若需清除餘膠，則（zé）應在固化後進行。

（2）試驗 在正常狀態下，金屬（shǔ）試樣從試樣（yàng）製備完畢到測試之間，zui短停放時間為（wéi）16h，zui長為1個月，非金屬試（shì）樣至少停放40h。

試樣（yàng）應在試驗環境下停放30min以上，將它安裝（zhuāng）在拉力試驗機夾具上，測試其破壞負荷，對電子拉（lā）力機（jī）試驗（yàn）機應使試樣在（60±20）s內（nèi）破壞；有時對機械式（shì）拉力機則采用10mm/min拉伸（shēn）速度。

4.結果評定

試（shì）驗結果以（yǐ）5個試樣拉伸強（qiáng）度算（suàn）術（shù）平均值（zhí）表示，取3位（wèi）有效數字。

同時應記下每個試樣的破（pò）壞類型，如界麵破壞，膠層內聚破壞，被粘物破壞與混合破壞（huài）。

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（bǐ）受剪切應力要均勻得多，但根據理論推測與（yǔ）應（yīng）力分布（bù）試驗證實，在拉伸接頭邊緣也（yě）存在應力集中。為證（zhèng）實這一點，有人采（cǎi）用一定（dìng）厚度的橡膠膠接在試（shì）樣中以代替膠黏劑，發現試（shì）樣在拉伸時，橡膠中（zhōng）部有明顯收（shōu）縮。說明在接頭受正拉（lā）伸應力作用，剪切應力則集（jí）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（zhè）一點（diǎn）上應力zui集中。如果我們膠接（jiē）後兩半圓柱體錯（cuò）位大，則試樣的軸線偏離了加載方向（xiàng）中心線，這（zhè）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（jiù）發生開裂，裂縫迅速地擴展（zhǎn）到整個膠接麵上。從對拉伸試樣的應力（lì）分布進（jìn）行分析表明，膠接試件的尺寸與模量，膠層的厚度，膠黏（nián）劑的模量（liàng）都影響接頭邊緣的應力（lì）分布係數大小，因此也必（bì）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（de）試樣直徑的拉伸強度測試（shì）值不一，而且離散大（dà），同一直徑試樣（yàng）其（qí）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（lí）不同，那應力分布更不均勻，因此用方形試樣（yàng）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（zēng）加，它的粘接接頭強度降低。膠層越薄，強（qiáng）度越大。理論研究預言，對於非常薄膠膠層，對接拉（lā）伸強度反比於膠層厚度；而對於（yú）非常厚的膠層，則與膠厚度無關，如用聚乙烯蠟（相對分子（zǐ）量2750）來（lái）膠接鋼與鋼，當膠層（céng）厚度為150nm時，接頭的拉伸強度（dù）已接近於聚乙（yǐ）烯蠟本身強度5.5MPa左右；而膠層厚度隻有5nm時，對接接頭的（de）強度（dù）是膠（jiāo）黏劑本身強度的2倍。其他因（yīn）素如模量，溫度等對拉伸強（qiáng）度的影響與拉伸剪切強度（dù）相似（sì）。

二.不均（jun1）勻拉（lā）伸試驗

不均勻拉（lā）伸試驗其特征是拉伸應力的作用線雖然通過試樣（yàng）中心，但（dàn）受力時膠接麵上的（de）應力分布是（shì）不均勻的。不均勻拉伸接頭是航空工業中常采用的一種（zhǒng）膠接（jiē）結構，如（rú）飛機（jī）機翼（yì）蒙皮（pí）和翼肋，長珩的膠接，直升飛機旋翼的膠接等工作（zuò）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（jun1）勻（yún）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（dìng）程度下反映了膠黏劑（jì）的韌性，因此（cǐ）也能反映出各種膠接材料對膠縫應力集中的（de）敏感程度。本方法（fǎ）參照GJB94-1986。

原理 由一塊剛性金屬厚塊（kuài）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（zhí）至試樣破壞。以單位長度上所承受的zui大負荷計算不均（jun1）勻拉（lā）伸強度。

1.儀器（qì）設備

拉（lā）力（lì）試驗機 試（shì）樣（yàng）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（jiē），形成試樣。試固化（huà）後，在（23±2）℃至少放置16h後，才進行（háng）拉（lā）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（zhuāng）入拉力機夾具，其兩端夾緊處之（zhī）間的（de）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（jù）離差值不大於0.5mm。以（yǐ）5-15mm/min的速度加載（zǎi），直至破（pò）壞。

3.結（jié）果評定

試驗結果計算到3位有效數字。以5個（gè）試樣的（de）測試結果的算術（shù）平均值作為試（shì）驗結果，取三位有效數字。

其標（biāo）準誤差S，離（lí）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。

4.影響因素

（1）撓性被粘物的厚（hòu）度與夾持距離 不（bú）同撓性被粘物厚度與（yǔ）夾持距離的試驗結（jié）果不能比較。隨著薄板（bǎn）厚度的增加，不均勻拉伸強度增（zēng）大（dà）；同樣，試樣兩端夾緊距離的（de）縮（suō）短，它的不均（jun1）勻拉伸強（qiáng）度增大。

（2）膠黏劑性（xìng）質 膠黏（nián）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（cháng），增加斷裂伸長率，降低了膠黏劑的（de）彈性模量，使邊（biān）緣應力集中現象有所改善，所以不均勻拉（lā）伸強度提高。但當膠黏劑的彈性模量降低，它的內聚強度（dù）也相應（yīng）降低，不（bú）均勻拉伸強度也會降低。伸長與模量是一對矛盾，如何（hé）恰到好處（chù）地（dì）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（céng）厚度 隨著膠層厚度的（de）增加，接（jiē）頭應（yīng）力集中程度下降，不均勻（yún）拉伸強度提高，但（dàn）膠層厚（hòu）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（jun1）勻（yún）拉伸強度與試驗溫度有關。不同試驗溫度下膠（jiāo）黏（nián）劑的模量也發生變化，致使膠（jiāo）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（shì）驗溫度範圍內，它可能會出現一個不太明顯（xiǎn）的峰值（zhí）。

（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（jiē）部分長度，即剛（gāng）性試片與撓性試片的膠（jiāo）接長度越短，則強（qiáng）度越小。

三.不對稱（chēng）拉伸（shēn）試驗（劈裂試驗）

不對稱拉伸試驗又稱為（wéi）劈裂（liè）試驗，它所測試出的強度叫劈裂強度（dù）。在GB7749-87以及國外的ASTMD1062與JISK6853中都規定了不對稱拉伸試驗（yàn）方法。

1.原理（lǐ）

試樣為對接結構。在試樣（yàng）的膠接麵邊緣施加與膠接（jiē）麵（miàn）垂（chuí）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（xū）的分離力表示它的劈裂強度。

2.儀（yí）器設備

試驗機要求同拉伸（shēn）強度試驗要求。拉（lā）力機夾頭移動（dòng）速度為（5±1）mm/min。

3.試驗步驟

試樣製（zhì）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（wāi）斜等變形。膠接麵應無毛口（kǒu），邊緣保持直（zhí）角。材質為LY12CZ鋁合金或45號鋼（gāng）。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（zhí）試樣製備到試驗zui短時間為16h，zui長（zhǎng）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（yàn），若隻要求溫度，則試樣在標準溫度下停放0.5h，若要（yào）求標準（zhǔn）試驗環境，則（zé）應（yīng）在溫度（23±2）℃，相對濕（shī）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（lù）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（kuài）用的金屬可為半（bàn）硬回火黃銅，硬回火紫銅磷銅，回火鋁合金與冷軋（zhá）鋼。對不對稱拉伸（shēn）強度，由於試樣的搭接長度，對它有十（shí）分明顯的影響。試（shì）樣（yàng）長度L越短，不對稱拉伸強度就越（yuè）小。像溫度，膠層厚度，膠黏（nián）劑性質的影（yǐng）響與玻璃強度相（xiàng）同。

四.交叉（chā）搭接拉伸強度試（shì）驗

試（shì）樣采用交叉搭接試樣，又稱十字形試樣，它所測（cè）試的拉（lā）伸強度（dù）為均勻拉伸強度（dù）。試件采（cǎi）用金屬板與條狀。

測試前（qián）用卡尺測量膠層搭（dā）接麵長度與寬度。而後將試（shì）樣裝（zhuāng）在拉力試驗機具中，進行拉伸試驗，拉伸速度為10mm/min，直至膠（jiāo）層破壞為止。

每組試樣不應少於5個，取算術平均（jun1）值作為試驗結果，允許（xǔ）偏差（±15%），保留3位有效數字。

五.拉伸（shēn）強度試（shì）驗（菌狀試樣（yàng））

1.原理（lǐ）

由兩個菌狀物對接構成的接頭，其膠接麵和（hé）試（shì）樣縱軸垂直，拉伸力通過試樣縱軸傳至膠接麵，直至破（pò）壞，以單位膠接麵（miàn）積承受的zui大負荷計算拉伸（shēn）強度。

2.儀器設備

拉（lā）力試（shì）驗機要（yào）求與條型和棒狀拉伸試驗相同，並應配備一夾持器，夾具應能自動定位對中，使試（shì）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（qì）中，在幹燥器隔板下方盛有硝酸（suān）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（gù）定濕度的數（shù）據可從化學手（shǒu）冊中查到。

3.試驗步驟

（1）試樣製備（bèi） 試樣材質（zhì）可以用金屬（shǔ）也可用木材，這根據不同（tóng）膠黏劑要求選取。其中常用金屬有冷（lěng）軋條鋼，半硬（yìng）回火黃銅，硬回火紫銅，2024鋁合（hé）金，磷青（qīng）銅，鎂合金與低硬（yìng）度鎳銀。對金屬膠接，每種膠黏劑（jì）仲裁試驗（yàn）至少應測試10個（gè）試樣，常規試驗不（bú）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（shí）間與固化條件均應按生產廠家（jiā）有關規定進行。膠接時（shí）使（shǐ）用（yòng）的夾具，應保證試樣正確膠（jiāo）接和定位。

（2）試驗 試驗前試樣應在（23±1）℃進行狀態調（diào）節，不少於16h。將試樣裝入（rù）上，下夾持器中，如進行高溫試驗，應直接用熱電偶（ǒu）測量膠接區金屬試樣外表麵溫度。若間接測量則（zé）應對溫度（dù）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（shì）樣達到試驗溫度的（de）平（píng）衡時間，對50-100℃為（wéi）小於等於（yú）30min；101-200℃為小於等於45min；對201-300℃為小於等（děng）於（yú）60min。以下夾持器移動（dòng）速度為10mm/min拉伸試樣（yàng），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（zhì）在0.0254m之內。且應注明膠層厚度（dù）測量方法。不同標準菌狀試件尺（chǐ）寸不一，見表8-5。

表8-5       不同的標準試件尺寸

其他影響因素同（一）節。