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膠粘劑的粘接強(qiáng)度是評價膠粘劑質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。粘接強(qiáng)度根據(jù)膠粘劑使用中的受力情況通常分為剪切強(qiáng)度,拉伸強(qiáng)度,剝離強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等。
一、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)度和粘合力是兩個意義完全不同的概念,絕不能混為一談。
二、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。
1、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,并均勻分布在整個粘接面上。
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存在,只是何者為主的問題。
三、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。
1、剪切強(qiáng)度
剪切強(qiáng)度是指粘接件破壞時,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。大量試驗表明,膠層厚度越薄,剪切強(qiáng)度越高。
測試條件影響最大的是環(huán)境溫度和試驗速度,隨著溫度升高剪切強(qiáng)度下降,隨著試驗速度的減慢剪切強(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,單位面積所承受的拉伸力,單位用兆帕(MPa)表示。因為拉伸比剪切受力均勻得多,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,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,也會有橫向壓縮,因此,在扯斷時就可能出現(xiàn)同時斷裂。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、試驗溫度和加載速度對拉伸強(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,使粘接件分離時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。
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°時為L型剝離,大于90°或等于180°時為U型剝離。這兩種形式適合于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粘接時的剝離。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所能承受的最大載荷,因為載荷多集中于膠層的兩個邊緣或一個邊緣上,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,單位粘接面積所消耗的最大功,單位為kJ/m2。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,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。