胶粘剂拉伸强度试验标准

HEATS

在胶接接头受拉伸应力作用时，有三种不同的接头受力方式。

（1）拉伸应力与胶接面互相垂直，并且通过胶接面中心均匀地分布在整个胶接面上，这一应力均匀拉伸应力，又称正拉伸应力。

（2）拉伸应力分布在整个胶接面上，但力呈不均匀分布，此种情况称为不均匀拉伸。

（3）与不均匀拉伸相比，它的力作用线不是捅咕试样中心，而偏于试样的一端；它的受力面不是对称的，而是不对称的，这种拉伸叫不对称拉伸，人们有时将这一试验叫撕离试验或劈裂试验，以示与剥离相区别。

一.拉伸强度试验（条型和棒状）

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拉伸强度试验又叫正拉强度试验或均匀扯离强度试验。

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1.原理

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由两根棒状被粘物对接构成的接头，其胶接面和试样纵轴垂直，拉伸力通过试样纵轴传至胶接面直至破坏，以单位胶接面积所承受的最大载荷计算其拉伸强度。

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2.仪器设备

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拉力试验机应能保证恒定的拉伸速度，破坏负荷应在所选刻度盘容量的10%-90%范围内。拉力机的响应时间应短至不影响测量精度，应能测得试样断裂时的破坏载荷，其测量误差不大于1%。拉力试验机应具有加载时可与试样的轴线和加载方向保持一致的，自动对中的拉伸夹具。

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固化夹具，能施加固定压力，保证正确胶接与定位。

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3.试验步骤

（1）试棒与试样 试棒为具有规定形状，尺寸的棒状被粘物。试样为将两个试棒通过一定工艺条件胶接而成的被测件。

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除非另有规定，其试棒尺寸见表8-4。其试样尺寸的选择视待测胶黏剂的强度，拉力机的满量程，试棒本身材质的强度以及试验时环境因素而定。

表8-4       圆柱形与方形试棒尺寸

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' Q; i A8 v; k, X, ~1 k 试棒直径与边长b/mm	( A8 ?$ M5 z% g: W4 M& p n a/mm	直径/ mm	L/mm	胶接面表面粗糙度Ra/um
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用于试棒加工的金属材料有45号钢，LY12CZ铝合金，铜，H62黄铜等。非金属材料有层压塑料等。层压制品试棒，其层压平面应与试棒一个侧面平行，试棒上的销孔应与层压平面垂直。

试棒的表面处理，涂胶及试样制备工艺，应符合产品标准规定。胶接好试样，以周围略有一圈细胶梗为宜，此时不必清除，若需清除余胶，则应在固化后进行。

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（2）试验 在正常状态下，金属试样从试样制备完毕到测试之间，最短停放时间为16h，最长为1个月，非金属试样至少停放40h。

试样应在试验环境下停放30min以上，将它安装在拉力试验机夹具上，测试其破坏负荷，对电子拉力机试验机应使试样在（60±20）s内破坏；有时对机械式拉力机则采用10mm/min拉伸速度。

4.结果评定

试验结果以5个试样拉伸强度算术平均值表示，取3位有效数字。

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同时应记下每个试样的破坏类型，如界面破坏，胶层内聚破坏，被粘物破坏与混合破坏。

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5.影响因素

（1）应力分析 粘接接头在受到垂直于粘接面应力作用时，应力分布比受剪切应力要均匀得多，但根据理论推测与应力分布试验证实，在拉伸接头边缘也存在应力集中。为证实这一点，有人采用一定厚度的橡胶胶接在试样中以代替胶黏剂，发现试样在拉伸时，橡胶中部有明显收缩。说明在接头受正拉伸应力作用，剪切应力则集中在试样胶黏剂-空气-被粘体的三者边界处最大，也就是说在这一点上应力最集中。如果我们胶接后两半圆柱体错位大，则试样的轴线偏离了加载方向中心线，这是经常会发生的。那么，就存在有劈应力，而使边缘应力集中急剧增加。当边界应力大到一个临界值时，胶层边缘就发生开裂，裂缝迅速地扩展到整个胶接面上。从对拉伸试样的应力分布进行分析表明，胶接试件的尺寸与模量，胶层的厚度，胶黏剂的模量都影响接头边缘的应力分布系数大小，因此也必然会影响它的强度值。与拉伸剪切试样一样，加载速度与试样温度也影响拉伸强度。

（2）试样尺寸 

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不同的试样直径的拉伸强度测试值不一，而且离散大，同一直径试样其最大值比最小值高50%以上。对方形试样，由于边缘到中心点距离不同，那应力分布更不均匀，因此用方形试样只能测到“近似”的拉伸强度值。

（3）胶层厚度 对拉伸强度，随着胶层厚度增加，它的粘接接头强度降低。胶层越薄，强度越大。理论研究预言，对于非常薄胶胶层，对接拉伸强度反比于胶层厚度；而对于非常厚的胶层，则与胶厚度无关，如用聚乙烯蜡（相对分子量2750）来胶接钢与钢，当胶层厚度为150nm时，接头的拉伸强度已接近于聚乙烯蜡本身强度5.5MPa左右；而胶层厚度只有5nm时，对接接头的强度是胶黏剂本身强度的2倍。其他因素如模量，温度等对拉伸强度的影响与拉伸剪切强度相似。

二.不均匀拉伸试验

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不均匀拉伸试验其特征是拉伸应力的作用线虽然通过试样中心，但受力时胶接面上的应力分布是不均匀的。不均匀拉伸接头是航空工业中常采用的一种胶接结构，如飞机机翼蒙皮和翼肋，长珩的胶接，直升飞机旋翼的胶接等工作状态主要承受拉伸应力作用，而且在大多情况下是在不均匀拉伸应力的条件下工作的，因此测定胶接接头的不均匀拉伸强度有一定的实际意义。不均匀拉伸强度的测定在一定程度下反映了胶黏剂的韧性，因此也能反映出各种胶接材料对胶缝应力集中的敏感程度。本方法参照GJB94-1986。

原理 由一块刚性金属厚块与一块挠性金属薄片被粘物对接组成的胶接接头，在承受不均匀拉伸载荷时，直至试样破坏。以单位长度上所承受的最大负荷计算不均匀拉伸强度。

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1.仪器设备

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拉力试验机 试样专用夹具

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2.试验步骤

（1）试件与试样制备 按胶黏剂技术条件中规定将试件胶接，形成试样。试固化后，在（23±2）℃至少放置16h后，才进行拉伸。拉伸前必须清除余胶。

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（2）试验 试验在（23±2）℃下进行。空气中相对湿度为（50±5）%。

若不能满足上述条件，则应在报告中注明。测量胶接处试片宽度，精确到0.01mm，取两侧测量结果平均值。将试样装入拉力机夹具，其两端夹紧处之间的距离为（200±1）mm，并保证试样厚块边缘分别至两端夹紧处的距离差值不大于0.5mm。以5-15mm/min的速度加载，直至破坏。

3.结果评定

试验结果计算到3位有效数字。以5个试样的测试结果的算术平均值作为试验结果，取三位有效数字。

其标准误差S，离散系数CV也应同时报告。标准误差与离散系数取两位有效数字。

4.影响因素

（1）挠性被粘物的厚度与夹持距离 不同挠性被粘物厚度与夹持距离的试验结果不能比较。随着薄板厚度的增加，不均匀拉伸强度增大；同样，试样两端夹紧距离的缩短，它的不均匀拉伸强度增大。

（2）胶黏剂性质 胶黏剂的弹性模具与伸长率大小对不均匀拉伸强度有影响。这中间的关系比较复杂。通常，增加断裂伸长率，降低了胶黏剂的弹性模量，使边缘应力集中现象有所改善，所以不均匀拉伸强度提高。但当胶黏剂的弹性模量降低，它的内聚强度也相应降低，不均匀拉伸强度也会降低。伸长与模量是一对矛盾，如何恰到好处地利用这一对矛盾来提高胶接接头的不均匀拉伸强度，是需要在胶黏剂配方研制时下一番工夫的。

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（3）胶层厚度 随着胶层厚度的增加，接头应力集中程度下降，不均匀拉伸强度提高，但胶层厚度继续增加时，由于胶层的内部缺陷增加，强度反而下降。

（4）试验温度不均匀拉伸强度与试验温度有关。不同试验温度下胶黏剂的模量也发生变化，致使胶层中应力分布变化；另外温度变化,它内聚强度也变化，两种因素相互作用，在一定的试验温度范围内，它可能会出现一个不太明显的峰值。

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（5）接头几何尺寸 试样宽度对不均匀拉伸强度影响小，但胶接部分长度，即刚性试片与挠性试片的胶接长度越短，则强度越小。

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三.不对称拉伸试验（劈裂试验）

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不对称拉伸试验又称为劈裂试验，它所测试出的强度叫劈裂强度。在GB7749-87以及国外的ASTMD1062与JISK6853中都规定了不对称拉伸试验方法。

1.原理

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试样为对接结构。在试样的胶接面边缘施加与胶接面垂直的拉力，测定试样被分离时所承受的最大负荷，以每单位胶接宽度上所需的分离力表示它的劈裂强度。

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2.仪器设备

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试验机要求同拉伸强度试验要求。拉力机夹头移动速度为（5±1）mm/min。

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3.试验步骤

试样制备按胶黏剂技术条件规定。金属块胶接面应平整，不应有弯曲，歪斜等变形。胶接面应无毛口，边缘保持直角。材质为LY12CZ铝合金或45号钢。夹持试样的夹具应带有自动调节装置，以使加载时使受力作用线与试样胶接面垂直试样制备到试验最短时间为16h，最长为1个月。试验应在（23±2）℃标准温度下进行，若试验对温，湿度要求严格或仲裁试验，则应在温度（23±2）℃，相对湿度45%-55%下试验，若只要求温度，则试样在标准温度下停放0.5h，若要求标准试验环境，则应在温度（23±2）℃，相对湿度45%-55%的范围内停放不少于16h。开动拉力机，以（5±1）mm/min加荷速度加载，记录试样劈裂破坏的最大载荷与胶件破坏类型与百分率。

4.结果评定

每种胶黏剂至少取5个试样进行测试，以最小值，最大值与平均值作为试验结果，其值取3位有效数字。

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5.影响因素

加工试块用的金属可为半硬回火黄铜，硬回火紫铜磷铜，回火铝合金与冷轧钢。对不对称拉伸强度，由于试样的搭接长度，对它有十分明显的影响。试样长度L越短，不对称拉伸强度就越小。像温度，胶层厚度，胶黏剂性质的影响与玻璃强度相同。

四.交叉搭接拉伸强度试验

试样采用交叉搭接试样，又称十字形试样，它所测试的拉伸强度为均匀拉伸强度。试件采用金属板与条状。

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测试前用卡尺测量胶层搭接面长度与宽度。而后将试样装在拉力试验机专用具中，进行拉伸试验，拉伸速度为10mm/min，直至胶层破坏为止。

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每组试样不应少于5个，取算术平均值作为试验结果，允许偏差（±15%），保留3位有效数字。

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五.拉伸强度试验（菌状试样）

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1.原理

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由两个菌状物对接构成的接头，其胶接面和试样纵轴垂直，拉伸力通过试样纵轴传至胶接面，直至破坏，以单位胶接面积承受的最大负荷计算拉伸强度。

2.仪器设备

拉力试验机要求与条型和棒状拉伸试验相同，并应配备一专用夹持器，夹具应能自动定位对中，使试样长轴与所施加通过夹持器中心线的拉力方向一致。

恒温室应保持温度为（23±1）℃，相对湿度（50±2）%，若温度达不到要求，允许将试样放在干燥器中，在干燥器隔板下方盛有硝酸钙的饱和溶液，液面上的固定湿度在23℃时为51%。相关温度与固定湿度的数据可从化学手册中查到。

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3.试验步骤

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（1）试样制备 试样材质可以用金属也可用木材，这根据不同胶黏剂要求选取。其中常用-金属有-冷轧条钢，半硬回火黄铜，硬回火紫铜，2024铝合金，磷青铜，-镁合金与低硬度镍银。对金属胶接，每种胶黏剂仲裁试验至少应测试10个试样，常规试验不少于5个。金属试样，表面处理，胶黏剂配比，涂胶量，涂胶次数，晾置时间与固化条件均应按生产厂家有关规定进行。胶接时使用的夹具，应保证试样正确胶接和精确定位。

（2）试验 试验前试样应在（23±1）℃进行状态调节，不少于16h。将试样装入上，下夹持器中，如进行高温试验，应直接用热电偶-测量胶接区金属试样外表面温度。若间接测量则应对温度与平衡时间进行修正。在规定温度下保温时间不少于10min，控温精度100℃以下为±1℃，101℃以上为1%。其试样达到试验温度的平衡时间，对50-100℃为小于等于30min；101-200℃为小于等于45min；对201-300℃为小于等于60min。以下夹持器移动速度为10mm/min拉伸试样，直至破坏，记录最大破坏负荷与试样破坏类型。

4.影响因素

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对胶接强度的影响因素与条形和棒状拉伸强度试验相同。胶接后胶层平均厚度，要求控制在0.0254m之内。且应注明胶层厚度测量方法。不同标准菌状试件尺寸不一，见表8-5。

 

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表8-5       不同的标准试件尺寸

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" x4 y# K. q: ^5 S/ E 项     目	GJB444-88	, B8 H3 O# H/ n4 ~! p% j& \2 v ASTMD897-83	& S& W) I# r* I' K DIR53288-79
菌头直径/mm 胶接面直径/mm 菌杆高/mm 菌头高/mm ! ~1 M O. R7 L$ a* u 表面粗糙度/mm	/ s+ ]) N" @* E0 u/ J5 ] 47.6 ( S/ K9 G1 K2 ^+ ?' ~! ?& f# m- J- b 28.58±0.130 : I0 d% d# {* |+ V 16.0 6.4	47.6 28.58±0.130 5 o* v p0 Z0 Q, s, K 15.9 2 z7 m: M4 T8 y5 k8 R' T" u 6.4	40 28.5 30 15 t& j+ s' `3 z1 ^( F3 L: C- ?* p 0.80-1.25

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其他影响因素同（一）节。

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