一種用于片狀基材的粘結劑粘接性能測試裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及粘接性能測試領域，具體涉及一種用于片狀基材的粘結劑粘接性能測 試裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 粘接技術是工程中常用的一種材料連接技術。同傳統的焊接、鉚接、螺栓連接等其 他連接方式相比，粘接技術具有工藝簡便、經濟高效，減輕車身重量、降低能耗，緩振降噪， 連接件上應力分布相對均勻，適用材料廣泛及可實現異種材料連接，外觀整齊等諸多優點。
[0003] 近年以來，隨著粘接劑的快速發展和人們對車輛的舒適性、安全性、輕量化的要求 越來越高，粘接技術在汽車制造中的應用日益廣泛。同時由于各種新型材料如碳纖維、鋁合 金、復合材料等在車輛制造行業的使用率大大提高，粘接技術作為一種新型的材料連接技 術，在異種材料的連接中扮演著越來越重要的角色。
[0004] 雖然粘接技術與傳統材料連接方式相比具有諸多優勢，在異種材料的連接中應用 日益廣泛，但有關粘接劑相對于片狀基材的粘接性能方面仍缺少實驗研究，尤其是拉剪組 合應力狀態下粘接劑相對于片狀基材之間的粘接性能，在工程中缺乏有效的研究手段。
[0005] 目前粘接劑的粘接性能試驗方法主要包括拉伸試驗、薄片剪切試驗、剝離試驗等。 在薄片剪切試驗中，拉伸加載時薄板被粘物容易被拉彎，被粘物變形圖如圖1所示。易造成 粘接區域所受載荷不為純剪切，出現比較復雜的應力狀態，不能作為評價粘接劑在純剪切 應力狀態下粘接性能的依據。為此本發明設計了一種以鋁合金為材料的加載塊，保證了在 試驗過程中試件不發生彎曲變形，作用在粘接面上的載荷不會發生變化，同時考慮到部分 材料加工成大尺寸塊狀試件不僅操作難度大，而且增加試驗成本，容易造成浪費，因此將這 些材料加工成片狀基材，通過在鋁合金加載塊上粘接片狀基材，達到測試粘接劑相對于片 狀基材粘接性能的目的。
[0006] 而在剝離試驗中，粘接膠層主要受拉應力作用，不能全面反映車身結構中廣泛存 在的拉剪組合應力狀態下粘接劑的粘接性能。為此本發明不僅設計了用于測試純拉伸、 純剪切應力狀態下粘接劑粘接性能的純拉伸和純剪切鋁合金加載塊，同時根據不同的拉剪 比，設計了用于測試拉剪組合應力狀態下粘接劑粘接性能的鋁合金加載塊，通過在不同拉 剪比的鋁合金加載塊上粘接片狀基材，達到測試拉剪組合應力狀態下粘接劑相對于片狀基 材的粘接性能的目的。
【發明內容】
[0007] 本發明設計開發了一種用于片狀基材的粘結劑粘接性能測試裝置及方法。
[0008] 本發明的第一發明目的是通過在鋁合金加載塊上粘接的片狀基材來達到研究目 的的實驗裝置，能夠有效的測試某種粘接劑相對于片狀基材之間的粘接性能，并對其進行 評價，同時也能夠對任意拉剪組合的試驗組件進行測試等特點。
[0009] 本發明的第二發明目的是通過實際測得的斷裂載荷及加載塊粘貼面面積得出實 際的單位面積斷裂載荷？,進行直觀的比較，進而評定某種粘結劑相對于片狀基材之間的粘 接性能。
[0010] 本發明的第三發明目的是在一定的范圍內，通過經驗公式的校驗計算，在一定的 取值范圍內，對實際測得的斷裂載荷進行有效的取舍，摒棄誤差較大的斷裂載荷，從而得到 更為有效的斷裂載荷，使單位面積斷裂載荷計算更為準確，同時也就保證了更為有效 的評定某種粘結劑相對于片狀基材之間的粘接性能。
[0011] 本發明提供的技術方案為：
[0012] -種用于片狀基材的粘結劑粘接性能測試裝置，包括：
[0013] 片狀基材；
[0014] 加載塊，其用于和所述片狀基材粘接固定后形成試驗組件；以及
[0015] 拉伸試驗組件加載組件，其包括試驗機加載連接件、試驗組件連接件及連接裝 置；
[0016] 其中，連接裝置、試驗組件連接件和試驗機加載連接件依次連接；所述試驗組件通 過所述連接裝置與所述試驗組件連接件相連，所述試驗機加載連接件與試驗機相連，進行 拉伸試驗。
[0017] 優選的是，所述加載塊為純拉伸試驗組件加載塊、純剪切試驗組件加載塊或拉剪 組合試驗組件加載塊；
[0018] 其中，所述純拉伸試驗組件加載塊，其粘接表面與軸線垂直；所述純剪切試驗組件 加載塊，其粘接表面與軸線平行；所述拉剪組合試驗組件加載塊，其粘接表面與軸線的角度 為 0。<a' 90。。
[0019] 優選的是，所述加載塊為鋁合金材質，所述片狀基材為不銹鋼材質，所述加載塊及 所述片狀基材的粘接面進行滾花處理。
[0020] 優選的是，所述試驗組件連接件為"U"型連接件，所述連接裝置為銷軸。
[0021] -種用于片狀基材的粘接劑粘接性能測試的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0022] 步驟一：選取n組不同拉剪比kia= 1，2,AA，n)，對應不同應力狀態下所述加載 塊粘接表面與軸線之間夾角a;，通過ciiZarctanO=arctan1^可得到多組相應 的夾角a= 1，2,AA，n);
[0023] 步驟二；通過加載塊粘接表面與軸線之間夾角a#角定出拉剪組合試驗組件加載 塊的粘接面尺寸；
[0024] 步驟三：制作與所述加載塊相應尺寸的片狀基材；對加載塊及片狀基材的粘接面 進行表面處理；粘接所述加載塊及所述片狀基材形成試驗組件；
[0025] 步驟四：對試驗組件在不同拉剪組合應力狀態作用下的試驗；
[0026] 在n組不同拉剪比Mi= 1，2,AA，n)中選定拉剪比相同的情況下進行多組平 行試驗，分別記錄每種拉剪比k相同的情況下的拉伸試驗中出現的斷裂載荷匕，計算平均斷 裂載荷6 .
[0027] 步驟五：分別計算出每種拉剪比對應的所述試驗組件的粘接面的面積S1，通過公 式€=$/&得到相同拉剪比對應的單位面積斷裂載荷P1;評估出粘接劑在不同拉剪組合 應力狀態下相對于所述片狀基材的粘接性能。
[0028]優選的是，所述步驟四中還包括經驗斷裂載荷F'i，所述斷裂載荷F1需要滿足公 式/(4XInZfi + 方）XA。,Xe。'F'「a<Fi<F' ;其中，所述拉剪比k;的取 值范圍為〇. 25~4,A，B，C，D，a為常數，e為自然對數的底數，S1為粘接面的面積。
[0029] 優選的是，所述步驟三，其粘接方法包括：
[0030] 所述加載塊和所述片狀基材一邊端面的粘接，并通過游標卡尺進行尺寸控制粘接 膠層厚度；
[0031] 所述試驗組件放在水平擺件平臺上固化；當粘接劑膠層固化，再完成所述加載塊 和所述片狀基材另一邊端面的粘接，并固化；
[0032] 通過清理余膠處理得到符合要求的完整的所述試驗組件。
[0033]優選的是，所述步驟一中，所述加載塊粘接表面與軸線之間夾角ai小于90度。
[0034] 優選的是，所述步驟一中，所述拉剪比1^分別為ki= 2/8、k2= 3/7、k3= 4/6、k4 =5/5、k5= 6/4、k6= 7/3、k7= 8/2〇
[0035] 優選的是，所述加載塊與所述片狀基材兩邊端面之間的膠層厚度相同。
[0036] 本發明所述的有益效果：
[0037] 1、通過在鋁合金加載塊上粘接的一定厚度的片狀基材，保證了試件在試驗加載過 程中不會出現彎曲變形，作用在粘接面上的載荷保持恒定不變，能夠有效的測試某種粘接 劑相對于片狀基材之間的粘接性能，并對其進行評價；
[0038] 2、根據不同的拉剪比kdi= 1，2,AA，n)，加工若干組粘接面與軸線之間夾角為 a,的鋁合金加載塊，能夠測試及校核不同拉剪組合應力狀態下的粘接劑相對于片狀基材 的粘接性能，能夠為任意復雜工況下的粘接劑粘接性能評價提供參考依據；
[0039] 3、本發明還能夠在一定范圍內，通過經驗公式進行驗證斷裂載荷Fi,對不符合經 驗校正的斷裂載荷匕進行有效的取舍，進而能夠更加準確的得到拉剪組合試驗組件的單位 面積斷裂載荷，從而也在一定的范圍內能夠評價任意復雜工況下的粘接劑粘接性能；
[0040] 4、采用在鋁合金加載塊上粘接的片狀基材的方法，能夠重復使用鋁合金加載塊 塊，有效的減少了試驗成本