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    技術資料
    膠粘劑行業有關剝離強度試驗詳解

    本文主要針對膠粘行業常用的幾種剝離強度試驗做詳細介紹,包括90度剝離、180度剝離、T行剝離、浮輥剝離、爬鼓剝離等試驗的原理及步驟。

    膠粘劑行業有關剝離強度試驗詳解

     

    剝離,是膠粘制品接頭常見的破壞形式之一。何謂剝離,形象地說,就像宰殺牛羊時剝皮的那樣,把兩個被粘物互相剝開來。其特點是:膠接接頭在受外力作用時,力不是作用在整個膠接面上,而只是集中在接頭端部的一個非常狹窄的區域,這個區域似乎是一條線,膠黏劑所受到的這種應力,就是我們在前面所講的線應力。當作用在這一條線上的外力大于膠黏劑的膠接強度時,接頭受剝離力作用便沿著膠接面而發生破壞。剝離試驗用的試件其中一個是柔性材料(如薄的金屬蒙皮,織物,橡膠,皮革等),而另一個試件可以是一剛性材料(如厚的金屬梁等)或者也同為一柔性材料,由于至少有一個試件為柔性材料,當接頭承受剝離力作用時,被粘物的柔性部分首先發生塑性變形,然后,膠接接頭慢慢地被撕開了(如織物與織物的膠接屬蒙皮與珩條的膠接等)。剝離力的單位是牛頓/米,根據試樣的結構和剝離結構的不同,它又分為:

    90度剝離強度試驗;

    180度剝離強度試驗;

    T形剝離強度試驗;

    Bell剝離強度試驗(浮滾剝離);

    爬鼓剝離強度試驗;

     

    實驗過程中,測定剝離強度的方法雖然各有差異,但它的基本原理操作與影響因素相差不大。下面我們就來依次簡單給大家介紹不同剝離試驗的主要用途:

     

    1、90度剝離專用于鋼板與橡膠試片的測定;

     

    2、180度剝離用于剛性材料(如鋼板)與撓性材料試片的測定;

     

    3、T形剝離主要用于撓性材料(金屬箔、塑料膜、帆布等)試片的測定;

     

    4、爬鼓剝離則用于蜂窩夾心材料的測定。

    1.原理

    90度剝離方法施加應力,使撓性金屬試片對剛性金屬板膠接件的膠接處產生特定的破裂速率所需的力。

    2.儀器設備

    采用電子拉力試驗機,并具有自動記錄剝離負荷的記錄裝置。剝離試驗應在專用夾具上進行。

    3.試驗步驟

    (1)試樣制備:90度剝離強度試樣試板膠,按膠黏劑所規定的有關膠接工藝進行。試板固化后在室溫條件下放置24h后才可分割成試樣,銑切分割時應防止試樣過熱,并盡量避免膠接縫承受剝離性切削力。每組試樣個數應不少于5個。分割后試樣在試驗前最短停放時間為16h,最長為1個月。

    (2)試驗時:用卡尺測量3-5個寬度值,精確到0.1mm,取其平均值作為試樣寬度。夾具應完好,兩滾輪運轉自如。將校正溫度用試樣裝好后;若要測高,低溫剝離強度,則用熱電偶緊密接觸試樣膠接區中部金屬的表面溫度。按標準要求使之達到試驗溫度。取下校正試樣,裝入正式待測試樣,當試樣膠接區中部金屬表面的溫度達試驗溫度后計時,保溫10min。若采用靠近試樣膠接取中部熱電偶間接測量方法,則必須進行溫度和平衡時間的修正。以(100±5)mm/min速度連續加載,自動記錄剝離曲線。若用讀數法測定膠接剝離強度,應在有效剝離長度內劃出等距離讀數標線,標線的總數不應少于10條。

     

    180度剝離試驗,是測定一塊撓性材料膠接在另一塊剛性或撓性的材料上所組成的標準試樣,180度剝離角剝離時的強度。常用的剛性材料有金屬,塑料,木材,撓性材料有金屬,橡膠,織物,塑料等。下面只討論金屬對金屬的試驗。

    1、原理

    180度剝離方法施加壓力,使金屬對金屬膠接件的膠接處產生特定的破裂速率所需的力。

    2、儀器設備

    電子拉力試驗機,帶有能自動記錄剝離負荷的繪圖裝置與能夾緊試樣的夾持器。

    3、試驗步驟

    (1)試樣制備試樣制備與試驗條件等其他要求與T剝離強度試驗相同。剛性金屬LY12CZ鋁合金,厚2mm;25.0mm±0.5mm,長200mm。撓性金屬金屬LY12CZ鋁合金,厚0.3mm;350mm。膠層厚度通常﹤0.2mm,若直接制備試樣,則邊上余膠固化后必須清除,且沿寬度方向的膠接面錯位不大于0.2mm。試樣不少于5個。

    (2)試驗條件,在試驗室環境下停放時間,試樣自由端剝開一定長度,試樣夾持,加載速度為(100±10)mm/min,有效剝離長度約為125mm,其他規定均與T剝離強度相同。

    4、結果評定

    計算所有試樣的平均剝離強度,最 小剝離強度,最 大剝離強度,以及5個試樣的剝離強度算術平均值。

    5、影響因素

    剝離強度試驗的影響因素與T形剝離強度試驗的相同。

     

     

    T形剝離強度試驗

     

     

     

    1、原理:用T形剝離方法從未膠接端開始施加剝離力,使金屬對金屬膠接件沿膠接線生產特定的破裂速率所需的剝離力。

     

    2、儀器設備:電子拉力試驗機,并附有能自動記錄剝離負荷的繪圖裝置,及能夾緊試樣的夾持器具。

     

    3、試驗步驟:

    (1)試樣制備:組成T剝離試樣的被膠接材料必須是撓性材料,并被彎曲成90度也不會出現破裂。通常是由兩塊厚度相同的同一種金屬加工而成的薄板膠接在一起制成。這金屬材質與薄板厚度在膠黏劑標準中都有規定。厚度應均勻,以不超過0.3mm0.5mmLY12CZ鋁合金薄板居多。按有關膠接工藝技術文件,選定薄板的材質與厚度,以及膠黏劑層厚度。當沒有明確規定時,則選膠層平均厚度在0.2mm以下,厚0.3mmLY12CZ鋁合金薄板。除非另有規定,試樣尺寸,長200mm,寬25mm±0.5mm。施加膠接壓力不應少于1MPa。若在壓機上加壓,則試樣上方應覆蓋一張邵氏硬度(A)45,厚10mm的橡膠板,壓力控制在0.7MPa(或按供需雙方規定)。每塊試片整個寬度涂膠,涂膠長度為150mm。試樣必須平整,擴大試樣件裁切成標準試樣時,不能使試樣膠接部分變形與破壞。若直接制備試樣時,必須清除四周余膠,且沿寬度方向膠接面的錯為不大于0.2mm。每批試樣數量不應少于5個。

     

    (2)試驗條件整個試驗時,試驗室溫度應控制在(23±5)℃,對溫、濕度特別敏感的膠黏劑,則應控制在溫度(23±2)℃,相對濕度(65±5)%。

     

    (3)試驗從試樣制備好到試驗之間的最短停放時間為16h,最長為-個月。試驗前試樣應在試驗環境下停放0.5h以上。測量試樣上5處的寬度與厚度,寬度測量精 確到0.1mm,厚度精 確到0.01mm。將試樣自由端剝開10mm,對稱地夾持在上,下夾持器中。試驗過程中,試樣夾持部分不能滑移。以(100±10)mm/min的速度加載,按T方式剝離試樣,試樣玻璃長度至少要有125mm,自動記錄裝置應同時繪出試樣剝離負荷曲線。并注意破壞形式,即黏附破壞,內聚破壞或被粘物破壞。用精 確到0.1cm的平面求積儀測量BCEF的面積,用精 確0.5mm的直尺測量底線長度,底線所反映的試樣剝離長度在70mm左右.以平均等高線計算剝離強度時,等高線精度不應低于1mm。

     

    4、結果評定:剝離強度可按求積儀法與等高線法兩種方法計算。采用等高線法計算時,剝離長度至少要100mm,但不包括起始的25mm,劃出一條估計的等高線力的平均值。代表同一性能的試樣個數不少于5個,試驗結果一最 小值,最 大值與算術平均值表示,取值小數點后一位,并注明破壞類型與數量。

     

    5、影響因素

     

    (1)剝離強度計算方法:關于剝離強度計算方法GB2791-81中規定了求積儀法與劃等高線法。另外還有讀數法與峰值法。對剝離力波動不是很大的曲線,這四種方法可以的得到相同的試驗結果.但是若曲線變動大,則應采用求積儀法處理。在計算剝離強度時,均應將剝離曲線上的第 一個峰值去掉。

     

    (2)剝離力的波動性:在理想狀態下,于一定的剝離速度下,剝離力應是恒定的,也就是說反映在剝離符合曲線圖上的剝離力是一條水平直線。然而實際測試表明,剝離力是波動的,它呈兩種圖象,一為隨機的無規方式,一為滑動黏附方式。

     

    按無規方式波動,波動力遵循高斯分布,剝離力的平均值與中間值是一樣的,而且意義明確。由于試樣無規的不完整性造成的剝離力波動。在無規波動中,破裂是連續發生,并以與試驗速率一樣的速率傳播。按滑動黏附方式波動,最 大最 小值之間的距離與試驗速度無關。在滑動黏附破裂時,當剝離力達到最 大值,則引起膠接失效,存儲能量消耗在裂縫傳播上,其速度比試驗速度還快,當它的能量耗盡,則剝離力停在最 小處。緊接著剝離力再次增大時,它又重復下1次破裂循環,如此反復出現在剝離負荷曲線上則是一條清晰的鋸齒狀剝離力曲線。

     

     

    (3)剝離的角度

     

    剝離角度不同,致使對膠接接頭垂直于膠接面上的作用力大小不同,因此它的剝離強度也就不同。

     

    (4)被粘物的性質與厚度

     

    被粘物的模量高或厚度大,膠接接頭在同樣受力時,應力分布就寬,應力集中程度也就比被粘物模量低或厚度薄的要小些,所以它的強度也要高一些。這一影響對不均勻拉伸影響也是如此。

     

    (5)接頭的尺寸

     

    線應力接頭的寬度對剝離強度沒什么影響。而試樣長度則不一樣,當剝離試樣的膠接長度為試樣厚度的10倍以上,測試強度應和試樣長度無關,但當試樣比較短時,試樣長度必然會對測試強度有影響。另外,如果撓性材料不是金屬,而是黏彈性(如聚酯等),由于彎曲引起被粘體的塑性變形,則可能使剝離力和破壞能量增加。

     

    (6)膠黏劑的性質

     

    膠黏劑的力學性能對線應力接頭強度有決定性影響。不同膠黏劑,由于它們的模量,拉伸強度與斷裂伸長率等不同,那么在剝離接頭中的應力分布及應力集中情況也不相同。為了尋求一種剝離強度高的膠,希望降低它的應力集中程度,那么就加入增韌劑如橡膠之類似組分,以降低它的模量,增加膠的伸長率。但這樣一來,由于模量降低,又使膠黏劑的內聚強度降低了。我們有時還經常遇到這種的情況,當我們使熱固化膠黏劑的交聯密度增加,亦模量增加,在一定范圍內,它的剝離強度呈上升趨勢,但達到一定模量之后,反而使剝離強度迅速降低。即使有機硅橡膠有好的彈性,它剝離接頭的應力分布又比較均勻,但是由于它的內聚強度太差(即本身的彈性模量太小),它不是一種好的抗剝離的膠黏劑。事實上這種膠用手都很容易地將它剝開。從上看出減少應力集中與提高內聚強度是研究抗剝離膠黏劑的一對矛盾,如能恰到好處搭配,那就會出現一理想的最 高剝離強度。

     

    (7)膠層的厚度

     

    試驗證明,在膠層薄時,剝離力隨膠層厚度增加而上升。厚度達到一定值時,則剝離力不再上升,這是由于厚度再增加,在膠層中出現缺陷的概率加大之故。

     

    (8)試驗的溫度和拉伸的速度

     

    由于剝離力的多次跳躍性變化,試驗溫度與拉伸速度影響是十分復雜的。溫度變化,由于膠黏劑的模量變化致使應力發生變化;另外溫度改變,也使膠黏劑本身的內聚強度發生變化。關于溫度與加載速度對剝離強度的影響原因與拉伸剪切強度相同。溫度的改變造成強度的變化是和膠黏劑的玻璃化轉變緊密相連的,在玻璃態各種膠黏劑的剝離強度都是極低的,在玻璃化轉變區域達最 高值,之后又下降。

     

     

    Bell剝離強度試驗(浮滾剝離)

     

    1、原理:主要以浮滾方法對試樣施加載荷,使金屬的膠接處產生特定破裂速率所需要的力。

     

    2、儀器設備:橡膠拉力試驗機或電子拉力試驗機,仲裁試驗以電子拉力試驗機為準。試驗機設備有夾緊撓性試片的下夾具,夾具和附件的結構應能使試樣受力時撓性金屬試片剝離部分通過夾具的中心線并和力線方向一致。此夾具中直徑為25mm的滾筒應能自由轉動。軸承滾筒必須保證剝離角度。

     

    3、試驗步驟:

     

    (1)試樣制備:試樣由撓性試片和鋼性試片膠接而成。試樣材質,表面處理方法,膠層厚度,固化條件,個數與外觀要求均與T剝離強度相同。若沒有特殊規定,金屬試片的材質為LY12CZ鋁合金,其中撓性試片厚度0.3mm,鋼性試片厚度為2mm。

     

    (2)試驗:試樣制備完畢到試驗之間,試樣在試驗環境條件下的停放時間均與T剝離強度相同。試樣寬度與厚度用分度值為0.01mm的量具測量。將試樣自由端剝開約25mm,裝入夾具中夾緊,拉伸時不應產生移動。以(100±5)mm/min加載速度加載剝離試樣。有效剝離長度至少為115mm。在剝離時自動繪出試樣剝離載荷曲線。

     

    4、結果評定:

     

    在有效剝離長度內,計算剝離力,以KN/m表示,其計算方法除了采用T剝離強度求積法與等高線法之外,還可采用重量法,計算方法如下:

     

     

    從記錄紙上剪下BCEF部分并稱出其質量,用剪下部分的質量除以事先測得的每單位面積記錄紙質量,計算出面積,再用基線長度除以剪下部分的面積,即為平均剝離力。

     

    爬鼓剝離強度試驗

     

    爬鼓剝離強度就可用測量該面板與夾芯層的膠接強度,同時還可用它測定在爬鼓剝離測試規定條件下,撓性材料與剛性被粘材料的強度。試驗裝置由一個用柔性皮帶負載的有50.8mm凸緣的鼓及固定試樣的穩定夾具組成。

     

    1、對金屬蜂窩其鋁合金為LY12CZ,面板厚0.5mm,蜂窩芯厚度12.7mm。該試樣寬76mm,長至少為305mm,但面板在一端伸出25mm,下面板在一端伸出25mm,故實際膠接長度為250mm左右,兩端伸出部分為了夾持試樣。

     

    2、如果是由兩薄片膠接成的試樣,則寬25mm,長至少為254mm。但這試樣是從大試樣上切割下的。取樣不少于6個,若各向異性應在兩個方向上各切3個。

     

    3、剝離時下夾具移動速度為(25.4±0.54)mm/min,其剝離長度應不少于150mm,有效剝離長度不少于125mm。

     

    采用這一方法可以檢驗脆性較大膠黏劑的固化程度,如爬鼓剝離比正常值高,則說明未完全固化。當試樣的設計和測試條件完全相同時,不同膠黏劑和加工過程可直接進行比較。為了使測試數據準確,與T形剝離一樣,測試時也應嚴格控制試驗溫度,膠黏劑制造廠家應將表面處理程序,如木材含水率,金屬表面清潔與干燥,及其他特殊處理,如打磨,化學或電化學處理等;膠黏劑混合;膠黏劑涂布速度,涂膜厚度,涂層數,單面還是雙面涂膠,干燥條件及多次涂膠的干燥條件;裝配條件,如室溫,停放時間,晾置或疊合;固化壓力大小,加壓時間,加壓所需溫度等做出具體規定,或與使用廠協商后做出具體規定。




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