木材膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法起草工作

主要起草單位：江蘇黑松林粘合劑廠有限公司、中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所、哥倆好新材料股份有限公司、上海東和膠粘劑有限公司、中科華宇(福建)科技發(fā)展有限公司、上海橡膠制品研究所有限公司。

主要起草人：任一萍、劉鵬凱、張建慶、盧云杰、楊猛、殷萍、陸林森、顏財(cái)彬、高艷想、朱建蘭。

2016年12月13日，《木材膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》發(fā)布。

2017年7月1日，《木材膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》實(shí)施。

中文名稱

拉伸剪切強(qiáng)度

英文名稱

lap shear strength

定　　義

搭接接頭在拉伸載荷作用下破壞時(shí)單位膠接面所承受的應(yīng)力。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），高分子材料（二級學(xué)科），膠黏劑與涂料（三級學(xué)科），膠黏劑（四級學(xué)科）

剪切強(qiáng)度表示粘接型膠黏劑在受切線方向的應(yīng)力時(shí)單位面積上的最大斷裂負(fù)荷。根據(jù)受力方式可分為拉伸剪切強(qiáng)度、壓縮剪切強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度、彎曲剪切強(qiáng)度等幾種，其中拉伸剪切強(qiáng)度最常用。拉伸剪切強(qiáng)度測定試片一般為12.5cm×2.5cm×1.6mm，采用單面搭接，搭接面長度約12.5mm±0.25mm。測定時(shí)試片經(jīng)過表面處理后，將膠黏劑均勻涂在試片上，然后將兩片試片疊合，在規(guī)定的條件下進(jìn)行固化，兩片試片疊合后寬度方向的錯(cuò)位不超過0.5mm。試片在拉伸試驗(yàn)機(jī)上以lOmm/min的恒定拉伸速度施加負(fù)荷，直到試片膠層破壞為止。記下試驗(yàn)機(jī)刻度盤上的破壞負(fù)荷，并按下式計(jì)算剪切強(qiáng)度(W)：

W=P/F=P/ab

式中，P為破壞負(fù)荷，N;F為搭接面積，cm2;a為搭接面長，cm;b為搭接面寬，cm。測試片不少于五對，搭接面積應(yīng)根據(jù)每對試片破壞后實(shí)際測量的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，精確到0.01cm2。在較高、較低溫度下長期工作的膠黏劑應(yīng)測不同溫度下的強(qiáng)度。通常的測試溫度為一60℃、0℃、60℃、100℃、150℃、200℃和250℃，測試時(shí)應(yīng)在試驗(yàn)機(jī)上裝上加熱或冷卻裝置，測試樣應(yīng)在測試溫度下保持30~45min。

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試驗(yàn)中所采用的試樣要么具有圓形橫截面，要么具有矩形橫截面，試樣兩端尺寸通常要加大，以保證夾持部位具有更大的面積，從而避免試樣在夾持部位發(fā)生斷裂。圖1和圖2所示為幾種金屬材料和高分子材料試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的試樣照片。

試樣兩端的夾持方法隨著試樣的幾何形狀而變化。圖3所示為帶有螺紋試樣的典型布置圖?？梢宰⒁獾剑慷硕际褂们蛐屋S承來提供一個(gè)純粹的拉伸載荷，沒有不合需要的彎曲。進(jìn)行試驗(yàn)的一般方式就是以一個(gè)恒定速度使試樣發(fā)生變形。例如，在圖4所示的萬能試驗(yàn)機(jī)上，固定十字頭和驅(qū)動(dòng)十字頭之間的運(yùn)動(dòng)可以控制成一種恒定速度。因此，圖4中的距離h是變化的，因而dh/dt=h為常數(shù)。

在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，為獲得這一位移速率而必須施加的軸向載荷是變化的。載荷P除以橫截面面積A_i就可以獲得試樣在試驗(yàn)過程中任意時(shí)刻的應(yīng)力，則有：

σ=P/A_{i （1）}

試樣的位移是在標(biāo)距長度L_i上具有恒定橫截面面積的中間直線部分測得的，如圖3所示。應(yīng)變?chǔ)趴梢杂蛇@個(gè)標(biāo)距長度變化△L計(jì)算出來，則有：

ε=△L/L_{i （2）}

就像前面所描述的一樣，以原始尺寸(未變形時(shí)的尺寸)A_i和L_i為基礎(chǔ)計(jì)算的應(yīng)力和應(yīng)變稱為工程應(yīng)力和工程應(yīng)變。

有時(shí)假設(shè)所有夾持部分和試樣末端幾乎都是剛性的，這是合理的。在該種情況下，十字頭運(yùn)動(dòng)中發(fā)生的大部分變化是由于試樣直線部分的變形而引起的，因而△L與h的變化△h幾乎相同，因而可以將應(yīng)變估算為ε=△h/L_i。然而，實(shí)際測量的△L值是優(yōu)先選用的，因?yàn)槭褂谩鱤可能會(huì)導(dǎo)致所測應(yīng)變值產(chǎn)生很大的誤差。

從式(2)中所計(jì)算的應(yīng)變?chǔ)攀菬o量綱的。為了方便起見，應(yīng)變有時(shí)會(huì)以百分?jǐn)?shù)的形式給出，此時(shí)ε_%=100_ε。應(yīng)變也可以用百萬分之一表示，稱為微應(yīng)變，此時(shí)ε_μ=10⁶ε。如果應(yīng)變是以百分?jǐn)?shù)或者微應(yīng)變的形式給出的，則對于大多數(shù)計(jì)算來說，在使用該值之前，有必要將其轉(zhuǎn)換成無量綱的ε形式。

由拉伸試驗(yàn)所獲得的主要結(jié)果就是整個(gè)試驗(yàn)的工程應(yīng)力，工程應(yīng)變曲線圖，稱為應(yīng)力一應(yīng)變曲線。由于在實(shí)驗(yàn)室中使用數(shù)字計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)的形式就是一個(gè)應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值列表，是在試驗(yàn)期間以很短的時(shí)間間隔取樣而獲得的。應(yīng)力一應(yīng)變曲線因材料不同而變化很大。在拉伸試驗(yàn)中的脆性行為就是材料沒有發(fā)生大的變形就失效了?；诣T鐵、玻璃和一些高分子材料(如PMMA)就是脆性材料的例子。圖5所示為灰鑄鐵的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。其他的材料則表現(xiàn)出了塑性行為，在拉伸加載中只有在發(fā)生很大的變形之后才失效。工程金屬材料和一些高分子材料的塑性行為的應(yīng)力一應(yīng)變曲線如圖6和圖7所示 。