復(fù)合材料膠接強(qiáng)度探究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了復(fù)合材料膠接強(qiáng)度探究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

本文研究的墊板對(duì)拉伸剪切強(qiáng)度的影響的試樣制作過程是：（1）用玻璃鋼專用制機(jī)切割底材和墊板，加工時(shí)注意加載方向和纖維方向一致；（2）用酒精清洗并烘干結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)膠粘接底材和墊板的粗糙面（真空輔助成型過程與脫模布接觸面）；（3）標(biāo)記粘接區(qū)域；（4）配制結(jié)構(gòu)膠黏劑；（5）涂覆膠黏劑并粘接；（6）后固化處理。加墊板試樣按圖1粘接，未加墊板試樣即不需要粘接墊板。研究表面處理對(duì)拉伸剪切強(qiáng)度影響時(shí)，試樣制作第2步不同，用砂紙打磨底材和墊板的光滑面（真空輔助成型和模具接觸表面），然后用酒精清洗并烘干。使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)（三思UTM5105型）進(jìn)行試驗(yàn)，通過位移控制加載，加載速率為5mm/min。每個(gè)條件下測(cè)試7個(gè)試樣。使用光學(xué)顯微鏡觀察斷口形貌。拉伸剪切強(qiáng)度τ由下式進(jìn)行計(jì)算：τ=Fm（/B×L）（1）其中：τ為拉伸剪切強(qiáng)度；Fm為失效時(shí)最大載荷；B和L分別為結(jié)構(gòu)膠黏劑粘接區(qū)域?qū)挾群烷L(zhǎng)度。

測(cè)試方法對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

圖2為加墊板和未加墊板單搭接試樣拉伸剪切試驗(yàn)結(jié)果圖。從圖中可以看出，加墊板試樣的拉伸剪切強(qiáng)度大于未加墊板試樣的拉伸剪切強(qiáng)度。這主要是由于拉伸試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)夾具是在一條直線上，對(duì)于未加墊板試樣因其幾何形狀偏心導(dǎo)致在拉伸過程中受到一彎矩的作用，導(dǎo)致剝離應(yīng)力（即沿膠層厚度方向的拉伸應(yīng)力）增大，因此在剝離應(yīng)力耦合作用下，未加墊板試樣的拉伸剪切強(qiáng)度較低。加墊板的試樣形成了幾何反對(duì)稱結(jié)構(gòu)，消除了附加彎矩的作用，大大降低了搭接中的剝離應(yīng)力，因此提高了拉伸剪切強(qiáng)度。

膠層厚度對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

圖3為膠層厚度對(duì)三種體系結(jié)構(gòu)膠黏劑拉伸強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)膠拉伸剪切強(qiáng)度隨著結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度而減小。Volkersen[8]發(fā)現(xiàn)當(dāng)在使用適當(dāng)尺寸和相同被粘物條件下，對(duì)搭接接頭膠層內(nèi)應(yīng)力集中系數(shù)可以用下式來表示：△GL2/Etd。式中，△為應(yīng)力集中系數(shù)；G為結(jié)構(gòu)膠黏劑剪切模量；L為接頭搭接長(zhǎng)度；E為被粘接物彈性模量；t為被粘接物厚度；d為結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度。從式中可以看出，增加結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度可降低應(yīng)力集中程度。應(yīng)力集中程度減小，粘接強(qiáng)度應(yīng)該比較大，但是試驗(yàn)結(jié)果卻相反，這主要是由粘接缺陷引起的，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度較大時(shí)，粘接時(shí)不易控制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠層內(nèi)的氣泡等缺陷較多，據(jù)報(bào)道膠層內(nèi)部缺陷隨結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度增大呈指數(shù)關(guān)系迅速增加[9]，在受到外應(yīng)力作用下，缺陷周圍存在局部應(yīng)力集中，因此在較小的外應(yīng)力的作用下缺陷周圍率先失效，隨著外應(yīng)力的逐漸增大失效連成一片導(dǎo)致試樣最終失效。此外，結(jié)構(gòu)膠黏劑越厚由溫度變化而引起接頭內(nèi)應(yīng)力也越大，結(jié)構(gòu)膠黏劑在固化時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也越大，內(nèi)應(yīng)力的存在也造成膠接接頭強(qiáng)度的損失。而當(dāng)膠層較薄時(shí)膠層內(nèi)部缺陷較少，內(nèi)應(yīng)力小，收縮應(yīng)力小，因此粘接強(qiáng)度高。

底材表面處理對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

圖4為底材表面處理和拉伸剪切強(qiáng)度的關(guān)系圖。從圖中可以看出，未打磨試樣的拉伸剪切強(qiáng)度高，經(jīng)打磨表面有裸露纖維的試樣強(qiáng)度較低，約為未打磨試樣拉伸剪切強(qiáng)度的三分之一。

圖5為不同結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度拉伸剪切試樣試驗(yàn)失效后的宏觀斷口圖。從圖中可以看出試樣為剪切破壞模式。結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度為0.5mm試樣的破壞模式是以內(nèi)聚破壞為主的混合破壞，還包括一部分界面破壞，而且在顯微鏡下界面破壞處可觀察到膠黏劑的殘跡。其他0.5mm試樣均為此破壞模式，沒有發(fā)現(xiàn)完全內(nèi)聚破壞，這和以前研究結(jié)果相似，以前研究結(jié)果表明完全為膠黏劑膠層內(nèi)聚破壞也不多[10]。而1mm和3mm試樣，破壞均為界面破壞，而且界面比較干凈，沒有膠黏劑的殘跡。此外，從圖5中可以看到1mm和3mm試樣中存在粘接缺陷。因此膠層厚度為0.5mm時(shí)，拉伸剪切強(qiáng)度值較高。因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用較薄的膠層厚度，以避免完全界面破壞，獲得較好的膠接強(qiáng)度。圖6為底材表面處理前后拉伸剪切試樣試驗(yàn)失效后的宏觀斷口圖。從圖中可以看出表面處理后試樣斷口上有纖維絲存在。這主要是由于結(jié)構(gòu)膠黏劑黏度較大，不能滲透纖維引起的。因此表面處理后試樣的拉伸剪切強(qiáng)度值很小。這個(gè)結(jié)果說明由于制造過程引起的超差需要打磨試樣或者修補(bǔ)過程中打磨試樣使部分纖維裸露，這時(shí)就不能直接清洗后涂覆結(jié)構(gòu)膠黏劑，而是要先浸漬樹脂或者表面手糊一層布再涂覆結(jié)構(gòu)膠黏劑。

加墊板能防止試驗(yàn)過程中由于加載偏心引起剝離應(yīng)力，測(cè)試結(jié)果較大。結(jié)構(gòu)膠黏劑的厚度對(duì)拉伸剪切強(qiáng)度影響明顯，隨著厚度的增大而減小；斷口形貌表明，結(jié)構(gòu)膠黏劑厚度較小時(shí)以內(nèi)聚/界面混合破壞為主，隨著厚度的增加破壞模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑嫫茐摹１砻嫣幚韺?duì)結(jié)構(gòu)膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度影響十分明顯，經(jīng)打磨表面裸露出纖維試樣的試樣拉伸剪切強(qiáng)度很低。這主要是由于結(jié)構(gòu)膠黏劑黏度較大不能滲透纖維引起的。（本文作者：嚴(yán)科飛、萬家軍、任偉華、李婕、魏玉通單位：中國(guó)航天科工集團(tuán)第六研究院、內(nèi)蒙古金崗重工有限公司）