一种用于片状基材的粘结剂粘接性能测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粘接性能测试领域，具体涉及一种用于片状基材的粘结剂粘接性能测 试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 粘接技术是工程中常用的一种材料连接技术。同传统的焊接、铆接、螺栓连接等其 他连接方式相比，粘接技术具有工艺简便、经济高效，减轻车身重量、降低能耗，缓振降噪， 连接件上应力分布相对均匀，适用材料广泛及可实现异种材料连接，外观整齐等诸多优点。
[0003] 近年以来，随着粘接剂的快速发展和人们对车辆的舒适性、安全性、轻量化的要求 越来越高，粘接技术在汽车制造中的应用日益广泛。同时由于各种新型材料如碳纤维、铝合 金、复合材料等在车辆制造行业的使用率大大提高，粘接技术作为一种新型的材料连接技 术，在异种材料的连接中扮演着越来越重要的角色。
[0004] 虽然粘接技术与传统材料连接方式相比具有诸多优势，在异种材料的连接中应用 日益广泛，但有关粘接剂相对于片状基材的粘接性能方面仍缺少实验研究，尤其是拉剪组 合应力状态下粘接剂相对于片状基材之间的粘接性能，在工程中缺乏有效的研究手段。
[0005] 目前粘接剂的粘接性能试验方法主要包括拉伸试验、薄片剪切试验、剥离试验等。 在薄片剪切试验中，拉伸加载时薄板被粘物容易被拉弯，被粘物变形图如图1所示。易造成 粘接区域所受载荷不为纯剪切，出现比较复杂的应力状态，不能作为评价粘接剂在纯剪切 应力状态下粘接性能的依据。为此本发明设计了一种以铝合金为材料的加载块，保证了在 试验过程中试件不发生弯曲变形，作用在粘接面上的载荷不会发生变化，同时考虑到部分 材料加工成大尺寸块状试件不仅操作难度大，而且增加试验成本，容易造成浪费，因此将这 些材料加工成片状基材，通过在铝合金加载块上粘接片状基材，达到测试粘接剂相对于片 状基材粘接性能的目的。
[0006] 而在剥离试验中，粘接胶层主要受拉应力作用，不能全面反映车身结构中广泛存 在的拉剪组合应力状态下粘接剂的粘接性能。为此本发明不仅设计了用于测试纯拉伸、 纯剪切应力状态下粘接剂粘接性能的纯拉伸和纯剪切铝合金加载块，同时根据不同的拉剪 比，设计了用于测试拉剪组合应力状态下粘接剂粘接性能的铝合金加载块，通过在不同拉 剪比的铝合金加载块上粘接片状基材，达到测试拉剪组合应力状态下粘接剂相对于片状基 材的粘接性能的目的。
【发明内容】
[0007] 本发明设计开发了一种用于片状基材的粘结剂粘接性能测试装置及方法。
[0008] 本发明的第一发明目的是通过在铝合金加载块上粘接的片状基材来达到研究目 的的实验装置，能够有效的测试某种粘接剂相对于片状基材之间的粘接性能，并对其进行 评价，同时也能够对任意拉剪组合的试验组件进行测试等特点。
[0009] 本发明的第二发明目的是通过实际测得的断裂载荷及加载块粘贴面面积得出实 际的单位面积断裂载荷？,进行直观的比较，进而评定某种粘结剂相对于片状基材之间的粘 接性能。
[0010] 本发明的第三发明目的是在一定的范围内，通过经验公式的校验计算，在一定的 取值范围内，对实际测得的断裂载荷进行有效的取舍，摒弃误差较大的断裂载荷，从而得到 更为有效的断裂载荷，使单位面积断裂载荷计算更为准确，同时也就保证了更为有效 的评定某种粘结剂相对于片状基材之间的粘接性能。
[0011] 本发明提供的技术方案为：
[0012] -种用于片状基材的粘结剂粘接性能测试装置，包括：
[0013] 片状基材；
[0014] 加载块，其用于和所述片状基材粘接固定后形成试验组件；以及
[0015] 拉伸试验组件加载组件，其包括试验机加载连接件、试验组件连接件及连接装 置；
[0016] 其中，连接装置、试验组件连接件和试验机加载连接件依次连接；所述试验组件通 过所述连接装置与所述试验组件连接件相连，所述试验机加载连接件与试验机相连，进行 拉伸试验。
[0017] 优选的是，所述加载块为纯拉伸试验组件加载块、纯剪切试验组件加载块或拉剪 组合试验组件加载块；
[0018] 其中，所述纯拉伸试验组件加载块，其粘接表面与轴线垂直；所述纯剪切试验组件 加载块，其粘接表面与轴线平行；所述拉剪组合试验组件加载块，其粘接表面与轴线的角度 为 0。<a' 90。。
[0019] 优选的是，所述加载块为铝合金材质，所述片状基材为不锈钢材质，所述加载块及 所述片状基材的粘接面进行滚花处理。
[0020] 优选的是，所述试验组件连接件为"U"型连接件，所述连接装置为销轴。
[0021] -种用于片状基材的粘接剂粘接性能测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0022] 步骤一：选取n组不同拉剪比kia= 1，2,AA，n)，对应不同应力状态下所述加载 块粘接表面与轴线之间夹角a;，通过ciiZarctanO=arctan1^可得到多组相应 的夹角a= 1，2,AA，n);
[0023] 步骤二；通过加载块粘接表面与轴线之间夹角a#角定出拉剪组合试验组件加载 块的粘接面尺寸；
[0024] 步骤三：制作与所述加载块相应尺寸的片状基材；对加载块及片状基材的粘接面 进行表面处理；粘接所述加载块及所述片状基材形成试验组件；
[0025] 步骤四：对试验组件在不同拉剪组合应力状态作用下的试验；
[0026] 在n组不同拉剪比Mi= 1，2,AA，n)中选定拉剪比相同的情况下进行多组平 行试验，分别记录每种拉剪比k相同的情况下的拉伸试验中出现的断裂载荷匕，计算平均断 裂载荷6 .
[0027] 步骤五：分别计算出每种拉剪比对应的所述试验组件的粘接面的面积S1，通过公 式€=$/&得到相同拉剪比对应的单位面积断裂载荷P1;评估出粘接剂在不同拉剪组合 应力状态下相对于所述片状基材的粘接性能。
[0028]优选的是，所述步骤四中还包括经验断裂载荷F'i，所述断裂载荷F1需要满足公 式/(4XInZfi + 方）XA。,Xe。'F'「a<Fi<F' ;其中，所述拉剪比k;的取 值范围为〇. 25~4,A，B，C，D，a为常数，e为自然对数的底数，S1为粘接面的面积。
[0029] 优选的是，所述步骤三，其粘接方法包括：
[0030] 所述加载块和所述片状基材一边端面的粘接，并通过游标卡尺进行尺寸控制粘接 胶层厚度；
[0031] 所述试验组件放在水平摆件平台上固化；当粘接剂胶层固化，再完成所述加载块 和所述片状基材另一边端面的粘接，并固化；
[0032] 通过清理余胶处理得到符合要求的完整的所述试验组件。
[0033]优选的是，所述步骤一中，所述加载块粘接表面与轴线之间夹角ai小于90度。
[0034] 优选的是，所述步骤一中，所述拉剪比1^分别为ki= 2/8、k2= 3/7、k3= 4/6、k4 =5/5、k5= 6/4、k6= 7/3、k7= 8/2〇
[0035] 优选的是，所述加载块与所述片状基材两边端面之间的胶层厚度相同。
[0036] 本发明所述的有益效果：
[0037] 1、通过在铝合金加载块上粘接的一定厚度的片状基材，保证了试件在试验加载过 程中不会出现弯曲变形，作用在粘接面上的载荷保持恒定不变，能够有效的测试某种粘接 剂相对于片状基材之间的粘接性能，并对其进行评价；
[0038] 2、根据不同的拉剪比kdi= 1，2,AA，n)，加工若干组粘接面与轴线之间夹角为 a,的铝合金加载块，能够测试及校核不同拉剪组合应力状态下的粘接剂相对于片状基材 的粘接性能，能够为任意复杂工况下的粘接剂粘接性能评价提供参考依据；
[0039] 3、本发明还能够在一定范围内，通过经验公式进行验证断裂载荷Fi,对不符合经 验校正的断裂载荷匕进行有效的取舍，进而能够更加准确的得到拉剪组合试验组件的单位 面积断裂载荷，从而也在一定的范围内能够评价任意复杂工况下的粘接剂粘接性能；
[0040] 4、采用在铝合金加载块上粘接的片状基材的方法，能够重复使用铝合金加载块 块，有效的减少了试验成本