广州市 510530
摘 要：剪切疲劳性能是膜层与金属之间粘接性能的一项重要指标。针对胶粘剂与金属粘接界面的性能测试问题，开发了专用测试装置。基于此装置，根据GB7124标准，进行试件粘接界面的疲劳试验。测试过程中，该装置运行平稳，达到了设计可靠性的要求。并且此机器结构简单，操作和维护方便，能够有效地进行胶粘剂与金属粘接界面疲劳标准测试与评估。
关键词：胶粘剂；金属；粘接界面；疲劳；测试装置
Development a specialized fatigue testing apparatus for adhesive/metal interface
Jiang Pengfei
Abstract：Shear fatigue propertyis a key factor of adhesive/metal interface. In this study, a new specialized apparatus for the fatigue testing was developed. Via this apparatus, validation tests were performed according to GB7124. The apparatus ran smoothly in testing process which met the reliable requirements. Furthermore, the structure of this apparatus is simple and easy to control. Thus an effective testing method for the fatigue evaluation of adhesive/metal interface could be achieved by using this apparatus.
Key words: adhesive; metal; interface; fatigue; testing apparatus
前言
胶粘剂广泛应用于金属材料的补强修复和防腐工程，使得非金属涂层或复合材料与金属之间形成有效连接，从而起到保护的作用。在服役过程中，由于热胀冷缩，弯曲变形等多种原因产生循环往复的剪切应力，剪切应力作用在胶粘剂与金属的界面上，导致胶粘剂与金属界面失效，从而导致破坏，甚至会带来巨大的损失。因此，剪切疲劳性能是膜层与金属之间粘接性能的一项重要指标，对于研究粘接层在循环剪切下疲劳损伤机理，优化选材和改善防护措施，延长服役寿命均有着非常重要的意义。
疲劳试验机作为胶粘剂与金属之间粘接性能测试与分析的执行载体，是胶粘剂与金属粘接优化改进与测试的关键设备。目前，国内的疲劳试验机主要针对金属的疲劳应力检测，设备大，载荷大，频率高，并且很难加载剪切应力，很难较好的满足胶粘剂与金属界面的剪切疲劳性能的测试。
综上所述，本研究中提出，对于胶粘剂与金属之间粘接性能测试建设专用的测试装置，其优点在于目标明确，针对性强，可以实现详细的功能定制，可以实现剪切应力加载，装置结构简单，设备投入费用，维护方便，适合长周期连续运行。
基于上述研究思想，本文中，参考GB7124-2008标准，研制了一种用于胶粘剂与金属之间粘接性能的专用疲劳测试装置。并用此设备进行疲劳测试试验，与国内主流疲劳试验机测试结果进行对比，证明了专用疲劳测试装置的可行性和可靠性。
1 胶粘剂与金属粘接界面专用疲劳测试装置
目前，胶粘剂与金属粘接的测试主要是按照GB7124-2008进行准备和执行，标准对测试试件的制备，试件的固定方式，受力姿态，载荷大小以及加载频率等要求均进行了明确的规定，本文中提到的专用疲劳试验机即此标准为重要的设计依据。
针对胶粘剂与金属粘接界面的疲劳性能，参照GB7124-2008设计开发了专用疲劳测试装置。本装置除了符合标准的规定和要求之外，同时具备以下特点：a，实现精准加载，确保测试的准确性；b，载荷的大小和频率可以调节；c，操作简单，维护方便；c，制作成本低。
胶粘剂与金属粘接界面专用疲劳测试装置主要由电机（1），底座（2），加载部分（3），执行部分（4），控制器（5）组成，如图1所示。
图1 专用疲劳试验测试装置结构原理图
1.电机 2.底座 3.加载部分 4.执行部分 5.控制器
其中驱动模块由变频电机和双偏心凸轮轴组成，由电机驱动双偏心凸轮轴旋转，由于偏心凸轮本身结构特点，使得与之接触的滑块产生循环的往复运动。弹簧置于滑块和推力杆中间，其有一定的预紧力，一方面使得滑块顶贴在双偏心凸轮轴，形成循环往复运动；另一方面弹簧也是加载元件，滑块的循环往复运动作用在弹簧上，使得弹簧产生循环的载荷施加在推力杆上，然后传递给执行部件。执行部件由可滑动部分和固定部分组成，分别用于装卡试件的两端，其中弹簧的载荷直接作用在可滑动部分，由于试件的另外一端被固定部分限定，因此循环的载荷最终施加在试件上。
电机在运行过程中，驱动双偏心凸轮轴恒定运转，从而使得弹簧产生循环的均匀变化的载荷。由图1可知，载荷的方向是平行通过胶粘剂与金属粘接界面，从而形成纯正的剪切载荷。通过控制调节电机的调速，可以获得不同频率的循环载荷。所以此专用疲劳试验机可以用来准确模拟胶粘剂与金属粘接界面承受循环往复剪切应力的工况。
胶粘剂与金属粘接界面在剪切疲劳测试过程中，可以控制变频电机的转速来实现循环疲劳应力加载的频率；由测试开始到界面失效的疲劳应力的循环次数由控制传感器记录；通过调整弹簧的劲度系数，用来改变循环疲劳应力加载的大小。因此，本胶粘剂与金属界面疲劳测试装置为胶粘剂与金属界面疲劳性能的研究提供了强有力的帮助。
2 胶粘剂与金属粘接界面疲劳试验
2.1 试验材料和试样准备
基于所开发的胶粘剂与金属界面疲劳测试装置，根据GB7124-2008标准对胶粘剂与金属的粘接界面进行疲劳性能测试。
按照GB7124-2008要求，本实验采用如图1和图2中所示的试样进行疲劳测试。试件的制作和尺寸完全符合标准规定的要求，经砂纸打磨处理，并用去离子水冲洗，吹干，并除油。
图3 剪切区域详图
2.2 测试方法
根据GB7127-2008要求，为获得高精密度的结果，采用5个试件一组进行测试。将试件的两端按要求固定本文中的疲劳试验机上，控制实验测试温度为24℃,转测试设备以恒定的频率运转，调整循环剪切力变化速率使得试件在规定的时间内疲劳破坏。
每组的5个试件按照相同的实验条件进行测试，然后进行实验结果的对比分析。
3 结论
本研究中，研制了一台胶粘剂和金属粘接界面疲劳测试装置，并利用此装置进行了疲劳测试。在测试过程中，该测试装置工作稳定，无任何故障发生，运行状况良好，符合本装置开发的要求。
所设计开发的专用型装置结构简单，有很好的针对性，能够产生纯剪切应力，适合于大规模的性能测试。并且装置的操作和维修方便。为胶粘剂与金属粘接界面疲劳测试提供了强有力的支持。
参考文献:
[1]乔海涛，赖士洪，邹贤武，等. 两种中温固化胶粘剂的剪切疲劳和蠕变性能研究. 航空材料学报， 2001， 21（2）：20.
[2]袁燕，张肖宁，陈育书. 改性沥青胶浆的疲劳评价研究现状. 中外公路， 2005，25（4）：163.
[3]Pan H M， Huang S J. Adhesive action and theory of surface and interface (III). Adhes China, 2003, 24(4):37.
[4]张颖怀，许立宁，路民旭. 表面处理对胶粘剂/金属界面疲劳性能的影响. 200830(12):1338.
[5]Fu Z. Macromolecule Material Tension and Destroy Behavior. Beijing: Chemical Industry Press 2005:39.
[6]闻邦椿. 机械设计手册. 机械工业出版社（第五版）, 2010.
论文作者:姜鹏飞
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/11
标签：疲劳论文; 胶粘剂论文; 测试论文; 金属论文; 粘接论文; 装置论文; 界面论文; 《电力设备管理》2017年第3期论文;