對于環氧膠黏劑粘接的接頭，必須進行專門的設計，以優化粘接性能。粘接接頭由被粘物與夾在之間的膠層所構成，是結構部件上的不連續部分，起著傳遞應力的作用。接頭強度取決于膠黏劑的內聚強度、被粘物本身的強度和膠黏劑與被粘物界面的結合強度。而實測強度主要由3者之中最薄弱環節所決定，但還受接頭形式、幾何尺寸和加工質量的影響。為使粘接的優點得到充分發揮，而將其缺點盡量規避，應設計合理的粘接接頭結構。若是過分地追求環氧膠黏劑的高性能，卻極大地忽視了粘接接頭的合理性，其結果必然不能如愿以償。只有進行合理的接頭設計，才能獲得良好的粘接效果。因此，粘接接頭結構的合理與否是粘接成敗的關鍵因素之一，不可小視。粘接接頭的設計就是接頭幾何形狀和尺寸大小的確定，其目的是使粘接接頭與被粘材料具有幾乎相同的承載能力。
一、粘接接頭的受力分析
為了設計出合理的粘接接頭形式，很有必要了解接頭的受力情況。接頭在使用時受力是相當復雜的，受到機械力和環境因素的綜合作用，其中最主要的是機械力。各種復雜粘接接頭膠層的受力形式都可分解為5種基本受力方式，即剪切力、拉伸力、壓縮力、剝離力、不均勻扯離（劈裂）力，如圖7-1所示。實際上則是幾種應力的組合與變化。
 剪切力與膠層平行，實質為兩個方向相反的拉伸力或壓縮力，此時應力作用在整個粘接面積上，分布比較均勻，故可獲得最大的粘接強度。
拉伸力也稱均勻扯離力，它與膠層垂直，均勻分布在整個粘接面積上。全部粘接面積承受應力亦可得到最大的粘接強度。
壓縮力也與膠層垂直，均勻分布在整個粘接面積上，純粹承受壓縮負荷，不容易破壞，但此類接頭的應用有限。
剝離力與膠層成一定角度，力作用在一條線上，容易產生應力集中，粘接強度比較低。
不均勻扯離力作用在膠層的兩個或一個邊緣上，不是整個粘接面積，或者說是局部長度上受力，可認為是偏心拉伸力。應力分布不均勻，使粘接強度大為降低。
以上所述只是接頭承受的機械力，除此之外，在使用時還會同時受到熱應力和環境因素的作用。
熱應力是由使用溫度變化引起膨脹或收縮而產生的，特別是當被粘物與環氧膠黏劑熱膨脹系數相差懸殊時影響很大。
二、粘接接頭設計的基本規則
粘接接頭的設計既是相當重要，又是極其復雜，應當充分體現合理、可靠、高效，既要考慮連接的方式，也要考慮被粘材料的特性，還要考慮膠黏劑的性能。目前尚無成熟的理論指導，只能根據粘接接頭的受力類型及其特點，在粘接接頭設計時遵循如下一些規則。
（一）盡量使膠層承受剪切力和拉伸力
一般的粘接接頭都是拉伸、剪切和壓縮強度比較高，而剝離、彎曲、劈裂強度比較低，即膠層承受剪切力和拉伸力的能力最大。因此，在設計粘接接頭結構時，應盡量使膠層承受剪切力和拉伸力，或者設法將其他形式的力轉換為能夠承受剪切力或拉伸力。粘接接頭主要承受剪切力時使用性能最好，而且也要考慮外力作用的有利方向。
（二）盡量避免剝離和不均勻扯離
因為剝離和不均勻扯離都為線受力，應力集中比較嚴重，致使粘接接頭在受到剝離力和不均勻扯離力作用時承載能力都很低，所以在設計粘接接頭結構時，應盡量避免剝離和不均勻扯離。若是無法實現，需要采取必要的增強措施予以改善或彌補。
（三）盡可能地增大粘接面積
在可能與允許的條件下盡量增大粘接面積，能夠提高膠層承受負荷的能力，這是非常必要的，尤其對于結構粘接的可靠性更是一種有效的途徑。像修補裂紋時開V形槽，增強加固時的補塊等都是為了增大粘接面積。
（四）設法防止層間剝離
有些材料如酚醛膠布板、層壓塑料、玻璃鋼板、石棉板、纖維板、復合膜等層間強度很低，如果采用搭接或平接容易出現層間剝離，而使粘接強度降低，此時宜用斜接接頭形式。
（五）盡量避免應力集中
在膠黏劑與被粘物界面上存在著因材料不同而引起的應力集中，在粘接時應盡量避免應力集中，整個粘接面積盡可能均勻受力。如果被粘物具有與環氧膠黏劑幾乎相同的彈性模量，基本不會出現應力集中。被粘物硬度越大，應力分布越均勻，粘接強度越高。被粘物彈性模量越高、厚度越大，受力時不容易變形，粘接強度也越高。
（六）不同材料的合理配置
對于熱膨脹系數相差很大的材料粘接，當溫度變化時會在界面上產生熱應力，如果是圓管的套接配置不當，就可能出現自行開裂。一般應該將熱膨脹系數小的圓管套在熱膨脹系數大的圓管的外面。
（七）方便粘接工藝的實施
粘接接頭的結構應為粘接工藝的實施提供方便，如施膠、疊合、加壓固化、檢驗等操作都能容易進行，不受妨礙。
（八）保持膠層均勻連續
膠層如果出現缺膠、厚度不均、氣孔，就會造成應力集中，其結果都會降低粘接強度。必須使所設計的接頭結構能夠保證膠黏劑形成厚度適當、連續均勻的膠層，不包裹空氣，易排除揮發物。
（九）制造容易且美觀價廉
設計粘接接頭的結構主要是滿足強度和其他性能的要求，但也要考慮加工制造是否容易。如果所設計的接頭形式盡管性能很好，但實際制造困難，費用太高，也不可能被采用。同時，接頭的形式也要適當地照顧一下美觀性。
（十）容易裝配與維修和檢測
粘接接頭要與其他零件發生聯系，不能給裝配時帶來困難，也要為以后的維修著想，還要考慮檢測方便。
（十一）減小內應力
應當為環氧膠黏劑固化時收縮留有必要的自由度，以減小內應力。
三、粘接接頭的類型及特性
接頭的形式很重要，因為環氧膠黏劑粘接的最佳使用效果是用于承受單純或扭轉的剪切力。實際上應用的接頭形式可以形樣各異、變化多端，但總的看來都是幾種基本類型的單獨或相互組合的結果。掌握了基本類型粘接接頭的性能和特點，便能根據具體情況設計出滿意實用的接頭結構。
（一）對接
對接就是被粘物的兩個端面或一個端面與主表面垂直的粘接。這對于破損件的修復很適用，因為它能基本上保持原來的形狀。熱塑性塑料制品的溶劑或熱熔粘接就可以采用這種對接形式。但不適用于金屬和熱固性塑料制品，原因是對接承受不均勻扯離力的作用，容易產生彎曲形變和應力集中，對橫向負荷十分敏感，難以承受軸向拉力。同時，粘接面積小，承載能力低，其結果是不牢易壞。如果實在不能改變原來的形狀，一定需要用對接，那就只好采用穿銷、補塊等增強措施。對于新設計的結構粘接接頭，最好避免使用對接。
（二）斜接
斜接就是將兩被粘物端部制成一定角度的斜面，涂膠之后再對接，實際上就是小于90度角的對接，不過一般的斜接角應不大于45度，斜接長度不小于被粘物厚度的5倍。應該說斜接承受的是剪切力，分布比較均勻，粘接面積增加較大，承載能力提高，不但縱向承載能力較強，而且橫向承載能力也較好，還能保持原來的形狀，因此，是一種比較好的接頭形式。然而，實際上應用并不廣泛，其原因是斜面制備比較困難，若是配合不好，膠層厚度難以保證，很可能收不到預想的效果。
（三）搭接
搭接就是平板型被粘物涂膠后疊合在另一平板被粘物端部一定長度上，即兩個被粘物部分地疊合。由于是平面粘接，主要承受的是剪切力作用，分布比較均勻。單搭接接頭因結構簡單易行，已是最為廣用的接頭形式（見圖7-2），搭接粘接面積大，承載能力強，并隨搭接寬度的增大而成正比例地增加。雖然搭接長度的增加也會使粘接面積增大，但是承載能力與搭接長度卻沒有正比關系。根據理論計算和試驗測定得知，在一定的搭接長度內，搭接接頭的承載能力隨著搭接長度的增加非線性提高較快，而搭接長度較大時，承載能力增加變緩，當達到某一定值后就不再提高了，如圖7-3所示。顯而易見，搭接長度不是越長越好，而寬度往往受被粘物尺寸的限制，也不能任意增加。
搭接接頭承載能力與被粘物厚度（t）和搭接長度（L）有如圖7-4的關系。也有的將搭接長度（L）與被粘物厚度（t）之比L/t定義為“接頭因子”，圖7-5為剪切強度與L/t間的關系，L/t減小有利于改善膠層的受力情況。
  按理根據設計要求的粘接強度和給定的厚度，應能從圖7-4和圖7-5求出搭接長度，但因不同的膠黏劑和表面處理方法所得的圖形并不相同，所以目前還很難由圖直接求出搭接長度，也沒有一個普適的公式，還只能由經驗和試驗確定。通常搭接接頭長度應不小于被粘物厚度的4倍，不大于寬度的0.5～1倍。
一般來說，接頭長度越短、被粘物越厚、膠層越厚、膠黏劑韌性越好、被粘物剛性越小，應力集中越小。實際上這些條件難以完全滿足，因此，搭接接頭都存在著應力集中。提高搭接接頭粘接強度的有效方法是增加接頭寬度。如果將被粘物端部削斜、倒角、挖槽、減薄等都可以減小應力集中，提高粘接強度，使搭接接頭更有普適性和可靠性。搭接接頭長期處于剪切應力狀態，有可能會產生蠕變。膠瘤對單搭接接頭承載能力有影響。
（四）套接
套接就是將被粘物的一端插入另一被粘物的孔內形成銷孔或環套結構。其特點是受力情況好，粘接面積大，承載能力強，適用于圓管或圓棒與圓管的粘接。套接在插管時中心位置不好定正，膠層厚度不宜控制，這就要采取一些措施，如用專門工具進行定位。另一簡單方法就是在插入件的一端涂上膠，令其初步固化，然后再涂第2次膠進行裝配，這樣就能使膠層厚度有所保證，至少不會缺膠。
插入深度也和搭接長度一樣不是越長越好，一般不超過管子外徑的1.5～2.0倍，也可用下述經驗公式計算：
L=0.8D+6
式中 L———插入管深度/mm；
D———插入管外徑/mm。
插管（或圓棒）與圓管內徑的間隙不應超過0.3mm，否則將會因膠層太厚而降低粘接強度。
（五）嵌接
嵌接就是將一被粘物鑲入另一被粘物空隙之中，故嵌接亦叫鑲接。因為一般都要開槽，所以也稱槽接。這種類型接頭受力情況非常好，粘接面積也大，能夠獲得很高的粘接強度。如果有可能采用嵌接形式一定會比較理想。
（六）角接
角接就是兩被粘物的主表面端部形成一定角度的粘接，一般都為直角，這種接頭加工方便，但簡單的角接受力情況極為不好，粘接強度很低，實際上不能采用，只有經過適當的組合補強后才能使用。
（七）T接
T接是兩被粘物的主表面呈T形的粘接，它是角接的一種特殊形式。單純的T形接頭受到不均勻扯離力和彎曲力的作用，粘接強度極低，不應該采用。如果實際上確需此種形式，可以采取一些補救措施，進行增強。 環氧樹脂 - www.ytfilter.com -(責任編輯：admin) |