首次應(yīng)用于某型船舶產(chǎn)品上的 1 種新型常溫固化單組份船用膠粘劑( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)膠粘劑) ，為了摸索一套適宜的施工工藝參數(shù)，使粘合強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)( ≥1. 5 MPa) ，在使用前，我們進(jìn)行了一系列粘接工藝試驗(yàn)研究。
1 試驗(yàn)內(nèi)容、方法及試樣
工藝研究的主要內(nèi)容是對(duì)粘接施壓載荷和時(shí)間的優(yōu)選，以及單位面積膠粘劑用量的控制。
試樣采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的型式，即粘接面為Ф40 mm的圓形截面試樣［1］。以橡膠和鋼為被粘材料，用膠粘劑粘接成拉伸試樣( 見(jiàn)圖 1) 。為了便于試樣的裝夾與對(duì)中，設(shè)計(jì)制作了 1 套專(zhuān)用夾具。
試驗(yàn)設(shè)備: AG － IS250 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，日本島津公司; AX504 電子天平，瑞士梅特勒公司。
參照GB/T11211 －1989《硫化橡膠與金屬粘合強(qiáng)度的測(cè)定 － 拉伸法》測(cè)試試樣的拉伸粘合強(qiáng)度，拉伸試驗(yàn)速度為 50 mm/min。
2 施壓載荷和施壓時(shí)間試驗(yàn)
根據(jù)文獻(xiàn)［2 －3］，粘接試樣時(shí)，垂直試樣粘接面施加一定的載荷，能影響試樣的粘合強(qiáng)度。因?yàn)閷?duì)粘接試樣施加載荷，可以促進(jìn)膠粘劑對(duì)被粘物表面的濕潤(rùn)，提高膠粘劑對(duì)被粘物表面微孔的滲透和擴(kuò)散作用，同時(shí)，加壓有助于排出膠隙內(nèi)空氣［4］。根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的幾次摸索試驗(yàn)結(jié)果和與膠粘劑生產(chǎn)廠家溝通了解的情況，首先進(jìn)行了施壓載荷和施壓時(shí)間與粘劑強(qiáng)度關(guān)系的研究試驗(yàn)。
2. 1 試驗(yàn)程序
1) 按施工要求對(duì)金屬和橡膠墊的粘接表面進(jìn)行打磨、丙酮清洗等處理。
2) 在金屬和橡膠墊的粘接表面均勻涂刷一層膠粘劑( 用量要少) ，待達(dá)到指觸干時(shí)，一次粘合貼緊。
3) 試樣粘接完成后，采用砝碼對(duì)試樣均勻施加不同的載荷和不同的時(shí)間，并將施壓載荷 1 000 N，施壓時(shí)間 1 h 作為初始參照值。為使施壓均勻和增大良好結(jié)合面積，在試樣的上下增加 1 塊軟墊，加載方式見(jiàn)圖 2。
4) 施壓完成后，將試樣靜置 24 h 后，按 GB / T11211 － 1989 的要求進(jìn)行拉伸試驗(yàn)測(cè)定粘合強(qiáng)度。
2. 2 試驗(yàn)結(jié)果
對(duì)采用不同施壓載荷和施壓時(shí)間參數(shù)的各組( 1組 3 件) 試樣，按上述試驗(yàn)程序進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果及其參數(shù)見(jiàn)表 1。
2. 3 試驗(yàn)結(jié)果分析
以施壓時(shí)間為橫坐標(biāo)、施壓載荷為縱坐標(biāo)，作施壓載荷與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖 3( 為了圖面不至太大，工藝 1 －7 和 1 －8 的數(shù)據(jù)未列入圖中) 。
由圖 3 可見(jiàn)，對(duì)于這種粘接面積為Ф40 mm 圓截面試樣，要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度≥1. 5 MPa 的規(guī)定，就必須在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取各工藝參數(shù)，即施壓載荷和施壓時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)。顯而易見(jiàn)，隨著施壓載荷的降低，所需施壓時(shí)間要增加，方可滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度不 ＜1. 5MPa 的要求。
為了實(shí)際中不同截面積試樣的應(yīng)用方便，將單位面積上的壓力標(biāo)在圖 3 右邊的縱坐標(biāo)上，這樣，只要在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取工藝參數(shù)———施壓壓力( 而不是總載荷) 和施壓時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)，不同截面積的試樣的粘合強(qiáng)度均可滿(mǎn)足不 ＜1. 5 MPa 的要求。
3 單位面積膠粘劑用量控制試驗(yàn)
在施工過(guò)程中，膠粘劑的厚度是一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)，是決定粘合強(qiáng)度的重要因素之一。在試驗(yàn)過(guò)程中，膠層厚度不易測(cè)試，故采用了重量法來(lái)控制膠層的厚度［5 －6］，即 40 mm 圓形粘接面積上的膠粘劑質(zhì)量( 4 個(gè)面涂膠) 。
3. 1 試驗(yàn)程序
1) 按施壓載荷試驗(yàn)程序 1) 要求對(duì)粘接面進(jìn)行表面處理后，用分析天平稱(chēng)量每件試樣的質(zhì)量( 包括金屬部件和橡膠墊) 并記錄為 M1。
2) 每種工藝按施壓載荷試驗(yàn)程序 2) 制作 5 個(gè)試樣為 1 組。為了找到合適的膠粘劑用量，各組試樣采用不同的膠粘劑用量進(jìn)行粘接。
3) 試樣粘接完成后按施壓載荷試驗(yàn)程序 3) 進(jìn)行施壓，施壓載荷為 221 N( 選擇較低的施壓載荷是考慮到實(shí)際應(yīng)用的方便) 、施壓時(shí)間為 5 h，參見(jiàn)圖 2。
4) 試樣 5 h 施壓完成后，用分析天平稱(chēng)量試樣質(zhì)量 M2，并計(jì)算每件試樣的膠粘劑用量 M =M2－ M1。
5) 按施壓載荷試驗(yàn)程序 4) 的要求測(cè)定各試樣的粘合強(qiáng)度。試驗(yàn)完成后，觀測(cè)試樣的結(jié)合程度，并計(jì)算 5 個(gè)試樣的平均膠粘劑質(zhì)量和平均粘合強(qiáng)度。
3. 2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果列于表 2。需要說(shuō)明的是，試樣質(zhì)量是在施壓完成后稱(chēng)量的，因此得到的是膠粘劑干后質(zhì)量，沒(méi)有考慮 5 h 內(nèi)的揮發(fā)量。計(jì)算單位面積的膠粘劑質(zhì)量時(shí)，因每個(gè)試樣有 4 個(gè)涂膠面( 上、下金屬件表面和橡膠墊 2 個(gè)面) ，故總面積是 40 mm 圓截面積的 4 倍。
3. 3 試驗(yàn)結(jié)果分析
1) 觀察試樣的拉脫面發(fā)現(xiàn)，試樣的結(jié)合程度與涂刷膠粘劑的均勻度有關(guān)。在相同的工藝下，膠粘劑涂刷越均勻，試樣的結(jié)合程度越好，粘合強(qiáng)度也越高。
2) 粘合強(qiáng)度 － 膠粘劑質(zhì)量關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖 4。可以看出，試樣粘合強(qiáng)度隨膠粘劑用量的增加而降低。膠粘劑質(zhì)量超過(guò)一定量時(shí)，粘合強(qiáng)度下降速度加快。
從圖 4 的曲線(xiàn)可知，要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度不 ＜ 1. 5MPa 的要求，對(duì)于 40 mm 的圓截面試樣，其膠粘劑總質(zhì)量必須 ＜0. 16 g，即 63. 65 g/m2( 雙面) 。
為了實(shí)際中不同截面積試樣的應(yīng)用方便，將( 雙面) 單位面積上的膠粘劑質(zhì)量( g/m2) 標(biāo)在橫坐標(biāo)下面括號(hào)中，見(jiàn)圖 4。
4 結(jié) 語(yǔ)
1) 試樣的粘合強(qiáng)度與粘合面結(jié)合程度密切相關(guān)，試樣的結(jié)合程度又與涂刷膠粘劑的均勻度有關(guān)。在相同的工藝下，膠粘劑涂刷越均勻，試樣的結(jié)合程度越好，粘合強(qiáng)度也越高。
2) 要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度≥1. 5 MPa 的技術(shù)要求，隨著施壓載荷的降低，所需施壓時(shí)間就要增加。但根據(jù)施工的不同情況，只要通過(guò)查閱圖 3 并在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取工藝參數(shù)———施壓載荷和施壓時(shí)間，粘合強(qiáng)度應(yīng)可滿(mǎn)足不 ＜1. 5 MPa 的要求。
3) 在施壓載荷為 221 N、施壓時(shí)間為 5 h 條件下，試樣粘合強(qiáng)度隨膠粘劑用量的增加而降低，當(dāng)膠粘劑質(zhì)量超過(guò)一定量時(shí)，粘合強(qiáng)度下降很快。但只要按圖 4，將單位面積膠粘劑用量控制在 21. 64 ～59. 43g / m2( 雙面) ，其粘接強(qiáng)度應(yīng)可滿(mǎn)足不 ＜ 1. 5 MPa 的要求。
1 試驗(yàn)內(nèi)容、方法及試樣
工藝研究的主要內(nèi)容是對(duì)粘接施壓載荷和時(shí)間的優(yōu)選，以及單位面積膠粘劑用量的控制。
試樣采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的型式，即粘接面為Ф40 mm的圓形截面試樣［1］。以橡膠和鋼為被粘材料，用膠粘劑粘接成拉伸試樣( 見(jiàn)圖 1) 。為了便于試樣的裝夾與對(duì)中，設(shè)計(jì)制作了 1 套專(zhuān)用夾具。
試驗(yàn)設(shè)備: AG － IS250 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，日本島津公司; AX504 電子天平，瑞士梅特勒公司。
參照GB/T11211 －1989《硫化橡膠與金屬粘合強(qiáng)度的測(cè)定 － 拉伸法》測(cè)試試樣的拉伸粘合強(qiáng)度，拉伸試驗(yàn)速度為 50 mm/min。
2 施壓載荷和施壓時(shí)間試驗(yàn)
根據(jù)文獻(xiàn)［2 －3］，粘接試樣時(shí)，垂直試樣粘接面施加一定的載荷，能影響試樣的粘合強(qiáng)度。因?yàn)閷?duì)粘接試樣施加載荷，可以促進(jìn)膠粘劑對(duì)被粘物表面的濕潤(rùn)，提高膠粘劑對(duì)被粘物表面微孔的滲透和擴(kuò)散作用，同時(shí)，加壓有助于排出膠隙內(nèi)空氣［4］。根據(jù)預(yù)先進(jìn)行的幾次摸索試驗(yàn)結(jié)果和與膠粘劑生產(chǎn)廠家溝通了解的情況，首先進(jìn)行了施壓載荷和施壓時(shí)間與粘劑強(qiáng)度關(guān)系的研究試驗(yàn)。
2. 1 試驗(yàn)程序
1) 按施工要求對(duì)金屬和橡膠墊的粘接表面進(jìn)行打磨、丙酮清洗等處理。
2) 在金屬和橡膠墊的粘接表面均勻涂刷一層膠粘劑( 用量要少) ，待達(dá)到指觸干時(shí)，一次粘合貼緊。
3) 試樣粘接完成后，采用砝碼對(duì)試樣均勻施加不同的載荷和不同的時(shí)間，并將施壓載荷 1 000 N，施壓時(shí)間 1 h 作為初始參照值。為使施壓均勻和增大良好結(jié)合面積，在試樣的上下增加 1 塊軟墊，加載方式見(jiàn)圖 2。
4) 施壓完成后，將試樣靜置 24 h 后，按 GB / T11211 － 1989 的要求進(jìn)行拉伸試驗(yàn)測(cè)定粘合強(qiáng)度。
2. 2 試驗(yàn)結(jié)果
對(duì)采用不同施壓載荷和施壓時(shí)間參數(shù)的各組( 1組 3 件) 試樣，按上述試驗(yàn)程序進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果及其參數(shù)見(jiàn)表 1。
2. 3 試驗(yàn)結(jié)果分析
以施壓時(shí)間為橫坐標(biāo)、施壓載荷為縱坐標(biāo)，作施壓載荷與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖 3( 為了圖面不至太大，工藝 1 －7 和 1 －8 的數(shù)據(jù)未列入圖中) 。
由圖 3 可見(jiàn)，對(duì)于這種粘接面積為Ф40 mm 圓截面試樣，要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度≥1. 5 MPa 的規(guī)定，就必須在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取各工藝參數(shù)，即施壓載荷和施壓時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)。顯而易見(jiàn)，隨著施壓載荷的降低，所需施壓時(shí)間要增加，方可滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度不 ＜1. 5MPa 的要求。
為了實(shí)際中不同截面積試樣的應(yīng)用方便，將單位面積上的壓力標(biāo)在圖 3 右邊的縱坐標(biāo)上，這樣，只要在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取工藝參數(shù)———施壓壓力( 而不是總載荷) 和施壓時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)，不同截面積的試樣的粘合強(qiáng)度均可滿(mǎn)足不 ＜1. 5 MPa 的要求。
3 單位面積膠粘劑用量控制試驗(yàn)
在施工過(guò)程中，膠粘劑的厚度是一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)，是決定粘合強(qiáng)度的重要因素之一。在試驗(yàn)過(guò)程中，膠層厚度不易測(cè)試，故采用了重量法來(lái)控制膠層的厚度［5 －6］，即 40 mm 圓形粘接面積上的膠粘劑質(zhì)量( 4 個(gè)面涂膠) 。
3. 1 試驗(yàn)程序
1) 按施壓載荷試驗(yàn)程序 1) 要求對(duì)粘接面進(jìn)行表面處理后，用分析天平稱(chēng)量每件試樣的質(zhì)量( 包括金屬部件和橡膠墊) 并記錄為 M1。
2) 每種工藝按施壓載荷試驗(yàn)程序 2) 制作 5 個(gè)試樣為 1 組。為了找到合適的膠粘劑用量，各組試樣采用不同的膠粘劑用量進(jìn)行粘接。
3) 試樣粘接完成后按施壓載荷試驗(yàn)程序 3) 進(jìn)行施壓，施壓載荷為 221 N( 選擇較低的施壓載荷是考慮到實(shí)際應(yīng)用的方便) 、施壓時(shí)間為 5 h，參見(jiàn)圖 2。
4) 試樣 5 h 施壓完成后，用分析天平稱(chēng)量試樣質(zhì)量 M2，并計(jì)算每件試樣的膠粘劑用量 M =M2－ M1。
5) 按施壓載荷試驗(yàn)程序 4) 的要求測(cè)定各試樣的粘合強(qiáng)度。試驗(yàn)完成后，觀測(cè)試樣的結(jié)合程度，并計(jì)算 5 個(gè)試樣的平均膠粘劑質(zhì)量和平均粘合強(qiáng)度。
3. 2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果列于表 2。需要說(shuō)明的是，試樣質(zhì)量是在施壓完成后稱(chēng)量的，因此得到的是膠粘劑干后質(zhì)量，沒(méi)有考慮 5 h 內(nèi)的揮發(fā)量。計(jì)算單位面積的膠粘劑質(zhì)量時(shí)，因每個(gè)試樣有 4 個(gè)涂膠面( 上、下金屬件表面和橡膠墊 2 個(gè)面) ，故總面積是 40 mm 圓截面積的 4 倍。
3. 3 試驗(yàn)結(jié)果分析
1) 觀察試樣的拉脫面發(fā)現(xiàn)，試樣的結(jié)合程度與涂刷膠粘劑的均勻度有關(guān)。在相同的工藝下，膠粘劑涂刷越均勻，試樣的結(jié)合程度越好，粘合強(qiáng)度也越高。
2) 粘合強(qiáng)度 － 膠粘劑質(zhì)量關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖 4。可以看出，試樣粘合強(qiáng)度隨膠粘劑用量的增加而降低。膠粘劑質(zhì)量超過(guò)一定量時(shí)，粘合強(qiáng)度下降速度加快。
從圖 4 的曲線(xiàn)可知，要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度不 ＜ 1. 5MPa 的要求，對(duì)于 40 mm 的圓截面試樣，其膠粘劑總質(zhì)量必須 ＜0. 16 g，即 63. 65 g/m2( 雙面) 。
為了實(shí)際中不同截面積試樣的應(yīng)用方便，將( 雙面) 單位面積上的膠粘劑質(zhì)量( g/m2) 標(biāo)在橫坐標(biāo)下面括號(hào)中，見(jiàn)圖 4。
4 結(jié) 語(yǔ)
1) 試樣的粘合強(qiáng)度與粘合面結(jié)合程度密切相關(guān)，試樣的結(jié)合程度又與涂刷膠粘劑的均勻度有關(guān)。在相同的工藝下，膠粘劑涂刷越均勻，試樣的結(jié)合程度越好，粘合強(qiáng)度也越高。
2) 要滿(mǎn)足粘合強(qiáng)度≥1. 5 MPa 的技術(shù)要求，隨著施壓載荷的降低，所需施壓時(shí)間就要增加。但根據(jù)施工的不同情況，只要通過(guò)查閱圖 3 并在圖 3 所示曲線(xiàn)的上方區(qū)選取工藝參數(shù)———施壓載荷和施壓時(shí)間，粘合強(qiáng)度應(yīng)可滿(mǎn)足不 ＜1. 5 MPa 的要求。
3) 在施壓載荷為 221 N、施壓時(shí)間為 5 h 條件下，試樣粘合強(qiáng)度隨膠粘劑用量的增加而降低，當(dāng)膠粘劑質(zhì)量超過(guò)一定量時(shí)，粘合強(qiáng)度下降很快。但只要按圖 4，將單位面積膠粘劑用量控制在 21. 64 ～59. 43g / m2( 雙面) ，其粘接強(qiáng)度應(yīng)可滿(mǎn)足不 ＜ 1. 5 MPa 的要求。
