CSTM-粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法編制說(shuō)明

《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明起草編制組2021年07月

《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況1.任務(wù)來(lái)源根據(jù)CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)文件（材試標(biāo)字[2020]114號(hào)）“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》的立項(xiàng)公告”，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃編號(hào)為CSTMLX031400444-2020,由中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司主要負(fù)責(zé)起草CSTM標(biāo)準(zhǔn)《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》編制工作。標(biāo)準(zhǔn)歸口管理委員會(huì)為CSTM/FC03/TC14建筑材料領(lǐng)域委員會(huì)工業(yè)陶瓷技術(shù)委員會(huì)。2.主要工作工程收到CSTM標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)公告后，中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司牽頭邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)相關(guān)科研、企業(yè)單位參加標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，召集專家組成立了《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》CSTM標(biāo)準(zhǔn)制定工作組。2019年12月完成了標(biāo)準(zhǔn)草案。2020年6月，該標(biāo)準(zhǔn)獲得CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的通過(guò)。2020年9月對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求中指標(biāo)的驗(yàn)證試驗(yàn)分析。2021年5月完成了《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法》征求意見(jiàn)稿、標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明及有關(guān)附件的編寫。二、標(biāo)準(zhǔn)化簡(jiǎn)況及制定原則1.標(biāo)準(zhǔn)化簡(jiǎn)況在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，很多固體結(jié)構(gòu)材料都是通過(guò)粘結(jié)劑相互粘結(jié)在一起形成具體構(gòu)件而發(fā)揮功能的，如陶瓷和金屬粘結(jié)在一起用于高溫試驗(yàn)場(chǎng)合。這些通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)而形成的構(gòu)件的強(qiáng)度和可靠性、安全性，除了與固體結(jié)構(gòu)材料本身的強(qiáng)度有關(guān)外，還與粘結(jié)劑粘結(jié)界面的強(qiáng)度有關(guān)。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)粘結(jié)劑粘結(jié)界面粘結(jié)強(qiáng)度，對(duì)于保障整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，具有重要的意義。本標(biāo)準(zhǔn)適用于各種高強(qiáng)度粘接劑的材料研究、質(zhì)量控制、性能表征以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集等用途。2.制定原則各種各樣的粘接劑廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、電器和建筑領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)測(cè)量固體材料之間粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度、包括不同材料或相同材料之間通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合后的界面拉伸和剪切強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，都不能完全滿足簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確測(cè)試粘結(jié)劑界面粘結(jié)拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的要求，因此有必要研究新的測(cè)試方法，并制定更加完善的測(cè)試固體材料之間的粘結(jié)劑界面粘結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。玻璃與玻璃之間、陶瓷與陶瓷之間、陶瓷與金屬之間通過(guò)粘接劑相互連接，對(duì)于材料保護(hù)、抗高溫、抗腐蝕、耐磨損、安全性等工程應(yīng)用具有重要的意義。因此構(gòu)件的性能和可靠性很大程度依賴于粘接劑的強(qiáng)度。但是粘結(jié)界面強(qiáng)度的測(cè)試一直存在許多問(wèn)題，而且粘接強(qiáng)度還與粘接面的材性和光潔度有關(guān)。拉伸和剪切強(qiáng)度是衡量?jī)煞N材料粘接好壞的重要指標(biāo)。對(duì)于粘接材料中含有一面是脆性材料的情況，由于夾持問(wèn)題，界面強(qiáng)度測(cè)試不能采用常規(guī)拉伸的方法，工程人員和科研人員一直都在尋求一種能夠簡(jiǎn)易測(cè)試兩種固體材料粘結(jié)的拉伸和剪切粘接強(qiáng)度的壓縮加載的方法。我們?cè)诖罅垦芯看嘈圆牧辖缑鎻?qiáng)度測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合分析了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出一種既可以測(cè)試粘結(jié)劑粘結(jié)界面拉伸強(qiáng)度、又可由測(cè)試界面剪切強(qiáng)度的壓縮載荷加載方法。這種方法測(cè)試陶瓷等脆性材料的界面強(qiáng)度具有很大的優(yōu)越性。本標(biāo)準(zhǔn)制定的原則是保持標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和適用性。本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵照GB/T1.1－2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》的有關(guān)規(guī)定起草，同時(shí)積極采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，本著促進(jìn)陶瓷行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量；合理利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益；滿足用戶要求，促進(jìn)對(duì)外貿(mào)易的原則編寫。三．采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況本標(biāo)準(zhǔn)未采納國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1.編制原則本文件嚴(yán)格遵循GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合當(dāng)前粘結(jié)劑性能檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展需求，參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)方法，本著理論基礎(chǔ)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的原則，確保試驗(yàn)方法的可操作性和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性編寫。2術(shù)語(yǔ)定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。2.1粘結(jié)劑adhesive使相同或不同材料連接或貼合的各種應(yīng)力材料的總稱。2.2十字交叉試樣cross-bondedsample試樣為兩個(gè)大小形狀相同的矩形截面長(zhǎng)條，以十字交叉的形式粘結(jié)在一起，如圖1所示。注1：用來(lái)制作十字交叉試樣的兩個(gè)條形試樣的材質(zhì)可以是相同的，也可以是不同材料。注2：試樣粘結(jié)可以采用任何化學(xué)或物理的粘結(jié)方法。注3：兩個(gè)試樣應(yīng)互相垂直且居中對(duì)稱，偏差不超過(guò)±1°(α=90°±1°)。圖1十字交叉試樣的示意圖2.3拉伸斷裂載荷tensilefractureload拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加到十字交叉試樣上界面開(kāi)裂時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的最大載荷。2.4界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度interfacialtensilebondingstrength界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加到十字交叉試樣界面上的最大拉伸應(yīng)力。注：界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度是通過(guò)拉伸斷裂載荷和粘結(jié)面積計(jì)算所得。2.5剪切斷裂載荷shearfractureload剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加到十字交叉試樣上界面開(kāi)裂時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的最大載荷。2.6界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度interfacialshearbondingstrength界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加到十字交叉試樣界面上的最大剪切應(yīng)力。注：界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度是通過(guò)剪切斷裂載荷和粘結(jié)面積計(jì)算所得。3測(cè)試原理本文件規(guī)定了在室溫下通過(guò)采用十字交叉法測(cè)量不同材料或相同材料之間通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合后的界面拉伸和剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，并對(duì)試樣制備方法、試驗(yàn)?zāi)Ｊ?、速率（加載速率或橫梁位移速率）、數(shù)據(jù)采集和報(bào)告程序等進(jìn)行了規(guī)范。通過(guò)對(duì)十字交叉試樣施加載荷在粘結(jié)界面處產(chǎn)生均勻拉伸或剪切應(yīng)力，從而導(dǎo)致界面脫粘。將十字交叉試樣以兩種不同放置方式固定好后再施加載荷，可以得到界面拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。對(duì)于界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，試樣通過(guò)壓縮載荷產(chǎn)生單軸的界面拉伸應(yīng)力，如圖2(a)所示。對(duì)于界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，壓縮載荷作用在垂直小方柱上，在粘結(jié)界面上產(chǎn)生剪切應(yīng)力，如圖2(b)所示。試驗(yàn)以某一恒定的速率加載，直至界面斷開(kāi)，采用界面開(kāi)裂時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷值和粘結(jié)面積計(jì)算拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。a）界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中十字交叉試樣承載方式、支撐面和粘結(jié)面示意圖b)界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中十字交叉試樣承載方式、支撐面和粘結(jié)面示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1—粘結(jié)界面；F—載荷；q—支撐面反作用力。圖2測(cè)量十字交叉試樣的界面拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度示意圖4.試驗(yàn)步驟本文件對(duì)測(cè)試過(guò)程的操作步驟、操作方法和應(yīng)注意的事項(xiàng)作了詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)步驟包括準(zhǔn)備試樣、界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)量、界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)量、界面粘接面積測(cè)量、環(huán)境測(cè)量以及界面破壞模式的記錄等。試樣測(cè)試的操作步驟和操作方法，在文件的標(biāo)準(zhǔn)文本中有詳細(xì)的說(shuō)明，而文中提及的一些注意事項(xiàng)來(lái)源于試驗(yàn)操作過(guò)程中，大量的試驗(yàn)驗(yàn)證工作往往會(huì)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)操作過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，列出這些所需要注意的事項(xiàng)，可以總結(jié)出試驗(yàn)過(guò)程中可能發(fā)生的一些問(wèn)題，避免應(yīng)試驗(yàn)操作不當(dāng)從而引起的試驗(yàn)誤差，既保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，又提高了試驗(yàn)效率。五．主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析及預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益標(biāo)準(zhǔn)起草小組根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求建立了粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法-十字交叉法的試驗(yàn)方案。為了使試驗(yàn)具有代表性，我們對(duì)不同粘結(jié)劑的界面拉伸與剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，按照試驗(yàn)方案完成了驗(yàn)證試驗(yàn)。具體試驗(yàn)及驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)驗(yàn)證試驗(yàn)報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)制定后，可以準(zhǔn)確測(cè)量各種固體材料之間粘結(jié)劑粘結(jié)界面粘結(jié)強(qiáng)度，從而對(duì)合理評(píng)價(jià)夾層玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度，及玻璃幕墻中結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)強(qiáng)度，夾層玻璃的界面強(qiáng)度，陶瓷與金屬、陶瓷與陶瓷之間的強(qiáng)度測(cè)試和可靠性評(píng)價(jià)均有重要意義。六、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性：本標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了粘結(jié)劑的粘結(jié)界面力學(xué)性能檢測(cè)方法的空白，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完全協(xié)調(diào)。七、重大分歧意見(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)：暫無(wú)重大分歧意見(jiàn)。八．標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果：本標(biāo)準(zhǔn)屬于國(guó)際先進(jìn)。本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)各種高強(qiáng)粘接劑的質(zhì)量控制和應(yīng)用以及重要復(fù)合構(gòu)件的檢測(cè)和評(píng)價(jià)有實(shí)用價(jià)值，有助于產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。