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

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

《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗方法-十字交叉法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明一、工作簡況1.任務(wù)來源根據(jù)CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會文件（材試標(biāo)字[2020]114號）“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)度試驗方法-十字交叉法》的立項公告”，標(biāo)準(zhǔn)計劃編號為CSTMLX031400444-2020,由中國建材檢驗認(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)度試驗方法-十字交叉法》編制工作。標(biāo)準(zhǔn)歸口管理委員會為CSTM/FC03/TC14建筑材料領(lǐng)域委員會工業(yè)陶瓷技術(shù)委員會。2.主要工作工程收到CSTM標(biāo)準(zhǔn)立項公告后，中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司牽頭邀請行業(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)委員會的通過。2020年9月對標(biāo)準(zhǔn)要求中指標(biāo)的驗證試驗分析。2021年5月完成了《粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗方法-十字交叉法》征求意見稿、標(biāo)準(zhǔn)編制說明及有關(guān)附件的編寫。二、標(biāo)準(zhǔn)化簡況及制定原則1.標(biāo)準(zhǔn)化簡況在實際生產(chǎn)和生活中，很多固體結(jié)構(gòu)材料都是通過粘結(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場合。這些通過粘結(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)確評價粘結(jié)劑粘結(jié)界面粘結(jié)強(qiáng)度，對于保障整個結(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)前國內(nèi)外對測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粘結(jié)劑結(jié)合后的界面拉伸和剪切強(qiáng)度的評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，都不能完全滿足簡單和準(zhǔn)確測試粘結(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試方法，并制定更加完善的測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粘接劑相互連接，對于材料保護(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)度的測試一直存在許多問題，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)度是衡量兩種材料粘接好壞的重要指標(biāo)。對于粘接材料中含有一面是脆性材料的情況，由于夾持問題，界面強(qiáng)度測試不能采用常規(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易測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。我們在大量研究脆性材料界面強(qiáng)度測試技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合分析了不同方法的優(yōu)缺點，并提出一種既可以測試粘結(jié)劑粘結(jié)界面拉伸強(qiáng)度、又可由測試界面剪切強(qiáng)度的壓縮載荷加載方法。這種方法測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，同時積極采用國外先進(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)對外貿(mào)易的原則編寫。三．采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況本標(biāo)準(zhǔn)未采納國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(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)劑性能檢測領(lǐng)域的發(fā)展需求，參考國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)方法，本著理論基礎(chǔ)與實際生產(chǎn)相結(jié)合的原則，確保試驗方法的可操作性和試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性編寫。2術(shù)語定義下列術(shù)語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試樣為兩個大小形狀相同的矩形截面長條，以十字交叉的形式粘結(jié)在一起，如圖1所示。注1：用來制作十字交叉試樣的兩個條形試樣的材質(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3：兩個試樣應(yīng)互相垂直且居中對稱，偏差不超過±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)度試驗中施加到十字交叉試樣上界面開裂時刻所對應(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)度是通過拉伸斷裂載荷和粘結(jié)面積計算所得。2.5剪切斷裂載荷shearfractureload剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗中施加到十字交叉試樣上界面開裂時刻所對應(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)度是通過剪切斷裂載荷和粘結(jié)面積計算所得。3測試原理本文件規(guī)定了在室溫下通過采用十字交叉法測量不同材料或相同材料之間通過粘結(jié)劑結(jié)合后的界面拉伸和剪切強(qiáng)度的試驗方法，并對試樣制備方法、試驗?zāi)Ｊ?、速率（加載速率或橫梁位移速率）、數(shù)據(jù)采集和報告程序等進(jìn)行了規(guī)范。通過對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。對于界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測試，試樣通過壓縮載荷產(chǎn)生單軸的界面拉伸應(yīng)力，如圖2(a)所示。對于界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度測試，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。試驗以某一恒定的速率加載，直至界面斷開，采用界面開裂時對應(yīng)的載荷值和粘結(jié)面積計算拉伸和剪切粘結(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)引序號說明：1—粘結(jié)界面；F—載荷；q—支撐面反作用力。圖2測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.試驗步驟本文件對測試過程的操作步驟、操作方法和應(yīng)注意的事項作了詳細(xì)說明。實驗步驟包括準(zhǔn)備試樣、界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的測量、界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的測量、界面粘接面積測量、環(huán)境測量以及界面破壞模式的記錄等。試樣測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)的說明，而文中提及的一些注意事項來源于試驗操作過程中，大量的試驗驗證工作往往會發(fā)現(xiàn)試驗操作過程中存在的一些問題，列出這些所需要注意的事項，可以總結(jié)出試驗過程中可能發(fā)生的一些問題，避免應(yīng)試驗操作不當(dāng)從而引起的試驗誤差，既保證了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，又提高了試驗效率。五．主要試驗（或驗證）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)度試驗方法-十字交叉法的試驗方案。為了使試驗具有代表性，我們對不同粘結(jié)劑的界面拉伸與剪切強(qiáng)度進(jìn)行測試，按照試驗方案完成了驗證試驗。具體試驗及驗證結(jié)果見驗證試驗報告。本標(biāo)準(zhǔn)制定后，可以準(zhǔn)確測量各種固體材料之間粘結(jié)劑粘結(jié)界面粘結(jié)強(qiáng)度，從而對合理評價夾層玻璃的粘結(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)度測試和可靠性評價均有重要意義。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、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)：暫無重大分歧意見。八．標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效果：本標(biāo)準(zhǔn)屬于國際先進(jìn)。本標(biāo)準(zhǔn)測試技術(shù)的推廣應(yīng)用對各種高強(qiáng)粘接劑的質(zhì)量控制和應(yīng)用以及重要復(fù)合構(gòu)件的檢測和評價有實用價值，有助于產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。