結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，包括十字交叉狀地用結(jié)構(gòu)膠相互粘結(jié)的粘結(jié)基材試件和被粘結(jié)試件，所述被粘結(jié)試件為兩個，兩個所述被粘結(jié)試件相互平行且位于所述粘結(jié)基材試件的兩側(cè)，兩個所述被粘結(jié)試件以及所述粘結(jié)基材試件各自的中心位于同一直線上，通過在粘結(jié)基材試件上施加一個壓向載荷使得在兩種材料粘結(jié)界面產(chǎn)生剪切應力，通過破壞時的剪切應力計算界面粘結(jié)剪切強度。該測試裝置適用于具有一定粘結(jié)層厚度的不同材料之間界面粘結(jié)剪切強度測試，尤其適用于建筑門窗幕墻玻璃與金屬基材之間的結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)強度評價。
【專利說明】結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于材料力學性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種材料界面粘結(jié)剪切強度測 試用裝置，具體涉及一種評價建筑門窗幕墻及中空玻璃用結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 建筑結(jié)構(gòu)膠（以下簡稱結(jié)構(gòu)膠）能承受較大荷載，且具有較好的耐老化、耐疲勞、 耐腐蝕等性能，在預期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性粘結(jié)。在建筑門窗幕墻領(lǐng) 域，常用的結(jié)構(gòu)膠為硅酮結(jié)構(gòu)膠，用于中空玻璃的粘結(jié)、玻璃與金屬基材之間的粘結(jié)等。硅 酮結(jié)構(gòu)膠具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，無需底漆與大多數(shù)建筑材料都可形成較強的粘結(jié)力，且具 有極佳的耐老化穩(wěn)定性，固化后具有較高的模量，可承載接口較大的伸縮位移能力，在門窗 幕墻中得到了廣泛的應用，尤其是作為隱框鋁合金玻璃幕墻的關(guān)鍵性材料，用于建筑幕墻 受力金屬構(gòu)件與玻璃等非金屬材料的結(jié)構(gòu)性粘結(jié)。
[0003] 結(jié)構(gòu)膠對于隱框玻璃幕墻的安全性尤為重要，隱框玻璃幕墻沒有傳統(tǒng)的幕墻用以 夾持玻璃并承重的鋁合金外框，而是完全依靠玻璃背面的結(jié)構(gòu)膠，把玻璃粘在鋁型材框架 上，因其表面無框架，立面效果遠遠優(yōu)于明框幕墻。玻璃與金屬基材的粘結(jié)要能長期有效抵 抗風荷載、自重荷載、熱脹冷縮、地震等作用的綜合影響，對于結(jié)構(gòu)膠與基材之間的粘結(jié)性 能要求極高。而玻璃門窗幕墻多為立面使用，在玻璃自重的作用下，結(jié)構(gòu)膠長期承受剪切作 用，因而準確測試與評價結(jié)構(gòu)膠的界面粘結(jié)剪切強度對于結(jié)構(gòu)設計和安全可靠性評價至關(guān) 重要。
[0004] 目前，對于粘結(jié)劑、結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)拉伸剪切疲勞性能的測試方法主要有ISO 9664、 ISO 4587等國際標準中提出的剪切強度測試方法（圖1)，試樣多采用疊合型平板型試樣 或疊片試樣，典型的膠層厚度為〇. 2mm，這種方法適用于粘結(jié)劑的界面剪切性能測試，膠粘 層厚度較薄，且粘結(jié)基材為金屬等可受拉材料。對于門窗幕墻而言，硅酮結(jié)構(gòu)膠多用于玻 璃-玻璃或玻璃-金屬基材之間的粘結(jié)，由于玻璃屬于脆性材料，難以承受較大的拉伸載荷 作用，所以現(xiàn)有的ISO標準不適用與門窗幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)膠的界面剪切強度測試。為解決 脆性材料在不承受拉伸載荷下測試界面剪切強度，包亦望等人（請參照ZL02158874.0)發(fā) 明了一種粘結(jié)界面剪切強度的簡單測試方法（圖2)，即將兩條基材試樣通過粘結(jié)制作為一 個十字交叉形狀的試件，將其放置在特制的夾具上，在其中一個試樣的頂端施加一個壓向 載荷，可測出界面間的剪切強度，解決了脆性材料的界面粘結(jié)性能測試難題。但上述方法對 于評價門窗幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)膠的剪切性能不太適用，因為按照JGJ 102-2003《玻璃幕墻工 程技術(shù)規(guī)范》的要求，硅酮結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)寬度不應小于7mm，粘結(jié)厚度不應小于6mm，對于具 有一定膠層厚度的粘結(jié)試樣，十字交叉型試樣由于膠層厚度的影響在加壓時會產(chǎn)生一定的 扭轉(zhuǎn)載荷，十字交叉試件發(fā)生傾斜，影響測試結(jié)果的準確性。所以，研究適用于測試門窗幕 墻結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)界面剪切強度的新方法對于準確評價門窗幕墻結(jié)構(gòu)安全性，保障服役建筑門 窗幕墻的使用安全可靠，保證人民生命財產(chǎn)安全以及推動建筑結(jié)構(gòu)膠新材料的發(fā)展等方面 具有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型針對目前常規(guī)結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試方法中存在的問題，提供 一種結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置。
[0006] 本實用新型第一方面的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置， 包括十字交叉狀地用結(jié)構(gòu)膠相互粘結(jié)的粘結(jié)基材試件和被粘結(jié)試件，所述被粘結(jié)試件為兩 個，兩個所述被粘結(jié)試件相互平行且位于所述粘結(jié)基材試件的兩側(cè)，該兩個被粘結(jié)試件以 及所述粘結(jié)基材試件的各自的中心位于同一直線上，所述粘結(jié)基材試件和所述被粘結(jié)試件 均為條狀，截面均為矩形，由此形成一個雙面十字交叉型測試用裝置。
[0007] 該方案由于采用上述雙面十字交叉型測試用裝置，試驗過程易于保持穩(wěn)定，避免 由于試件扭轉(zhuǎn)或偏心作用對測試結(jié)果的影響，尤其適于測試玻璃幕墻與其它基材粘結(jié)后的 粘結(jié)界面抗剪強度測試。
[0008] 進一步，該裝置中上述粘結(jié)基材試件為鋁合金材料、石材或其他金屬材料、非金屬 材料、復合材料；上述被粘結(jié)試件為普通浮法玻璃、鍍膜玻璃、夾層玻璃、中空玻璃或復合結(jié) 構(gòu)玻璃。由此，可模擬玻璃幕墻中各種玻璃與金屬型材的實際粘結(jié)工況；可模擬雙中空玻璃 每層玻璃之間的粘結(jié)情況等，可制備出與實際工程一致的材料粘結(jié)組合方式。
[0009] 上述結(jié)構(gòu)膠為硅酮結(jié)構(gòu)膠。
[0010] 更進一步，該裝置中還設有夾具，該夾具包括：兩塊大小相同且平行對置的長方形 的金屬板，在各個上述金屬板的四個直角部分別開設有連接孔，多根螺桿相互平行且分別 穿過各個上述金屬板上對應位置的上述連接孔來將兩塊上述金屬板連結(jié)并經(jīng)由螺母固定， 兩個所述被粘結(jié)試件平行搭載于兩塊所述金屬板上，所述粘結(jié)基材試件經(jīng)由兩個所述被粘 結(jié)試件被懸空保持于所述金屬夾具的兩塊金屬板之間。
[0011] 上述金屬板可以是鋼板。
[0012] 利用上述結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置可以進行剪切強度測試試驗。
[0013] 該結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試試驗可以通過以下步驟實施：
[0014] (1)取得兩個所述被粘結(jié)試件分別與所述粘結(jié)基材試件的粘結(jié)界面的面積并計算 該面積之和；
[0015] (2)將本實用新型第一方面所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置放置于普 通的材料力學試驗機上，在所述粘結(jié)基材試件的頂端施加一個壓向載荷，所述壓向載荷的 施力方向與所述粘結(jié)基材試件的中軸線一致；
[0016] (3)增加壓向荷載，記錄粘結(jié)界面破壞時的壓力值，利用該壓力值與粘結(jié)界面的所 述面積之和來計算結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)界面的粘結(jié)剪切強度。
[0017] 進一步，該試驗使用公式σ。= P/A來計算結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度，其中：
[0018] σ。為粘結(jié)界面的粘結(jié)剪切強度，單位為MPa ;
[0019] P為粘結(jié)界面破壞時的壓力值，單位為N ;
[0020] A為粘結(jié)界面的所述面積之和，單位為mm2。
[0021] 本實用新型的第二方面在于提供一種制作本實用新型第一方面所述的結(jié)構(gòu)膠界 面粘結(jié)剪切強度測試用裝置的模具。該模具包括兩個相同的分模塊，各分模塊中均開有俯 視呈T字型的T型槽和通槽，上述通槽從上述T型槽的在上述分模塊的開口端沿鉛垂方向 向下方延伸，兩個分模塊以對稱的方式合并，兩個上述分模塊的Τ型槽與通槽所圍成的形 狀尺寸與所要制作的上述結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置的形狀尺寸一致。
[0022] 利用上述模具，通過以下步驟可以得到本實用新型第一方面所述結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié) 剪切強度測試用裝置。
[0023] (1)使用如本實用新型第三方面所述的模具，先將兩個上述被粘結(jié)試件分別放置 在上述模具的兩個分模塊的Τ型槽中，再將兩個分模塊以對稱的方式合并在一起，將上述 粘結(jié)基材試件垂直插入堅直的通槽中；
[0024] (2)此時，在上述粘結(jié)基材試件與兩個上述被粘結(jié)試件之間形成有兩個小槽，在小 槽內(nèi)的模具側(cè)的表面貼敷防粘材料；
[0025] (3)將結(jié)構(gòu)膠注入小槽內(nèi)，壓實并修整試件表面，結(jié)構(gòu)膠固化，制作完成。
[0026] 與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：
[0027] (1)采用本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置來測試結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強 度，試驗過程易于保持穩(wěn)定性，避免了傳統(tǒng)十字交叉試驗中扭轉(zhuǎn)或偏心作用的影響；
[0028] (2)以壓向載荷試驗測抗剪強度，解決了玻璃試樣無法承受拉伸作用的問題。
[0029] (3)試驗過程簡單，易操作，搭配普通力學試驗機即可完成試驗；
[0030] (4)試驗方法也適用于普通薄型結(jié)構(gòu)膠的剪切強度測試；
[0031] (5)重新設計夾具還可實現(xiàn)界面的拉伸強度測試，一種試件即可完成兩種測試；
[0032] (6)由于可模擬結(jié)構(gòu)膠厚度的影響，試件的粘結(jié)結(jié)構(gòu)與工程實際工況基本一致，測 試結(jié)果更具有代表性和實際意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試試件（疊合試件）的示意圖。
[0034] 圖2為現(xiàn)有十字交叉法測試界面粘結(jié)剪切強度的示意圖。
[0035] 圖3為本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置S的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖4為制作本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置的模具的示意圖，圖4的（a) 為分模塊Μ的立體圖、圖4的（b)為兩分模塊合并后的俯視圖、圖4的（c)為在圖4的（b) 中內(nèi)置有本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置的俯視圖。
[0037] 圖5為本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置S搭載于夾具上的立體圖。
[0038] 圖6為本實用新型的雙面十字交叉型測試用裝置S與夾具組合后的示意圖，圖6 的（a)為正面圖、圖6的（b)為側(cè)面圖、圖6的（c)為俯視圖。
[0039] 主要附圖標記說明：
[0040] Μ分模塊、S雙面十字交叉型測試用裝置、1粘結(jié)基材試件、2被粘結(jié)試件、3 結(jié)構(gòu)膠、4夾具。

【具體實施方式】
[0041] 以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0042] 本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置。如圖3所示，該裝置 包括十字交叉狀地用結(jié)構(gòu)膠3相互粘結(jié)的粘結(jié)基材試件2和被粘結(jié)試件1，其中被粘結(jié)試件 2為兩個，該兩個所述被粘結(jié)試件2相互平行且位于所述粘結(jié)基材試件1的兩側(cè)，該兩個被 粘結(jié)試件2的中心以及粘結(jié)基材試件1的中心位于同一條直線上，該兩個被粘結(jié)試件2通 過結(jié)構(gòu)膠3分別粘結(jié)于被粘結(jié)基材試件1，形成一個雙面十字交叉型測試用裝置S。兩個上 述粘結(jié)基材試件2和被粘結(jié)試件1均為條狀，截面均為矩形或正方形。條狀試件應具有足 夠的厚度，即具有一定的剛度以滿足測試要求。
[0043] 上述的雙面十字交叉型測試用裝置S可通過一套模具制作。圖4是模具的示意圖， 該模具包括兩個相同的分模塊M，圖4的（a)是分模塊Μ的立體圖，如圖4的（a)所示，各分 模塊Μ中均開有俯視呈T字型的T型槽和通槽11，該通槽11從上述T型槽的在上述分模 塊Μ的開口端0,沿鉛垂方向向下方延伸，Τ型槽的橫長槽22用于放置被粘結(jié)試件2,通槽 11用于插入粘結(jié)基材試件1，將兩個分模塊Μ以對稱的方式合并在一起時，兩個上述分模塊 Μ的Τ型槽與通槽所圍成的形狀尺寸與所要制作的雙面十字交叉型測試用裝置的形狀尺寸 一致。
[0044] 利用該模具可制得雙面十字交叉型測試用裝置S :
[0045] (1)先將兩個被粘結(jié)試件2分別放置在兩個分模塊Μ的Τ型槽的橫長槽22中，再 將兩個分模塊Μ以對稱的方式合并在一起，將粘結(jié)基材試件1垂直插入堅直的通槽11中；
[0046] (2)如圖4的（b)所示，這時，在粘結(jié)基材試件1與被粘結(jié)試件2之間形成有兩個 小槽33,在小槽33內(nèi)的模具側(cè)的表面貼敷防粘材料，例如防粘薄膜或防粘紙、透明膠帶等；
[0047] (3)然后，將結(jié)構(gòu)膠3注入小槽33內(nèi)，壓實并修整試件表面，使得結(jié)構(gòu)膠3與試件 表面粘結(jié)齊整，待結(jié)構(gòu)膠固化后即制成一個如圖3所示的雙面十字交叉型測試用裝置S。 [0048] 其中，粘結(jié)基材試件1可為鋁合金材料、石材或其他金屬材料、非金屬材料、復合 材料等中的一種，被粘結(jié)試件2可為普通浮法玻璃、鍍膜玻璃、夾層玻璃、中空玻璃及復合 結(jié)構(gòu)玻璃等中的一種。
[0049] 如圖5所示，上述雙面十字交叉型測試用裝置S可以放置于一個夾具4上。該夾 具4包括：兩塊大小相同且平行對置的長方形的金屬板41，在該兩塊金屬板41各自的四個 直角部分別開設有連接孔，多根螺桿（未圖示）相互平行且各自穿過兩塊金屬板41上對應 位置的連接孔，來將兩塊金屬板41連結(jié)并經(jīng)由多個螺母（未圖示）固定在一起形成夾具4， 并增加其穩(wěn)定性。在本實施方式中，該金屬板41用鋼板制作而成，鋼板厚度為20mm，每塊金 屬板41的四個直角部附近各開設有一個連接孔，該連接孔的直徑均為Φ 15mm，螺桿共四根 且分別相互平行。
[0050] 使上述雙面十字交叉型測試用裝置S中的兩個被粘結(jié)試件2水平可靠地搭載在夾 具4的兩塊金屬板41的上端面上。圖6為該雙面十字交叉型測試用裝置S與夾具4組合 后的示意圖，圖6的（a)為正視圖、圖6的（b)為側(cè)視圖，圖6的（c)為俯視圖。如圖6所 示，粘結(jié)基材試件1經(jīng)由兩個被粘結(jié)試件2被懸空保持在夾具4的兩塊金屬板41之間，且 粘結(jié)基材試件1的底端距夾具4的底端有充足的距離以滿足測試中試件的移動要求。
[0051] 對上述雙面十字交叉型測試用裝置施加壓向荷載可測試結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強 度。
[0052] (1)利用游標卡尺測量出試驗前的兩個被粘結(jié)試件2分別與粘結(jié)基材試件1相互 粘結(jié)的粘結(jié)界面的面積并計算得出該面積之和A ;
[0053] (2)將如前所述的雙面十字交叉型測試用裝置S與夾具4的組合裝置放置到普通 的材料力學試驗機上，在粘結(jié)基材試件1的頂端施加一個壓向載荷，保證該壓向載荷的施 力方向與粘結(jié)基材試件1的中軸線一致。使用的力學試驗機應使試件的破壞載荷在其量程 的10%?80%之間。在測試過程中，夾具4與測試用裝置S無相對移動；
[0054] (3)隨著作用在粘結(jié)基材試件1頂端的垂直壓力的增加，在雙面十字交叉型測試 用裝置S的雙側(cè)的粘結(jié)界面處均產(chǎn)生剪切力，當壓力足夠大時，在界面處發(fā)生開裂破壞，記 錄界面破壞時的壓力值P，利用該壓力值P與粘結(jié)界面的面積A則可計算出結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)界面 的粘結(jié)剪切強度〇。，具體見式（1)。
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，包括十字交叉狀地用結(jié)構(gòu)膠相互粘結(jié)的 粘結(jié)基材試件和被粘結(jié)試件，其特征在于：所述被粘結(jié)試件為兩個，兩個所述被粘結(jié)試件相 互平行且位于所述粘結(jié)基材試件的兩側(cè)，兩個所述被粘結(jié)試件以及所述粘結(jié)基材試件各自 的中心位于同一直線上，所述粘結(jié)基材試件和所述被粘結(jié)試件均為條狀，截面均為矩形。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，其特征在于：所述粘結(jié) 基材試件材料為鋁合金材料、石材或其他金屬材料、非金屬材料、復合材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，其特征在于：所述被粘 結(jié)試件材料為普通浮法玻璃、鍍膜玻璃、夾層玻璃、中空玻璃或復合結(jié)構(gòu)玻璃。
4. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，其特征在于：所述結(jié)構(gòu) 膠為硅酮結(jié)構(gòu)膠。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，其特征在 于：還設有夾具，所述夾具包括：兩塊大小相同且平行對置的長方形的金屬板，在各個上述 金屬板的四個直角部分別開設有連接孔，多根螺桿相互平行且分別穿過各個上述金屬板上 對應位置的上述連接孔來將兩塊上述金屬板連結(jié)并經(jīng)由螺母固定；兩個所述被粘結(jié)試件平 行搭載于兩塊所述金屬板上，所述粘結(jié)基材試件經(jīng)由兩個所述被粘結(jié)試件被懸空保持于所 述金屬夾具的兩塊金屬板之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置，其特征在于：所述金屬 板是鋼板。
7. -種制作權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置的模具，其特征在 于：包括兩個相同的分模塊，各所述分模塊中均開設有俯視呈T字型的T型槽和通槽，所述 通槽從所述T型槽的在所述分模塊的開口端沿鉛垂方向向下方延伸，兩個所述分模塊以對 稱的方式合并，兩個所述分模塊的T型槽與通槽所圍成的形狀尺寸與所要制作的所述結(jié)構(gòu) 膠界面粘結(jié)剪切強度測試用裝置的形狀尺寸一致。
【文檔編號】G01N1/28GK204116157SQ201420455153
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】劉正權(quán), 包亦望, 陳璐, 張慶華, 杜大艷, 梁慧超, 吳蔚, 代錚, 于鴻雁, 仉娜, 魏晨光, 萬德田, 邱巖, 劉小根 申請人:中國建材檢驗認證集團股份有限公司