第十一章 胶接件设计基础

1、各类胶粘剂的化学成分与力学性能(室温搭接剪切强度/MPa-psi)(剥离强度/Kn/m-piw):
压敏类   0.01-0.07（2-10） 0.18-0.88（1-5）
淀粉类   0.07-0.7（10-100） 0.18-0.88（1-5）
纤维素类  0.35-3.5（50-500） 0.18-1.8（1-10）
橡胶类   0.35-3.5（50-500） 1.8-7（10-40）
配方类热熔胶粘剂 0.35-4.8（50-700） 0.88-3.5（5-20）
合成类热熔胶粘剂 0.7-6.9（100-1000） 0.88-3.5（5-20）
PVAc乳液(白乳胶) 1.4-6.9（200-1000） 0.88-1.8（5-10）
氰基丙烯酸酯类  6.9-13.8（1000-2000） 0.18-3.5（1-20）
蛋白质类  6.9-13.8（1000-2000） 0.18-1.8（1-10）
厌氧丙烯酸类  6.9-13.8（1000-2000） 0.18-1.8（1-10）
橡胶改性丙烯酸类 13.8-24.1（2000-35000） 1.8-8.8（10-50）
改性酚醛树脂类  13.8-27.6（2000-4000） 3.6-7（20-40）
未改性环氧树脂类 10.3-27.6（1500-4000） 0.35-1.8（2-10）
双马来酰亚胺类  13.8-27.6（2000-4000） 0.18-3.5（1-20）
聚酰亚胺类  13.8-27.6（2000-4000） 0.18-0.88（1-5）
橡胶改性环氧树脂类 20.7-41.4（3000-6000） 4.4-14（25-80）
以上只是一个指南，并不是严格确定，而且相关强度还取决于被粘物的化学组成和厚度；
2、在使用载荷下各类胶粘剂的耐高温顺序：（依次递增）
非硅氧烷类压敏胶粘剂
淀粉类
配方类热熔胶粘剂
合成类热熔胶粘剂
橡胶类
纤维素类
PVAc乳液(白乳胶)
固化型热熔胶粘剂
氰基丙烯酸酯类
蛋白质类
聚氨酯类
橡胶改性丙烯酸类
厌氧丙烯酸类
橡胶改性环氧树脂类
未改性环氧树脂类
改性酚醛树脂类
硅氧烷类PSA
双马来酰亚胺类
聚酰亚胺类
以上是胶粘剂处于高温时的强度保持性（retention of strength），而不是在高温时的实际强度。
3、各类胶粘剂的固化及使用条件
压敏胶粘剂    无，只需指压即可；
淀粉类     脱水制成干态涂粉剂，粘结前再湿化处理；
纤维素类    去除水分或溶剂；
橡胶类     去除水分或溶剂；
热熔类     热熔涂布胶粘剂，在粘接金属时要对金属预热；
PVAc乳液(白乳胶)   去除水分，干燥过程中要固定胶接件；
氰基丙烯酸酯    需要湿气或底胶，并要求通风；
蛋白质类    去除水分，可能需要热源；
厌氧丙烯酸类    通风
橡胶改性丙烯酸类   底胶和单体混合物分别刷于胶接件的两侧，通风；
（底胶/液态型）
光固化丙烯酸类    透明的被粘物，适宜波长及强度的光线，去除胶接件附近的氧气；
橡胶改性丙烯酸    将胶粘剂的两组分按计量混合，然后以混合形式进行施胶，通风；
（双组分型）
改性酚醛树脂类    该胶粘剂在使用前需冷藏，然后施胶、固化，固化过程中要加压，
一般需要液压设备或高压罐，固化温度通常为150或者更高
光固化环氧树脂类   光线含有胶粘剂中引发剂可吸收的波长；
双组分环氧树脂    将胶粘剂的两组分按计量混合，然后以混合形式施胶；胶接件在固化
过程中要固定，为了优化性能还可以采用后固化处理；
热固化环氧树脂    该胶粘剂在使用前需冷藏，然后施胶、固化，固化过程中要加压，
一般需要液压设备或高压罐，固化温度通常为125-171度，但也可低
至82度；
双马来酰亚胺    该胶粘剂在使用前需冷藏，然后施胶、固化，固化过程中要加压，
一般需要液压设备或高压罐，固化温度通常大于171度；
聚酰亚胺    该胶粘剂在使用前需冷藏，然后施胶、固化，固化过程中要加压，
一般需要液压设备或高压罐，固化温度通常大于220度；
4、界面和表面处理：
a.选择能够与被粘物互溶的胶粘剂；
b.选择临界润湿张力小于被粘物表面能的胶粘剂；
c.所选胶粘剂要具有足够低的粘度，以使其在粘接过程中能够迅速达到平衡接触角；
d.使被粘物具有一定的表面微观形态；
e.选择能够与弱边界层物质相容的胶粘剂，或者是以某种方式去除弱边界层；
f.如果胶接件要在室外使用，则所选胶粘剂或其底胶应能与基材表面形成共价化学键。
5、其他问题：
a.胶粘剂是否具有传导性或绝缘性；
b.胶粘剂所用原材料的纯度问题；
c.胶粘剂自身的耐候性和抗微生物能力；
d.胶粘剂的热膨胀系数；
e.成本的问题（整体成本考虑）
6、胶接件设计的基本原则：使设计的胶接件在剪切状态下使用，并尽量减少任何劈裂载荷
用于消除或降低胶接件边缘处于剥离应力的方法：
a.加宽被粘物的端部；
b.以薄被粘物包裹住边缘；
c.对试件的端部进行叠加粘接；
d.在厚被粘物上为薄被粘物提供合适的沟槽；
e.在胶接件上合理添加机械紧固件。
Hart-Smith胶接件设计准则，来源于PABST(Primary Adhesively Bonded Structure)项目，相关因素主要来自与Goland-Reissner分析和胶粘剂的力学特性。
6、小结：
a.选择胶粘剂的原则:
具有足够高的模量以满足应用要求，并且具有尽可能高的最大应变能密度；
具有需要所能达到的使用和固化条件；
满足最终使用的经济性；
b.胶接件设计准则包括：
表面处理与最终应用相匹配；
适当考虑热膨胀系数的差异；
尽量降低胶接件边缘处的剥离应力；
使胶粘剂于设计荷载下仅在胶接件的很小区域内发生屈服；
以胶粘剂的最差条件下的特性为基础进行设计；
提供足够的搭接长度，以使大部分胶粘剂处于弹性负载状态，而非塑性负载状态。