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目前用于評估粘結接頭性能的測試方法有三種，基于強度的試驗通常涉及搭接剪切試樣，因為它們最能代表典型粘結復合材料接頭的主要荷載。標準化的搭接剪切試驗方法已被開發(fā)用于金屬、硬質(zhì)塑料和纖維增強塑料（FRP）粘合物。

用于評估粘結復合材料的基于斷裂的試驗主要基于復合材料層壓板的現(xiàn)有I型雙懸臂梁（DCB）試驗，可參照標準為ASTM D5528。基于耐久性的試驗，也主要集中在I型試驗上，但使粘合線裂紋尖端承受高應力的時間延長，從幾個小時到幾天不等。

目前，尚無針對粘結復合材料的標準化耐久性試驗，但測試方法的開發(fā)正在進行中。本文將重點介紹基于耐久性的粘接復合材料試驗的開發(fā)，該測試通常稱為復合材料楔形測試。該測試方法基于完善的金屬楔形測試（ASTM D3762），并用于對鋁鍵合接頭進行基于耐久性的評估。

該測試方法包括一個152毫米長和25毫米寬的粘結鋁試件，其初始剝離長度為19毫米，該試件一端的粘結線使用一層薄分離膜。通過在被粘物之間插入固定距離的金屬楔片來加載試樣，使初始剝離從粘合線中分離膜的末端傳播（圖1）。

圖1.楔形測試樣品配置。

將楔形物保留在試樣中，測量初始裂紋長度a，然后將樣品暴露于選定的環(huán)境條件下，通常是高溫高濕環(huán)境。在環(huán)境中暴露了一段時間后（從幾小時到幾天不等），從環(huán)境室中取出試樣，并測量最終裂紋長度a+Δa。將被粘物強制分離，并在環(huán)境裂紋擴展區(qū)域內(nèi)估計粘結破壞百分比（定義為粘合劑內(nèi)的破壞）（圖2）。環(huán)境耐久性是根據(jù)環(huán)境暴露期間的裂紋擴展長度以及環(huán)境裂紋擴展區(qū)域內(nèi)的粘結破壞百分比進行評估的。

圖2. 環(huán)境裂紋擴展區(qū)域內(nèi)的粘合和破壞。

雖然被粘物表面的水化是與金屬粘結接縫耐久性相關的主要問題，但對于膠粘復合材料還存在其他耐久性方面的問題，其中兩個更重要的問題是粘合前不正確的表面處理和粘合表面的污染。最近的研究表明，復合材料楔形測試可能非常適合評估粘結復合材料接頭的長期耐久性。

但是，由于復合被粘物的彎曲剛度EfI（復合被粘物的彎曲模量Ef乘以其面積慣性矩I）不同，復合被粘物的使用會產(chǎn)生額外的復雜性。對于復合被粘物，EfI的變化可能是由復合材料、體積分數(shù)、層厚度、層數(shù)和層壓板方向等差異引起的。復合材料楔形試驗發(fā)展的一個重要進展是，從使用環(huán)境裂紋擴展作為耐久性的測量方法過渡到使用估計斷裂韌度GC。利用梁理論，復合材料楔形試件的GC可通過以下公式確定：

式中，Ef是被粘材料的彎曲模量，t是楔形物的厚度，h是復合被粘材料的厚度，a是裂紋長度。確定了GC梁理論表達式的修正系數(shù)（在上面的括號中），以解釋裂紋頂端平面處粘附物的旋轉(zhuǎn)。利用該方程，可通過測量最終裂紋長度，從復合材料楔形試驗中獲得環(huán)境暴露后斷裂韌性的估計值。此外，可通過在上述等式中使用環(huán)境暴露之前的裂紋長度來獲得室溫環(huán)境條件下粘合線斷裂韌性的估計值。

值得注意的是，使用上述公式要求必須測量被粘物彎曲剛度Ef和厚度t。另一種方法是根據(jù)抗彎剛度EfI寫出上述GC方程：

其中b是試樣寬度。彎曲剛度EfI的現(xiàn)場測量可使用楔形試驗后承受DCB型荷載的代表性楔形試樣獲得。荷載-撓度曲線的斜率?P/?δ，對應于測量的最終裂紋長度a，用于計算抗彎剛度EfI，公式如下：

使用該方法，從粘合碳纖維/環(huán)氧復合材料楔形試樣中獲得的GC值在整個粘著物厚度和層壓板方向上相對恒定，產(chǎn)生250%變化的EfI值（圖3）。這些結果表明，楔形測試可以使用不同的被粘物彎曲剛度和結果直接比較的復合材料樣品。

圖3. 不同的被粘物厚度和層壓板取向的復合楔形試樣

綜上所述，復合材料楔形試驗是一種非常適合于評估粘結復合材料耐久性的試驗方法。與ASTM D3762金屬楔試驗一樣，該程序操作簡單，無需使用機械試驗設備即可同時測試多個試樣。目前，復合材料楔形試驗標準化試驗方法的開發(fā)尚處于初級階段。