對于環(huán)氧膠黏劑粘接的接頭，必須進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，以優(yōu)化粘接性能。粘接接頭由被粘物與夾在之間的膠層所構(gòu)成，是結(jié)構(gòu)部件上的不連續(xù)部分，起著傳遞應(yīng)力的作用。接頭強(qiáng)度取決于膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度、被粘物本身的強(qiáng)度和膠黏劑與被粘物界面的結(jié)合強(qiáng)度。而實(shí)測強(qiáng)度主要由3者之中最薄弱環(huán)節(jié)所決定，但還受接頭形式、幾何尺寸和加工質(zhì)量的影響。為使粘接的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，而將其缺點(diǎn)盡量規(guī)避，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的粘接接頭結(jié)構(gòu)。若是過分地追求環(huán)氧膠黏劑的高性能，卻極大地忽視了粘接接頭的合理性，其結(jié)果必然不能如愿以償。只有進(jìn)行合理的接頭設(shè)計(jì)，才能獲得良好的粘接效果。因此，粘接接頭結(jié)構(gòu)的合理與否是粘接成敗的關(guān)鍵因素之一，不可小視。粘接接頭的設(shè)計(jì)就是接頭幾何形狀和尺寸大小的確定，其目的是使粘接接頭與被粘材料具有幾乎相同的承載能力。

 

 

    為了設(shè)計(jì)出合理的粘接接頭形式，很有必要了解接頭的受力情況。接頭在使用時(shí)受力是相當(dāng)復(fù)雜的，受到機(jī)械力和環(huán)境因素的綜合作用，其中最主要的是機(jī)械力。各種復(fù)雜粘接接頭膠層的受力形式都可分解為5種基本受力方式，即剪切力、拉伸力、壓縮力、剝離力、不均勻扯離（劈裂）力，如圖7-1所示。實(shí)際上則是幾種應(yīng)力的組合與變化。

 

 

    剪切力與膠層平行，實(shí)質(zhì)為兩個(gè)方向相反的拉伸力或壓縮力，此時(shí)應(yīng)力作用在整個(gè)粘接面積上，分布比較均勻，故可獲得最大的粘接強(qiáng)度。

    拉伸力也稱均勻扯離力，它與膠層垂直，均勻分布在整個(gè)粘接面積上。全部粘接面積承受應(yīng)力亦可得到最大的粘接強(qiáng)度。

    壓縮力也與膠層垂直，均勻分布在整個(gè)粘接面積上，純粹承受壓縮負(fù)荷，不容易破壞，但此類接頭的應(yīng)用有限。

    剝離力與膠層成一定角度，力作用在一條線上，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，粘接強(qiáng)度比較低。

    不均勻扯離力作用在膠層的兩個(gè)或一個(gè)邊緣上，不是整個(gè)粘接面積，或者說是局部長度上受力，可認(rèn)為是偏心拉伸力。應(yīng)力分布不均勻，使粘接強(qiáng)度大為降低。

    以上所述只是接頭承受的機(jī)械力，除此之外，在使用時(shí)還會同時(shí)受到熱應(yīng)力和環(huán)境因素的作用。

    熱應(yīng)力是由使用溫度變化引起膨脹或收縮而產(chǎn)生的，特別是當(dāng)被粘物與環(huán)氧膠黏劑熱膨脹系數(shù)相差懸殊時(shí)影響很大。

 

 

    粘接接頭的設(shè)計(jì)既是相當(dāng)重要，又是極其復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)合理、可靠、高效，既要考慮連接的方式，也要考慮被粘材料的特性，還要考慮膠黏劑的性能。目前尚無成熟的理論指導(dǎo)，只能根據(jù)粘接接頭的受力類型及其特點(diǎn)，在粘接接頭設(shè)計(jì)時(shí)遵循如下一些規(guī)則。

 

    （一）盡量使膠層承受剪切力和拉伸力

    一般的粘接接頭都是拉伸、剪切和壓縮強(qiáng)度比較高，而剝離、彎曲、劈裂強(qiáng)度比較低，即膠層承受剪切力和拉伸力的能力最大。因此，在設(shè)計(jì)粘接接頭結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量使膠層承受剪切力和拉伸力，或者設(shè)法將其他形式的力轉(zhuǎn)換為能夠承受剪切力或拉伸力。粘接接頭主要承受剪切力時(shí)使用性能最好，而且也要考慮外力作用的有利方向。

 

    （二）盡量避免剝離和不均勻扯離

    因?yàn)閯冸x和不均勻扯離都為線受力，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，致使粘接接頭在受到剝離力和不均勻扯離力作用時(shí)承載能力都很低，所以在設(shè)計(jì)粘接接頭結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量避免剝離和不均勻扯離。若是無法實(shí)現(xiàn)，需要采取必要的增強(qiáng)措施予以改善或彌補(bǔ)。

 

    （三）盡可能地增大粘接面積

    在可能與允許的條件下盡量增大粘接面積，能夠提高膠層承受負(fù)荷的能力，這是非常必要的，尤其對于結(jié)構(gòu)粘接的可靠性更是一種有效的途徑。像修補(bǔ)裂紋時(shí)開V形槽，增強(qiáng)加固時(shí)的補(bǔ)塊等都是為了增大粘接面積。

 

    （四）設(shè)法防止層間剝離

    有些材料如酚醛膠布板、層壓塑料、玻璃鋼板、石棉板、纖維板、復(fù)合膜等層間強(qiáng)度很低，如果采用搭接或平接容易出現(xiàn)層間剝離，而使粘接強(qiáng)度降低，此時(shí)宜用斜接接頭形式。

 

    （五）盡量避免應(yīng)力集中

    在膠黏劑與被粘物界面上存在著因材料不同而引起的應(yīng)力集中，在粘接時(shí)應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中，整個(gè)粘接面積盡可能均勻受力。如果被粘物具有與環(huán)氧膠黏劑幾乎相同的彈性模量，基本不會出現(xiàn)應(yīng)力集中。被粘物硬度越大，應(yīng)力分布越均勻，粘接強(qiáng)度越高。被粘物彈性模量越高、厚度越大，受力時(shí)不容易變形，粘接強(qiáng)度也越高。

 

    （六）不同材料的合理配置

    對于熱膨脹系數(shù)相差很大的材料粘接，當(dāng)溫度變化時(shí)會在界面上產(chǎn)生熱應(yīng)力，如果是圓管的套接配置不當(dāng)，就可能出現(xiàn)自行開裂。一般應(yīng)該將熱膨脹系數(shù)小的圓管套在熱膨脹系數(shù)大的圓管的外面。

 

    （七）方便粘接工藝的實(shí)施

    粘接接頭的結(jié)構(gòu)應(yīng)為粘接工藝的實(shí)施提供方便，如施膠、疊合、加壓固化、檢驗(yàn)等操作都能容易進(jìn)行，不受妨礙。

 

    （八）保持膠層均勻連續(xù)

    膠層如果出現(xiàn)缺膠、厚度不均、氣孔，就會造成應(yīng)力集中，其結(jié)果都會降低粘接強(qiáng)度。必須使所設(shè)計(jì)的接頭結(jié)構(gòu)能夠保證膠黏劑形成厚度適當(dāng)、連續(xù)均勻的膠層，不包裹空氣，易排除揮發(fā)物。

 

    （九）制造容易且美觀價(jià)廉

    設(shè)計(jì)粘接接頭的結(jié)構(gòu)主要是滿足強(qiáng)度和其他性能的要求，但也要考慮加工制造是否容易。如果所設(shè)計(jì)的接頭形式盡管性能很好，但實(shí)際制造困難，費(fèi)用太高，也不可能被采用。同時(shí)，接頭的形式也要適當(dāng)?shù)卣疹櫼幌旅烙^性。

 

    （十）容易裝配與維修和檢測

    粘接接頭要與其他零件發(fā)生聯(lián)系，不能給裝配時(shí)帶來困難，也要為以后的維修著想，還要考慮檢測方便。

 

    （十一）減小內(nèi)應(yīng)力

    應(yīng)當(dāng)為環(huán)氧膠黏劑固化時(shí)收縮留有必要的自由度，以減小內(nèi)應(yīng)力。

 

 

    接頭的形式很重要，因?yàn)榄h(huán)氧膠黏劑粘接的最佳使用效果是用于承受單純或扭轉(zhuǎn)的剪切力。實(shí)際上應(yīng)用的接頭形式可以形樣各異、變化多端，但總的看來都是幾種基本類型的單獨(dú)或相互組合的結(jié)果。掌握了基本類型粘接接頭的性能和特點(diǎn)，便能根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)出滿意實(shí)用的接頭結(jié)構(gòu)。

 

    （一）對接

    對接就是被粘物的兩個(gè)端面或一個(gè)端面與主表面垂直的粘接。這對于破損件的修復(fù)很適用，因?yàn)樗芑旧媳３衷瓉淼男螤睢崴苄运芰现破返娜軇┗驘崛壅辰泳涂梢圆捎眠@種對接形式。但不適用于金屬和熱固性塑料制品，原因是對接承受不均勻扯離力的作用，容易產(chǎn)生彎曲形變和應(yīng)力集中，對橫向負(fù)荷十分敏感，難以承受軸向拉力。同時(shí)，粘接面積小，承載能力低，其結(jié)果是不牢易壞。如果實(shí)在不能改變原來的形狀，一定需要用對接，那就只好采用穿銷、補(bǔ)塊等增強(qiáng)措施。對于新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)粘接接頭，最好避免使用對接。

 

    （二）斜接

    斜接就是將兩被粘物端部制成一定角度的斜面，涂膠之后再對接，實(shí)際上就是小于90度角的對接，不過一般的斜接角應(yīng)不大于45度，斜接長度不小于被粘物厚度的5倍。應(yīng)該說斜接承受的是剪切力，分布比較均勻，粘接面積增加較大，承載能力提高，不但縱向承載能力較強(qiáng)，而且橫向承載能力也較好，還能保持原來的形狀，因此，是一種比較好的接頭形式。然而，實(shí)際上應(yīng)用并不廣泛，其原因是斜面制備比較困難，若是配合不好，膠層厚度難以保證，很可能收不到預(yù)想的效果。

 

    （三）搭接

    搭接就是平板型被粘物涂膠后疊合在另一平板被粘物端部一定長度上，即兩個(gè)被粘物部分地疊合。由于是平面粘接，主要承受的是剪切力作用，分布比較均勻。單搭接接頭因結(jié)構(gòu)簡單易行，已是最為廣用的接頭形式（見圖7-2），搭接粘接面積大，承載能力強(qiáng)，并隨搭接寬度的增大而成正比例地增加。雖然搭接長度的增加也會使粘接面積增大，但是承載能力與搭接長度卻沒有正比關(guān)系。根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)測定得知，在一定的搭接長度內(nèi)，搭接接頭的承載能力隨著搭接長度的增加非線性提高較快，而搭接長度較大時(shí)，承載能力增加變緩，當(dāng)達(dá)到某一定值后就不再提高了，如圖7-3所示。顯而易見，搭接長度不是越長越好，而寬度往往受被粘物尺寸的限制，也不能任意增加。

    搭接接頭承載能力與被粘物厚度（t）和搭接長度（L）有如圖7-4的關(guān)系。也有的將搭接長度（L）與被粘物厚度（t）之比L/t定義為“接頭因子”，圖7-5為剪切強(qiáng)度與L/t間的關(guān)系，L/t減小有利于改善膠層的受力情況。

 

 

    按理根據(jù)設(shè)計(jì)要求的粘接強(qiáng)度和給定的厚度，應(yīng)能從圖7-4和圖7-5求出搭接長度，但因不同的膠黏劑和表面處理方法所得的圖形并不相同，所以目前還很難由圖直接求出搭接長度，也沒有一個(gè)普適的公式，還只能由經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)確定。通常搭接接頭長度應(yīng)不小于被粘物厚度的4倍，不大于寬度的0.5～1倍。

    一般來說，接頭長度越短、被粘物越厚、膠層越厚、膠黏劑韌性越好、被粘物剛性越小，應(yīng)力集中越小。實(shí)際上這些條件難以完全滿足，因此，搭接接頭都存在著應(yīng)力集中。提高搭接接頭粘接強(qiáng)度的有效方法是增加接頭寬度。如果將被粘物端部削斜、倒角、挖槽、減薄等都可以減小應(yīng)力集中，提高粘接強(qiáng)度，使搭接接頭更有普適性和可靠性。搭接接頭長期處于剪切應(yīng)力狀態(tài)，有可能會產(chǎn)生蠕變。膠瘤對單搭接接頭承載能力有影響。

 

    （四）套接

    套接就是將被粘物的一端插入另一被粘物的孔內(nèi)形成銷孔或環(huán)套結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是受力情況好，粘接面積大，承載能力強(qiáng)，適用于圓管或圓棒與圓管的粘接。套接在插管時(shí)中心位置不好定正，膠層厚度不宜控制，這就要采取一些措施，如用專門工具進(jìn)行定位。另一簡單方法就是在插入件的一端涂上膠，令其初步固化，然后再涂第2次膠進(jìn)行裝配，這樣就能使膠層厚度有所保證，至少不會缺膠。

    插入深度也和搭接長度一樣不是越長越好，一般不超過管子外徑的1.5～2.0倍，也可用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

 

L=0.8D+6

 

    式中   L———插入管深度/mm；

            D———插入管外徑/mm。

    插管（或圓棒）與圓管內(nèi)徑的間隙不應(yīng)超過0.3mm，否則將會因膠層太厚而降低粘接強(qiáng)度。

 

    （五）嵌接

    嵌接就是將一被粘物鑲?cè)肓硪槐徽澄锟障吨校是督右嘟需偨印Ｒ驗(yàn)橐话愣家_槽，所以也稱槽接。這種類型接頭受力情況非常好，粘接面積也大，能夠獲得很高的粘接強(qiáng)度。如果有可能采用嵌接形式一定會比較理想。

 

    （六）角接

    角接就是兩被粘物的主表面端部形成一定角度的粘接，一般都為直角，這種接頭加工方便，但簡單的角接受力情況極為不好，粘接強(qiáng)度很低，實(shí)際上不能采用，只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合補(bǔ)強(qiáng)后才能使用。

 

    （七）T接

    T接是兩被粘物的主表面呈T形的粘接，它是角接的一種特殊形式。單純的T形接頭受到不均勻扯離力和彎曲力的作用，粘接強(qiáng)度極低，不應(yīng)該采用。如果實(shí)際上確需此種形式，可以采取一些補(bǔ)救措施，進(jìn)行增強(qiáng)。