對(duì)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(cè)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(guò)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(shuō)是局部長(zhǎng)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(huì)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(wú)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(wú)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(duì)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(kāi)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(huì)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(duì)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(huì)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(kāi)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(huì)造成應(yīng)力集中，其結(jié)果都會(huì)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(cè)

    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(lái)困難，也要為以后的維修著想，還要考慮檢測(cè)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(lái)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(duì)接

    對(duì)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(duì)于破損件的修復(fù)很適用，因?yàn)樗芑旧媳３衷瓉?lái)的形狀。熱塑性塑料制品的溶劑或熱熔粘接就可以采用這種對(duì)接形式。但不適用于金屬和熱固性塑料制品，原因是對(duì)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(duì)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?cè)瓉?lái)的形狀，一定需要用對(duì)接，那就只好采用穿銷、補(bǔ)塊等增強(qiáng)措施。對(duì)于新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)粘接接頭，最好避免使用對(duì)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(duì)接，實(shí)際上就是小于90度角的對(duì)接，不過(guò)一般的斜接角應(yīng)不大于45度，斜接長(zhǎng)度不小于被粘物厚度的5倍。應(yīng)該說(shuō)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(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)單易行，已是最為廣用的接頭形式（見(jiàn)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(zhǎng)度的增加也會(huì)使粘接面積增大，但是承載能力與搭接長(zhǎng)度卻沒(méi)有正比關(guān)系。根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)定得知，在一定的搭接長(zhǎng)度內(nèi)，搭接接頭的承載能力隨著搭接長(zhǎng)度的增加非線性提高較快，而搭接長(zhǎng)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(jiàn)，搭接長(zhǎng)度不是越長(zhǎng)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(zhǎng)度（L）有如圖7-4的關(guān)系。也有的將搭接長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度，也沒(méi)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，接頭長(zhǎng)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(zhǎng)期處于剪切應(yīng)力狀態(tài)，有可能會(huì)產(chǎn)生蠕變。膠瘤對(duì)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(jiǎn)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(huì)缺膠。

    插入深度也和搭接長(zhǎng)度一樣不是越長(zhǎng)越好，一般不超過(guò)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(guò)0.3mm，否則將會(huì)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_(kāi)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(huì)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(jiǎn)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(guò)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)。