正文 第一章 緒論(三)(2 / 3)

(2)以什麼來決定結構的使用壽命?

在多數情況下,結構使用壽命就是機械破壞或接近破壞的時間。假如膠接搭接接頭長期處於受剪應力狀態,預料它會產生改變。此時,不需要到蠕變端受力斷裂,隻要當應變達到某個值,就可以判定接頭被破壞。這個值可用其它構件的幹擾來確定,或者簡單地規定一個適宜的安全限度。承受合理的剪切應力且隻有較小的劈裂應力作用的接頭,雖然其破壞隨膠粘劑的韌性和溫度而定,但如果沒有明顯的改變現象,則不會突然破壞。對衝擊或由於疲勞突然發生的嚴重損壞,通常與存在很高的劈裂應力有關。如果在交變應力作用下發生了預料中的疲勞破壞,那麼所施加交變應力的變化率的影響對於膠接要比對於機械連接更為重要。

在航空工業中,對承受交變應力的構件,經常使用的破壞準則是:構件經曆某一規定的應力循環次數後,就能發生疲勞破壞。給出了鉚接和膠接連接的鋁板的典型疲勞曲線,表明膠接連接優越。重視膠粘劑的選擇和表麵預處理是發揮其優越性的基本先決條件。

結構振動是通過接頭傳遞的。對於機械連接的構件,有時會出現微振磨損,這是垂直於接頭配合接觸麵非常小的振幅的相對位移引起的輕度磨損所致;而膠粘劑連接不僅能消除微振磨損,而且還能起阻尼或衰減振動的作用。振動還會使螺栓連接的裝配件鬆動,而以纖維鎖定的膠粘劑則可避免產生這一缺點。

(3)如何來實現組裝?

在大多數機械組裝法中,接合麵安排在一起且彼此可相對移動,直至連接孔相互對準為止,從而連接起來。假如同時進行鑽孔和栓接或者鉚接,大都需要將部件固定在裝配架中。一旦接頭製成,接頭就能完全承擔載荷並可以去掉裝配架。焊接也需要用焊接夾具,但在拆卸夾具所必需的時間內,接頭就處於自承重狀態。容易組裝是機械連接的特點,而焊接和釺接不屬於膠接組裝。這裏,為了方便,把膠粘劑分成以下三種類型:

接觸型膠粘劑通過緊壓兩個膠接麵而立即完成膠接。這使得被粘接的兩部分從接觸的瞬時起,就不能發生相對位移。在單一確定的移動中,常常需要用夾具來保證兩部分的正確位置。然而膠接強度的增強需要一定的時間,盡管10~30分鍾後各組成部件能夠自承載,但要形成滿膠接強度可能需24小時。相似的膠接條件應用於熱熔化膠粘劑,盡管它們進入承載狀態要快得多。然而,由於熱熔化膠粘劑冷變形的趨勢和在兩端頭的較小範圍對溫度的敏感性,使它很少應用於結構工程中。

熱凝固膠粘劑通過化學反應形成一個交叉耦合、三維的分子網狀組織,以獲得高結構強度。此反應一般是在高溫下完成的,但在許多情況下反應可在室溫下進行。當然,達到反應完成需要很長的時間。在固化反應期間,膠粘劑變成或已經成為液態且能很容易地切斷。因此,必須將膠接麵固定,直到反應充分地進行,各部分能自承載荷為止。上述處理常常在加熱的水壓機台板間完成。確實,對於某些膠粘劑來說,水壓力是一附加的必要條件,因為在處理過程中,水蒸氣和其他材料必須保持在溶解狀態。使用水壓機的時間有時可以縮短,當部件處理接近完成時,將部件移置到恒溫箱中完成化學交聯反應(部件仍可裝有夾具或支撐在恒溫箱的空氣中)。該操作過程常稱作後處理。

在室溫下膠粘劑完成固化交聯反應,需2~3天才能達到最終強度的50%。在這些情況下,適度加熱會產生良好的加速效應,比如說在恒溫箱處於60度時,一天之內即可達到良好的固化。

鹽膠粘劑隻要成形便能在膠層中快速聚合。氣基丙烯酸鹽膠粘劑在使用時,凝固確實非常迅速,這意味著被粘物需要快速和正確的定位。同樣,厭氧膠粘劑凝固速度更快,但聚合開始後膠接麵還有可能產生位移。然而,這種位移對達到最高膠接強度是不利的,為防止位移可能產生,所以粘接中要求使用夾具。在大多數情況下,使用這類膠粘劑(即纖維鎖定膠粘劑),實際上是采用專用的夾具。