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抗剪老化检测

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发布时间：2025-07-15 02:04:11 更新时间：2025-07-14 02:04:11

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

抗剪老化检测概述

抗剪老化检测是评价材料（尤其是粘接接头、复合材料、涂层、密封材料等）在经历模拟环境老化或长期实际服役后，其抵抗剪切应力的能力是否发生显著劣化的重要质量控制手段。剪切应力是一种常见的、使材料内部相邻部分产生相对滑移或错动的载荷形式，广泛应用于结构连接、层合材料、界面粘接等领域。老化因素（如热、氧、紫外线辐射、湿热、化学介质等）会引发材料分子链断裂、交联度变化、界面破坏、增塑剂迁移或挥发等物理化学变化，导致其抗剪性能下降，进而影响产品的安全性、可靠性和使用寿命。因此，抗剪老化检测对于预测产品长期性能、筛选耐候性材料、优化设计和制定维护策略具有至关重要的意义。

检测项目

抗剪老化检测的核心项目是测定材料或结构在经历规定老化程序前后其抗剪强度的变化。具体项目通常包括：

初始抗剪强度： 材料或接头在未经历老化处理前的室温剪切强度。
老化后抗剪强度： 材料或接头在经历特定条件（温度、湿度、时间、介质、光照等）老化处理后的室温剪切强度。
强度保留率： 老化后抗剪强度与初始抗剪强度的比值（通常以百分比表示），是衡量材料耐老化能力的关键指标。
失效模式分析： 观察和分析测试后试样的破坏位置和形态（如内聚破坏、界面粘接破坏、混合破坏等），判断老化对材料本体或界面的影响程度。
(可选) 高温/低温抗剪强度： 在非室温环境下（高温或低温）直接测试老化后试样的抗剪强度，评估其在实际温度环境下的性能表现。

检测仪器

进行抗剪老化检测主要依赖以下关键设备：

万能材料试验机： 这是测量抗剪强度的核心设备。它能够精确控制加载速度和位移，并实时记录载荷和变形数据。试验机需配备专用的剪切夹具，如：
- 单搭接剪切夹具： 用于测试粘接接头（如金属板、复合材料板粘接）的剪切强度（参照ASTM D1002, ISO 4587）。
- 双V型缺口剪切夹具： 用于测定复合材料的层间剪切强度（参照ASTM D3846）。
- 其他专用剪切夹具： 如适用于纤维增强塑料的短梁剪切夹具（参照ASTM D2344/D2344M），或用于蜂窝夹层结构的平板剪切夹具等。
环境老化试验箱： 用于模拟加速老化条件，主要类型包括：
- 热老化箱： 提供恒定高温环境（如70°C, 85°C, 100°C等）。
- 湿热老化箱/恒温恒湿箱： 提供高温高湿环境（如85°C/85%RH）。
- 紫外老化试验箱： 利用紫外光源模拟太阳光辐射，通常配有喷淋和控温控湿功能（参照ASTM G154, ISO 4892）。
- 盐雾试验箱： 用于模拟海洋或除冰盐环境（参照ASTM B117, ISO 9227）。
- 化学介质浸泡装置： 用于测试材料在特定液体（如油、溶剂、酸、碱等）中的耐老化性能。
数据采集与处理系统： 与试验机相连，用于实时采集载荷、位移、应变等信号，并计算抗剪强度、绘制应力-应变曲线等。

检测方法

典型的抗剪老化检测流程如下：

试样制备： 根据相关标准要求，制备规定尺寸和数量的标准试样（如单搭接剪切试样、复合材料层间剪切试样等）。确保制备过程（如粘接面的处理、粘接工艺、固化条件）严格一致。
初始性能测试： 随机抽取一部分试样作为对照组，在标准实验室环境（通常23±2°C, 50±5%RH）下，使用万能材料试验机按规定的加载速率（例如1-2 mm/min）进行剪切强度测试，记录最大载荷。计算平均初始抗剪强度。
老化处理： 将剩余试样放入选定的环境老化试验箱中，按照设定的老化条件（温度、湿度、时间、光照强度/周期、介质浓度等）进行加速老化处理。老化时间需根据材料预期寿命和加速因子确定。
状态调节： 老化结束后，将试样取出，在标准实验室环境中（通常23±2°C, 50±5%RH）放置规定时间（如24小时或48小时），使其温度和湿度达到平衡。
老化后性能测试： 与初始测试相同的条件和设备下，对完成状态调节的老化试样进行剪切强度测试，记录最大载荷。计算平均老化后抗剪强度。
数据分析：
- 计算每个老化试样的强度保留率 = (老化后强度 / 初始组平均强度) × 100%。
- 计算老化组的平均强度保留率。
- 对比老化前后强度的统计显著性（如使用t检验）。
- 观察并记录所有试样的失效模式。
报告： 详细记录测试条件、试样信息、初始强度、老化条件、老化后强度、强度保留率、失效模式以及任何观察到的异常现象。

检测标准

抗剪老化检测依据的标准取决于材料类型、应用领域和特定的老化条件。常用国际和国家标准包括：

通用粘接接头剪切强度（初始与老化）：
- ASTM D1002: Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal).
- ISO 4587: Adhesives — Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies.
复合材料层间剪切强度（初始与老化）：
- ASTM D2344 / D2344M: Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates.
- ASTM D3846: Standard Test Method for In-Plane Shear Strength of Reinforced Plastics. (双缺口剪切法)
- ISO 14130: Fibre-reinforced plastic composites — Determination of apparent interlaminar shear strength by short-beam method.
老化试验方法：
- 热老化： ASTM D3045, ISO 188, IEC 60216 (针对电气绝缘材料)
- 湿热老化： ASTM D5229 / D5229M (复合材料的吸湿平衡和性能测试), ISO 9142 (胶粘剂)
- 紫外老化： ASTM G154 (非金属材料荧光紫外曝露), ISO 4892 (塑料实验室光源曝露方法), SAE J2020 (汽车外饰材料)
- 盐雾： ASTM B117, ISO 9227
特定行业标准： 如航空航天（如Boeing BSS, Airbus AIMS）、汽车（如SAE, PV系列）、风电（如IEC, DNVGL规范）等都有针对其产品的更为具体的抗剪老化测试要求。