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老化处理后常温条件下的切向剪切强度检测

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发布时间：2025-05-30 13:03:14 更新时间：2025-05-29 13:03:14

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

引言

在现代材料科学与工程领域中，老化处理后常温条件下的切向剪切强度检测是一项至关重要的评估技术。切向剪切强度指的是材料（如复合材料、粘合剂或聚合物）在承受平行于其界面的切向力时所能抵抗的最大应力值，这一参数直接关系到材料的耐久性和可靠性。老化处理则模拟了材料在长期服役环境中的退化过程，例如通过热老化（如高温暴露）、紫外线老化或湿热循环等方式，加速材料性能的衰减，从而预测其在实际使用中的寿命。常温条件（通常指20-25°C）下的检测，旨在评估材料在正常环境温度下的性能，排除极端温度的影响，提供更贴近实际应用的测试结果。这种检测广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑结构和电子封装等行业，尤其在粘接接头或复合材料层间界面的强度评估中，老化处理后的测试能揭示材料在历经环境应力后的残余强度，帮助工程师优化设计、预防失效和提高产品安全性。例如，在飞机结构中使用的高强度粘合剂，经过热老化处理后在常温下检测切向剪切强度，可确保其在长期飞行中的稳定性。因此，本检测不仅是质量控制的关键环节，也是推动材料创新和产业安全的重要基石，本文将重点围绕检测项目、仪器、方法和标准进行详细阐述。

检测项目

本检测的核心项目是老化处理后常温条件下的切向剪切强度（Tangential Shear Strength），具体指在材料经过预设的老化处理后（如1000小时热老化或500小时湿热循环），在25°C的恒定温度环境下，对样品施加切向剪切力（平行于界面方向）直至失效，测量其最大承载应力（单位为MPa）。该项目着重评估材料在环境应力后的界面抗剪能力，涉及的关键参数包括：剪切强度值、失效模式（如界面剥离或材料断裂）、以及强度衰减率（与未老化样品对比）。在复合材料中，这可能涉及层间剪切；在粘合剂中，直接测试粘接接头的强度。检测项目的重要性在于它能定量化材料的老化耐受性，常用于预测长期服役性能，例如在汽车行业中，确保电池包粘合接头在高温环境后仍能承受机械振动。项目要求样品尺寸标准化（如25mm×25mm），且需在老化处理完成后立即测试，以避免温度波动影响。

检测仪器

进行切向剪切强度检测需使用一系列精密仪器，以确保数据的准确性和可重复性。核心设备包括万能材料试验机（Universal Testing Machine, UTM），如Instron或Shimadzu品牌，该仪器配备高精度力传感器（量程通常为0-50kN）和位移控制系统，能施加可控的切向剪切载荷。辅助仪器涉及专用剪切夹具，如单搭接剪切夹具（但针对切向方向需定制夹具，确保载荷平行于界面），以及环境控制装置（如恒温箱）来维持25°C的测试环境。样品制备阶段需使用切割机（如精密切割锯）和表面处理工具（如砂纸或等离子清洗机），以确保界面光滑均匀；数据采集系统（如计算机软件）实时记录力-位移曲线，计算剪切强度值。此外，老化处理前期需要老化设备（如恒温恒湿箱或UV加速老化箱），对样品进行预处理。所有仪器需定期校准（例如依据ISO 7500标准），以减小误差至±1%以内。

检测方法

切向剪切强度检测的方法遵循标准化步骤，确保结果的可靠性和可比性。首先，样品制备：选择代表性材料样品（如复合材料薄片或粘接接头），按标准尺寸切割（e.g., 25mm×25mm×2mm），并对界面进行清洁处理（去除油污）。第二步，老化处理：将样品置于预设条件（如热老化在85°C下100小时或湿热循环在85%RH和60°C下循环），完成后在25°C环境中平衡24小时。第三步，测试执行：固定样品于剪切夹具中，安装在万能试验机上；设置测试参数（加载速率为1-2mm/min），施加切向剪切力（平行于界面方向），直至样品失效；系统自动记录最大载荷和失效位移。第四步，数据分析：计算剪切强度（最大载荷除以剪切面积），分析失效模式（通过显微镜或软件图像），并比较老化前后的强度变化。整个测试需在25°C恒温室内进行，环境湿度控制在50%±5%，以消除干扰；重复测试至少5个样品，取平均值以确保统计显著性。

检测标准

切向剪切强度检测必须严格遵循国际或国家标准，以保证测试规范性和结果的可接受性。主要参考标准包括：ASTM D1002（Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading），该标准详细规定了金属粘接接头的剪切测试方法，适用于切向方向，并包括老化后的测试要求；ISO 4587（Adhesives—Determination of Tensile Lap-Shear Strength of Bonded Assemblies），侧重于粘合剂系统的剪切强度评估，强调常温下的测试条件；此外，GB/T 7124（中国国家标准：粘合剂剪切强度试验方法）提供本土化指导，涵盖老化处理后的样品制备和测试参数。标准要求老化处理基于ISO 9142（粘合剂加速老化测试指南），确保老化过程代表性；测试参数如加载速率、样品尺寸和温度控制均需精确符合标准规定（e.g., 温度偏差≤±1°C）。遵循这些标准，能实现跨实验室数据可比性，并满足行业认证要求（如航空航天领域的AS9100），提升检测结果的权威性。