CN103454153A - 复合推进剂/包覆层粘接界面i型断裂能测定试件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，复合推进剂层和包覆层通过粘接层粘接，两端对齐，一端不粘接，留有预制裂纹，推复合进剂层、粘贴层和包覆层的侧面中间位置粘贴有一条光栅，光栅的初始刻度与预制裂纹的尖端对应，复合推进剂层和包覆层粘接面的对应面上分别粘接有支撑梁，支撑梁的一端与复合推进剂层、粘贴层和包覆层没有预制裂纹的一端对齐，支撑梁的长度大于或等于复合推进剂层和包覆层，加载块固定在支撑梁位于复合推进剂层、粘贴层和包覆层留有预制裂纹的一端；本发明采用了支撑梁，提高了试件的刚度；适合柔软或挠性材料结合组件的I型断裂能测定，采用了光栅，可实时记录裂纹尖端的细观特征和裂纹扩展情形。

Description

复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件

技术领域

本发明属于I型断裂能测定领域，特别是一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件。

背景技术

复合推进剂与包覆层都是具有优异弹性性能的柔软材料。关于软材料的断裂能测定，目前国内外的相关标准都是通过剥离试验，诸如T型剥离、90°和180°剥离试验等。如标准BS EN ISO11339：2005.Adhesives----T-peel test for flexible-to-flexible bondedassemblies，就详细规定了挠性材料与挠性材料的粘合组件的T型剥离实验方法.但是，由于推进剂是颗粒填充的复合材料，在剥离试验中推进剂会在粘接界面失效之前就会内部出现损伤破坏，因而相关剥离试验标准可能并不十分适用。

而在金属、陶瓷等刚度很大的材料的断裂能测定中，双悬臂梁试样使用较为广泛。该试样具有两大优点：裂纹稳定扩展，可以消除虚假效应；可以采用梁理论来简化数据处理。标准BS ISO7991:2000.Determination of the mode I adhesive fracture energy GIc ofstructure adhesives using the double cantilever beam(DCB)and tapered double cantileverbeam(TDCB)specimens，就对双悬臂梁试样的几何尺寸和实验数据处理方法进行了描述。但是，该试样和试验方法不适合刚度/自重比很小的材料，如复合推进剂与包覆层。因为它们作为试样中的梁臂时，端部会发生一定程度的挠曲，影响实验准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以适用于复合推进剂与包覆层粘接界面I型断裂能测定的试件。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，包括加载块、支撑梁、复合推进剂层、光栅、粘贴层和包覆层，其中，复合推进剂层和包覆层通过粘接层粘接，两端对齐，一端不粘接，留有预制裂纹，推复合进剂层、粘贴层和包覆层的侧面中间位置粘贴有一条光栅，光栅的初始刻度与预制裂纹的尖端对应，复合推进剂层和包覆层粘接面的对应面上分别粘接有支撑梁，支撑梁的一端与复合推进剂层、粘贴层和包覆层没有预制裂纹的一端对齐，支撑梁的长度大于或等于复合推进剂层和包覆层，加载块固定在支撑梁位于复合推进剂层、粘贴层和包覆层留有预制裂纹的一端。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明由于采用了支撑梁，提高了整个试件的刚度，因此，适合柔软或挠性材料结合组件的I型断裂能测定，不会损伤材料。

（2）本发明铝质支撑梁及加载块机构便于拆卸，可以重复使用。

（3）本发明由于采用了光栅，和显微设备配套使用，可以实时记录裂纹尖端的细观特征和裂纹扩展情形，有助于研究其断裂机理。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明试件的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：

本发明一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，包括加载块1、支撑梁2、复合推进剂层3、光栅4、粘贴层5和包覆层6，其中，复合推进剂层3和包覆层6通过粘接层5粘接，两端对齐，一端不粘接，留有预制裂纹，推复合进剂层3、粘贴层5和包覆层6的侧面中间位置粘贴有一条光栅4，光栅4的初始刻度与预制裂纹的尖端对应，复合推进剂层3和包覆层6粘接面的对应面上分别粘接有支撑梁2，支撑梁2的一端与复合推进剂层3、粘贴层5和包覆层6没有预制裂纹的一端对齐，支撑梁2的长度大于或等于复合推进剂层3和包覆层6，加载块1固定在支撑梁2位于复合推进剂层3、粘贴层5和包覆层6留有预制裂纹的一端。

支撑梁2为铝制支撑

加载块1上开有与试验机夹持机构配套的圆孔。

加载块1和支撑梁2通过螺栓固定。

实施例：

一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，包括加载块1、铝制支撑梁、复合推进剂层3、光栅4、粘贴层5和包覆层6，其中，复合推进剂层3和包覆层6通过粘接层5粘接，两端对齐，一端不粘接，留有预制裂纹，推复合进剂层3、粘贴层5和包覆层6的侧面中间位置粘贴有一条光栅4，光栅4的初始刻度与预制裂纹的尖端对应，复合推进剂层3和包覆层6粘接面的对应面上分别粘接有铝制支撑梁，铝制支撑梁的一端与复合推进剂层3、粘贴层5和包覆层6没有预制裂纹的一端对齐，铝制支撑梁的长度大于或等于复合推进剂层3和包覆层6，加载块1固定在铝制支撑梁位于复合推进剂层3、粘贴层5和包覆层6留有预制裂纹的一端，加载块1上开有与试验机夹持机构配套的圆孔。

在粘接复合推进剂层3和包覆层6时，在粘接层5的一端放置一0.2±0.1mm厚的聚四氟乙烯薄膜来预制一定长度的裂纹，待胶黏剂固话完全后抽出薄膜。

铝制支撑梁的组装：将制作好的加载块1与铝制支撑梁进行表面清理，利用4颗螺栓来连接二者。之后，矫正上下两部分的重合性与对称性。铝制支撑梁的粘接面通过砂纸打磨、丙酮去油脂后晾干，与包覆层粘接的面要进行表面处理以提高粘接强度。

铝制支撑梁与复合推进剂层3、包覆层6的结合：将处理好的铝制支撑梁与复合推进剂层3通过改性丙烯酸胶黏剂粘合，固化晾干。随后，将包覆层4的上表面进行与之前类似的表面处理后，与对应的铝制支撑梁粘接固化。

对粘接好的试样均匀施压，处理侧面溢出的胶黏剂。待完全固化后，侧面靠近粘接层5处分别粘附光栅4，即可用于实验。

实验过程如下：将制作好的试样通过加载1块中的圆孔与试验机中的夹持机构通过圆柱销连接，圆孔处涂抹润滑油以减小摩擦；再以相对较慢的加载速率进行预紧；接着将光学显微镜放置在以可以自由移动的平台上，镜头正对这试样界面处，调好焦距；最后，将试验机设置为恒定位移速率的加载模式，利用实验机配套的传感器记录器载荷—位移曲线，光学显微镜也实时跟踪和记录裂纹尖端情形。

采用试验机中传感器记录的载荷—位移曲线，和由界面照片中测得的裂纹尖端断裂过程区的长度w，利用下式来计算试样的I型断裂能：

$G_{\mathrm{Ic}}=\frac{{3P}_c{\mathrm{\δ}}_c}{2B(a+w)}\·\frac{F}{N}$

其中P_c、δ_c是曲线峰值点对应的横纵坐标值，B是试样宽度，a是裂纹长度，F、N是修正项，F、N根据标准BS ISO7991:2000来确定。

Claims (5)

1.一种复合推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，其特征在于：包括加载块（1）、支撑梁（2）、复合推进剂层（3）、光栅（4）、粘贴层（5）和包覆层（6），其中，复合推进剂层（3）和包覆层（6）通过粘接层（5）粘接，两端对齐，一端不粘接，留有预制裂纹，推复合进剂层（3）、粘贴层（5）和包覆层（6）的侧面中间位置粘贴有一条光栅（4），光栅（4）的初始刻度与预制裂纹的尖端对应，复合推进剂层（3）和包覆层（6）粘接面的对应面上分别粘接有支撑梁（2），支撑梁（2）的一端与复合推进剂层（3）、粘贴层（5）和包覆层（6）没有预制裂纹的一端对齐，支撑梁（2）的长度大于或等于复合推进剂层（3）和包覆层（6），加载块（1）固定在支撑梁（2）位于复合推进剂层（3）、粘贴层（5）和包覆层（6）留有预制裂纹的一端。

2.根据权利要求1所述的一种推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，其特征在于：所述的支撑梁（2）为铝制支撑梁。

3.根据权利要求1所述的一种推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，其特征在于：所述的加载块（1）上开有与试验机夹持机构配套的圆孔。

4.根据权利要求1所述的一种推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，其特征在于：所述的加载块（1）和支撑梁（2）通过螺栓固定。

5.根据权利要求1所述的一种推进剂/包覆层粘接界面I型断裂能测定试件，其特征在于：所述的粘贴层（5）的厚度为0.2±0.1mm。

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