CN109142214A - 一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，包括如下步骤：制作试验样块，该试验样块包括复合样块、粘接在复合样块上的橡胶样块以及橡胶与复合材料的粘接界面；通过试验机固定上述复合样块，在上述橡胶样块上沿上述粘接界面方向施加作用力；获取上述粘接界面剥离时的最大剪切强度。采用上述试验方法，可以通过实际试验模拟真实工艺生产下，质软的橡胶材料与质硬的复合材料粘接界面剥离时的强度，还原真实粘接效果。

Description

一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验方法，具体是一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法。

背景技术

国标试验中GB/T 19519试验中关于端部装配件及界面试验中，没有体现橡胶材料与复合材料界面粘接强度的试验，无法有效通过试验数据体现橡胶材料与复合材料界面的剥离强度与粘接效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，该试验方法能够有效通过试验数据表征橡胶材料与复合材料界面的粘接强度。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术手段如下：一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，包括如下步骤：

制作试验样块，该试验样块包括复合样块、粘接在该复合样块上的橡胶样块，该试验样块具有橡胶与复合材料的粘接界面；

通过试验机固定上述复合样块，在上述橡胶样块上沿上述粘接界面方向施加作用力；

获取上述粘接界面剥离时的最大剪切强度。

采用上述试验方法，可以通过实际试验模拟真实工艺生产下，质软的橡胶材料与质硬的复合材料粘接界面剥离时的强度，还原真实粘接效果，获取的橡胶样块剥离时的最大剪切强度即可表征橡胶材料与复合材料界面的粘接强度。

具体地，试验样块可以是直接生产成型得到的，也可以是先生产复合绝缘产品，然后再在复合绝缘产品上截取所需的试验样块。

优选地，上述作用力递增施加。优选地，施加作用力时，作用力缓慢线性增加，这样可以避免作用力突增损坏粘接界面，从而有效保护样块界面，作用力增加的速度越缓慢，试验样块界面剥离时的状态越稳定，试验效果越好。

优选地，上述作用力均匀施加于上述橡胶样块的受力表面。这样便于施加作用力，橡胶样块受力均匀，避免施力不均影响试验。

优选地，上述试验机为万能试验机或者压力机。试验机具有强大的数据处理能力和高可靠性，试验精度高，可以实现线性均匀施加作用力，使得复合样块和橡胶样块的粘接界面在不断的作用力施加过程中出现剥离，动态表征过程作用力与位移的变化，并方便地读取试验数据。

优选地，上述试验样块中心轴向对称。这样的试验样块便于精确加工出来，试验时也便于夹装操作，操作时各个方向都可以进行试验。

优选地，上述复合样块和上述橡胶样块均为长方体。这样使得复合样块和橡胶样块的表面形状规整，便于试验样块的加工和试验时的夹装操作，橡胶样块的受力表面也平整，便于均匀施力。

优选地，上述粘接界面位于上述复合样块与上述橡胶样块的长度方向，上述复合样块与上述橡胶样块的长度比为1.5:1。

优选地，在复合绝缘产品上截取上述试验样块，上述作用力沿复合绝缘产品轴向方向施加。这样能够保持原始粘接界面的弧度，还原真实粘接效果。

优选地，上述复合绝缘产品采用真空整体注射工艺将上述橡胶与上述复合材料粘接。通过整体注射工艺使塑化后的橡胶与涂层后的复合材料在模具高温高压中一段时间硫化成型，形成稳定的产品结构，过程环境保证橡胶材料与玻纤材料界面反应粘合，粘接强度好。

优选地，上述试验样块通过车削后再铣削制成。先车削再铣削使得加工精细度高，保证了试验样块受力表面的尺寸精度与表面精度，在受力时，橡胶样块不会因表面精度的影响破损或撕裂，能够最大限度保护样块界面，还原真实粘接效果。

上述橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法能够真实还原不同材质、特别是经过精度处理后的软硬材料界面的粘接效果；通过过程试验曲线选取数据计算得出产品实际过程中界面的粘接强度，更有助于产品质量的控制，提高粘接界面的粘接效果的精度表征。

附图说明

图1是本发明实施例一的复合绝缘子100的剖视图；

图2是本发明实施例一的产品段102的剖视图；

图3是本发明实施例一的单位段101的剖视图；

图4是本发明实施例一的试验样块140的立体图；

图5是本发明实施例一的对试验样块140施加作用力F的平面示意图；

图6是本发明实施例一的作用力F的示意图。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，包括如下步骤：

S1、制作试验样块，具体包括：

S01：生产复合绝缘产品，该复合绝缘产品具有橡胶与复合材料的粘接界面。

本发明的复合绝缘产品包括绝缘体和包覆在绝缘体外表面的绝缘层，绝缘体采用复合材料，绝缘层采用橡胶，绝缘体和绝缘层相接触连接的界面即粘接界面。先生产绝缘体，再在绝缘体的外表面包覆绝缘层形成复合绝缘产品。

其中，绝缘体由树脂胶液和纤维增强体经缠绕或拉挤工艺成型。具体地，绝缘体可选为空心的绝缘管或实心的绝缘棒，空心的绝缘管通常为由树脂胶液和纤维增强体经缠绕成型，一般步骤为纤维增强体经过树脂胶液槽浸渍，浸渍有树脂胶液的纤维增强体在芯模上缠绕，再经由固化脱膜等步骤形成；实心的绝缘棒通常由树脂胶液和纤维增强体经拉挤成型，一般步骤为纤维增强体经过树脂胶液槽中浸渍，浸渍有树脂胶液的纤维增强体在牵引力作用下通过挤压模具后，再经由固化形成。

其中，纤维增强体可选为玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维等，具体可为纱、毡或布等，如玻璃纤维纱、或芳纶纤维布。

其中，树脂可选为环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯或酚醛树脂中的一种或几种。

其中，树脂中还包括固化剂，固化剂选自酸酐系固化剂，具体选自甲基四氢苯酐、苯酐、四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、或甲基纳狄克酸酐中的一种或几种。

绝缘层由橡胶材料经真空整体注射成型。具体地，橡胶材料可选用硅橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶、三元乙丙橡胶等材料。在模具中放置好绝缘体，将橡胶原材料注入模具中经抽真空后在绝缘体的外表面硫化成型形成绝缘层，可采用室温硫化成型或高温硫化成型。

其中，在注射成型之前，在绝缘体的外表面均匀涂覆一层偶联剂以增强成型后绝缘层与绝缘体之间的粘接强度。

其中，偶联剂优选选自界面粘合剂。更优选地，偶联剂选自γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷等改性硅烷聚合物；或聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯等聚酯类有机物，或硅油、二甲基硅油等有机硅氧化物，也可以是硅酸盐、磷酸盐和磷酸-氧化铜等无机粘料常用的界面粘合剂。

其中，复合绝缘产品为空心复合绝缘子或实心支柱绝缘子或线路绝缘子或复合绝缘套管等常见复合绝缘产品。

S02：在该复合绝缘产品上截取试验样块，该试验样块包括复合样块和粘接在该复合样块上的橡胶样块。

具体地，先将复合绝缘产品制成单位区段，再将单位区段加工制成试验样块，过程中注意界面保护，避免损坏粘接界面影响试验结果。

具体地，先将复合绝缘产品车削成单位区段，再将单位区段车削成相应尺寸结构的初加工样块，再对初加工样块进行铣削，使用铣工进行精度处理得到最终的试验样块，处理过程中需注意不能破坏粘接界面。铣削加工精细度高，保证了试验样块受力表面的尺寸精度与表面精度，在受力时，橡胶样块不会因表面精度的影响破损或撕裂，能够最大限度保护样块界面，还原真实粘接效果。

其中，复合绝缘产品的绝缘层一般为伞裙，伞裙一般包括护套和位于护套外间隔突出设置的伞部。单位区段的结构可选为复合绝缘产品上去除伞部的一段，或者也可选为包含伞部结构，可以是包含一个完整的伞部单元，也可以是部分的伞部单元。

其中，为了便于精确加工出来，试验时也便于夹装操作，操作时各个方向都可以进行试验，试验样块中心轴向对称。试验样块的形状可选为长方体、圆柱、圆锥、圆台、台阶体中的任一种。

在一具体的实施例中，复合样块与橡胶样块均为长方体，粘接界面位于复合样块与橡胶样块的长度方向。这样，复合样块与橡胶样块形成一台阶体。

其中，复合样块与橡胶样块的长度比可选为1:1或1.5:1或2:1或其他比例。

S2、通过试验机固定复合样块，在橡胶样块上沿粘接界面方向施加作用力。

其中，试验机为万能试验机或者压力机。万能试验机可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切等多项性能试验，且有测量范围宽、精度高、响应快等特点，工作可靠，效率高，可对试验数据进行实时显示记录、打印。压力机由电机经过传动机构带动工作机构，对工件施加作用力，工作平稳、工作精度高、操作条件好。

其中，作用力缓慢递增施加，可以避免作用力突增造成橡胶样块损坏，保证试验效果。优选地，作用力线性递增施加，斜率越小越好。

其中，作用力均匀施加于上述橡胶样块的受力表面的中心位置。这样便于施加作用力，橡胶样块受力均匀，避免施力不均影响试验。

在一具体的实施例中，复合绝缘产品为圆柱体，则粘接界面为圆柱面，作用力在试验样块上沿复合绝缘产品的轴向方向施加，这样能够保持原始粘接界面的弧度，还原真实粘接效果。

S3、获取上述粘接界面剥离时的最大剪切强度。

施加作用力后，随着作用力的增长，橡胶样块与复合样块之间的粘接界面在不断的作用力的施加过程中出现剥离，根据试验机上记录的作用力增长曲线可以动态表征试验过程中作用力与位移的变化关系，取作用力曲线首个波峰对应的作用力即为最大界面粘接作用力，该最大界面粘接作用力所对应的最大剪切强度即为粘接界面的粘接强度，具体地，粘接强度＝最大界面粘接作用力/粘接面积。

依据本发明的橡胶与复合材料粘接强度试验方法能够真实还原不同材质、特别是经过精度处理后的软硬材料界面的粘接效果；通过过程试验曲线选取最大界面粘接作用力，以此计算得出产品实际过程中粘接界面的粘接强度，更有助于产品质量的控制，提高粘接界面的粘接效果的精度表征。本发明的试验方法适用于复合材料、橡胶材料自身的强度高于两者之间的粘接强度的产品，这样能够保证试验的准确性。

根据上述试验方法，可以选取同一复合绝缘产品不同部位的相同形状的试验样块，测试不同部位的橡胶与复合材料粘接界面的粘接强度；也可以选取采用不同偶联剂的复合绝缘产品上的相同形状的试验样块，对比采用不同偶联剂后的粘接强度；也可以根据需求进行其他对比试验。

本发明不局限于此，也可以是直接生产出相应结构的试验样块用于试验，此时无需先生产复合绝缘产品再截取试验样块，操作步骤更简单。

以下结合具体的实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例一：

一种橡胶与复合材料粘接界面强度试验方法，结合图1-6，包括如下步骤：

S1、制作试验样块，具体包括：

S01：生产复合绝缘产品：

参见图1，复合绝缘产品为复合绝缘子100，包括空心的绝缘管110和包覆在绝缘管上的硅橡胶伞裙120，包括如下具体步骤：

S001、制备绝缘管110，绝缘管110采用环氧树脂胶液浸渍玻璃纤维纱经缠绕固化工艺成型，固化剂选用甲基四氢苯酐固化剂。

S002、在绝缘管110外均匀涂覆一层乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷偶联剂。

S003、在绝缘管110的外表面真空整体注射高温硫化硅橡胶形成硅橡胶伞裙120。绝缘管110与硅橡胶伞裙120之间的圆柱面为粘接界面130。

S02：从复合绝缘产品上截取试验样块，包括如下具体步骤：

S004、将复合绝缘子100制成如图3所示的单位区段101。具体地，先沿与复合绝缘子100轴线相垂直的平面截取一段如图2所示的产品段102，产品段102表面具有硅橡胶伞裙120，再将产品段102表面车削处理成形成圆柱状的单位区段101。

S005、将单位区段101加工成如图4所示的试验样块140。先将单位区段101车削为相应尺寸的试验样块140，再对试验样块140进行铣削加工使其达到精度要求。试验样块140可以沿复合绝缘子100的轴向或者径向或者其他方向取样。

参见图4，试验样块140具有复合样块141和粘接在复合样块141上的橡胶样块142。复合样块141和橡胶样块142均为长方体，沿长度方向粘接，复合样块141的长度(记为L1)和橡胶样块142(记为L2)的长度比为1.5:1，复合样块141的宽(记为W1)和橡胶样块142的宽(记为W2)相等，复合样块141的高(记为H1)和橡胶样块142的高(记为H2)相等。粘接界面130位于复合样块141和橡胶样块142的长度方向，为圆弧面，试验样块140中心轴向对称。

具体地，在本实施例中，设定试验样块140的尺寸为：L1＝30±0.5mm，L2＝20±0.5mm，W1＝W2＝15±0.5mm，H1＝H2＝7±0.5mm。试验样块140的长度方向沿复合绝缘子100的轴向取样。

S2、参见图5，通过万能试验机(图中未示出)夹持复合样块141长度方向上的两个侧面从而固定住复合样块141，在橡胶样块142的侧面沿粘接界面130施加作用力F直至橡胶样块142沿粘接界面130从复合样块141上剥离，具体地，作用力F在试验样块140上沿复合绝缘子100的轴向方向施加(圆柱面的母线方向)。作用力F的曲线如图6所示，横轴表示位移，纵轴表示力，首个波峰对应的作用力即为最大界面粘接作用力F_max，图6中仅显示包含波峰F_max的部分曲线。

S3、从万能试验机显示的试验数据中记录F_max对应的最大剪切强度σ_max即橡胶与复合材料的粘接强度。具体地，粘接强度σ_max＝剥离时对应最大作用力F_max/(橡胶试块宽度W2*橡胶试块长度L2)。

本实施例中，依据上述试验方法和设定的尺寸，在同一复合绝缘子100上选择三个不同部位制作出三个试验样块进行试验，将与计算粘结强度σ_max相关的试验数据记录如表1所示。

表1试验数据记录

根据上述试验方法加工出上述相应尺寸的试验样块并进行试验，可以测出上述试验样块的界面剥离强度。试验中，选取相同尺寸的三个试验样块所试验出的粘接强度σ_max的数值相近似，可以说明该试验方法的稳定性，能够准确有效通过试验数据表征橡胶材料与复合材料界面的粘接强度，上述试验方法是可行的。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，所不同的是橡胶样块宽度W2＝10mm±0.5，其余均与实施例一相同，加工出一个试验样块-试样四进行试验并将试验数据记录如表2所示。

表2试验数据记录

本实施例中，改变了橡胶样块宽度进行试验，与实施例一中表1的数据相对比，不同尺寸下所测得的粘接强度σ_max的数值仍然相近似，进一步说明了该试验方法的稳定性。

实施例三：

本实施例与实施例二基本相同，所不同的是本实施例中采用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，其余均与实施例二相同，加工出一个试验样块-试样五进行试验并将试验数据记录如表3所示。

表3试验数据记录

本实施例中，改变了偶联剂的组分，与实施例二中表2的数据相对比，可以知道采用乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷偶联剂的粘接强度大于采用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的粘接强度，通过该试验可以有效表征橡胶材料与复合材料界面的粘接强度，帮助在生产加工过程中选择粘接强度更好的工艺、材料，提升复合绝缘产品的橡胶与复合材料的界面粘接性能。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作试验样块，所述试验样块包括复合样块和粘接在所述复合样块上的橡胶样块，所述试验样块具有橡胶与复合材料的粘接界面；

通过试验机固定所述复合样块，在所述橡胶样块上沿所述粘接界面方向施加作用力；

获取所述粘接界面剥离时的最大剪切强度。

2.如权利要求1所述橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述作用力递增施加。

3.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述作用力均匀施加于所述橡胶样块的受力表面。

4.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述试验机为万能试验机或者压力机。

5.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述试验样块中心轴向对称。

6.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述复合样块和所述橡胶样块均为长方体。

7.如权利要求6所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述粘接界面位于所述复合样块与所述橡胶样块的长度方向，所述复合样块与所述橡胶样块的长度比为1.5:1。

8.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：从复合绝缘产品上截取所述试验样块，所述作用力沿所述复合绝缘产品的轴向方向施加。

9.如权利要求8所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述复合绝缘产品采用真空整体注射工艺将所述橡胶与所述复合材料粘接。

10.如权利要求1所述的橡胶与复合材料界面粘接强度试验方法，其特征在于：所述试验样块通过车削后再铣削制成。