CN203396688U - 一种复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置，包括有材料试验机、剪切底座、上压块、外套、垫环、测试件，测试件为由缠绕或布卷法成型的复合材料芯轴与芯轴外层套粘合而成，芯轴凸出于芯轴外层套；上压块同心置于测试件芯轴凸起一端的上方，测试件另一端架在垫环上，并使芯轴外层套架在垫环内沿上。该实用新型设计合理、操作简单、可在任何满足工况条件的材料试验机进行测试，能为复合桥塞设计工程师提供更接近真实工况的剪切强度数据，进而提高研发效率，提升研发质量。

Description

一种复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置

技术领域

本发明涉及一种复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置。

背景技术

在油气田封堵工艺中常使用桥塞。目前先进的桥塞都采用聚合物复合材料替代传统金属材料，以提高井下工作效率。芯轴及芯轴外层套构成桥塞的骨架，串联起桥塞的密封组件、定位组件、丢手组件等。桥塞的芯轴及芯轴外层套均由玻纤布或玻璃纤维增强热固性树脂经缠绕工艺或布卷工艺成型制作。桥塞坐封时，坐封力沿芯轴轴向作用于密封组件上实现桥塞的坐封和定位，该坐封力通过密封组件和丢手作用于芯轴外层套，使芯轴外层套与芯轴的粘合界面承受巨大剪切力。桥塞坐封完成后，工作状态下承受几十到上百MPa压差，该压差沿轴向作用于芯轴及外层套。因此复合材料粘合体的界面剪切力必须高于上述坐封力及工作压差，才能保证桥塞的正常使用。

目前，用于检测复合材料层间剪切强度的方法和标准有ASTM D2344-00短梁剪切法、ASTM C1425-05双槽口压缩法和GB1450-2005压剪法。

ASTM D2344-00短梁剪切法对圆柱形层状复合材料提供了一种剪切强度测试方法，其取样及测试方式和夹具如图1所示，待测样品的取样方式为沿着层间缠绕的方向周向切取一段规定厚度的弧面，这种测试方法简单易行被行业广泛使用。但是，这种方法待测样品的受力方式与桥塞芯轴及芯轴与外层套粘合件在工作时所受轴向剪切力不一样，材料的破坏方式和机理也不一样。

ASTM C1425-05双槽口压缩法示意图见图2，GB1450-2005压剪法测试示意图见图3。这两种方法均用于测试平板状层压复合材料剪切强度测试，两个标准所提供的剪切测试夹具只适用于块状层压复合材料。

CN202196007U公开了一种剥离强度测试装置，包括一个框架，在所述框架的下部设置有一组固定支架，在所述框架的上部中间设置有一通孔，所述通孔中设置螺杆，所述螺杆顶部设置把手，所述螺杆底部连接拉力计，所述拉力计底部通过钢丝绳连接粘结片，所述通孔的一段设置有螺母，所述螺杆通过螺母固定在通孔中；该实用新型方便对不同配方样品进行剪切强度对比测试，体积小巧，成本低，容易转移到不同位置和环境进行拉伸剪切强度测试。

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实用新型内容

实用新型目的在于提供一种复合材料粘合界面剪切强度测试装置，特别适合预测复合桥塞的芯轴与芯轴外层套粘合体在实际工作中所能承受的界面剪切强度。

一种复合材料粘合界面剪切强度测试装置，包括有材料试验机、上压块、测试件，其特征在于测试件为由缠绕工艺或布卷工艺成型的复合材料制成的芯轴、芯轴外层套，两者粘合而成，芯轴凸出于芯轴外层套，芯轴中心有轴孔；芯轴凸出于芯轴外层套的一端上方置有上压块，上压块有一凸起，其直径等于或略小于芯轴中心的轴孔，可插入芯轴轴孔中，用于定位测试件；测试件下方同轴置有一垫环，垫环内径等于或略大于芯轴外层套内径，垫环外径大于芯轴外层套外径。

最好垫环内侧与测试件接触的一面有凹台，凹台的直径略大于测试件芯轴的外径，使芯轴外层套底面刚好搭接在凹台上，凹台仅支撑芯轴外层套。

本实用新型的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，最好在垫环下再增置剪切底座，垫环下方有凸起，而剪切底座相对位置有凹槽，使垫环进一步固定在剪切底座上，如垫环底部有一圈凸起，可卡在剪切底座上对应的凹槽里；还可以在剪切底座外沿再套一管状的外套，将上压块、测试件、垫环所形成的工作区圈于其中，使操作更加安全可靠。

本实用新型最好上压块外径大于芯轴外层套外径。

本实用新型最好垫环的内径与芯轴外层套内径之差为0.1～1mm。

本实用新型最好垫环架起测试件的有效高度大于5mm。

测试时，根据所测的位移和载荷获得相应的曲线及数值，计算剪切强度。如无特殊要求，本实用新型的材料采用常规钢材即可。

本实用新型可测试缠绕法及布卷法成型的圆柱形复合材料粘合界面的轴向剪切强度。

使用本实用新型，可根据桥塞的实际工作温度和坐封时的加载速度，在材料试验机上设定相应的实验温度和剪切力加载速率，以最接近实际工况的测试条件进行测试并计算剪切强度。

本实用新型特别适合预测复合桥塞的芯轴与芯轴外层套粘合体在实际工作中所能承受的界面剪切强度，该实用新型设计合理、操作简单、可在任何满足工况条件的材料试验机进行测试，应用本实用新型所得的剪切强度能为桥塞设计工程师提供更接近真实工况的数据，进而提高研发效率，提升研发质量。

附图说明

图1为现有技术中短梁剪切层间剪切测试示意图

图2为现有技术中双槽口层间剪切示意图

图3为现有技术中压剪法层间剪切示意图待测样品侧视图、主视图

图4一种应用本实用新型的复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置示意图

图中：1——上压块、2——外套、3——剪切底座、4——测试件、5——垫环、4-1——芯轴外层套、4-2——芯轴。

具体实施方式

实施例：

使用图4所示的复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置，本实施例仅是本实用新型的一种实施方式，并不代表全部形式。

测试件为由缠绕工艺或布卷工艺成型的复合材料芯轴4-2与芯轴外层套4-1粘合而成，芯轴凸出于芯轴外层套。

将剪切底座3置于万能材料试验机的下压台上；将测试件4的芯轴与芯轴外层套平齐的一端同轴架在垫环5上，更具体地说芯轴外层套架在垫环内沿凹台上；上压块有一凸起，其直径等于或略小于芯轴中心的轴孔，即凸起形状大小与轴孔切合，可插入芯轴轴孔中，用于定位测试件。将上压块的凸起插入测试件4芯轴凸起一端的芯轴中心轴孔中。垫环底部中间有一圈凸起，可卡在剪切底座上对应的槽里；外套2为管状，一端卡在剪切底座外沿，作为工作面的防护；剪切底座置于材料试验机的下压台上。垫环架起测试件的有效高度最好大于5mm。所谓垫环架起测试件的有效高度即为测试件最下端至剪切底座之间的高度。

设定测试温度及加载速率即可启动试验机进行测试。

根据所测载荷以及待测样品的剪切面积，计算剪切强度。

Claims (8)

1.一种复合材料粘合界面轴向剪切强度测试装置包括有材料试验机、上压块、测试件，其特征在于测试件为由缠绕工艺或布卷工艺成型的复合材料制成的芯轴、芯轴外层套，两者粘合而成，芯轴凸出于芯轴外层套，芯轴中心有轴孔；芯轴凸出于芯轴外层套的一端上方置有上压块，上压块有一凸起可插入轴孔中用于定位；测试件下方同轴置有一垫环，垫环内径等于或略大于芯轴外层套内径，垫环外径大于芯轴外层套外径。

2.根据权利要求1所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于垫环内侧与测试件接触的一面有凹台，仅支撑芯轴外层套。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于在垫环下有剪切底座，垫环下方有凸起，而剪切底座相对位置有凹槽，使垫环进一步固定在剪切底座上。

4.根据权利要求3所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于垫环底部有一圈凸起，可卡在剪切底座上对应的凹槽里。

5.根据权利要求3所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于在剪切底座外沿再套一管状的外套，将上压块、测试件、垫环所形成的工作区圈于其中。

6.根据权利要求1所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于上压块外径大于芯轴外层套外径。

7.根据权利要求1所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于垫环的内径与芯轴外层套内径之差为0.1～1mm。

8.根据权利要求1所述的复合材料粘合界面剪切强度测试装置，其特征在于垫环架起测试件的有效高度大于5mm。

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