TCSTM00444-2023粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗方法十字交叉法

ICS81.060.30

CCSQ30

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTM00444—2023

粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度

試驗方法十字交叉法

Testmethodforinterfacialbondstrengthofadhesive-Cross-bondedmethod

2023-03-17發(fā)布2023-06-17實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

粘結(jié)劑的粘結(jié)界面拉伸與剪切強(qiáng)度試驗方法十字交叉法

重要提示：使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了在室溫下采用十字交叉法測量不同材料或相同材料之間通過粘結(jié)劑結(jié)合后的界面拉

伸和剪切強(qiáng)度的試驗方法，并對試樣制備方法、試驗步驟、加載速率、數(shù)據(jù)采集和報告程序等進(jìn)行了規(guī)

范。

本文件適用于陶瓷磚水泥基膠粘劑、水泥混凝土界面處理劑、玻璃膠和無機(jī)高溫膠，其他類型的粘

結(jié)劑可參照使用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T1216外徑千分尺

GB/T16825.1靜力單軸試驗機(jī)的檢驗第1部分：拉力和（或）壓力試驗機(jī)測力系統(tǒng)的檢驗與校

準(zhǔn)

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

十字交叉試樣cross-bondedsample

試樣為兩個大小形狀相同的矩形截面長條，以十字交叉的形式粘結(jié)在一起，如圖1所示。

注1：用來制作十字交叉試樣的兩個條形試樣的材質(zhì)可以是相同的，也可以是不同材料。

注2：兩個試樣應(yīng)互相垂直且居中對稱，偏差不超過±1°(α=90°±1°)。

T/CSTM00444—2023

圖1十字交叉試樣的示意圖

3.2

拉伸斷裂載荷tensilefractureload

拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗中施加到十字交叉試樣上界面開裂時所對應(yīng)的最大載荷。

3.3

界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度interfacialtensilebondingstrength

界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗中施加到十字交叉試樣界面上的最大拉伸應(yīng)力。

3.4

剪切斷裂載荷shearfractureload

剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗中施加到十字交叉試樣上界面開裂時所對應(yīng)的最大載荷。

3.5

界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度interfacialshearbondingstrength

界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗中施加到十字交叉試樣界面上的最大拉伸應(yīng)力。

4原理

通過對十字交叉試樣施加壓縮載荷，在粘結(jié)劑所在的界面處產(chǎn)生均勻的拉伸或剪切應(yīng)力。以某一恒

定的速率加載直至界面斷開，利用界面開裂時對應(yīng)的最大載荷值和粘結(jié)面積計算拉伸或剪切粘結(jié)強(qiáng)度。

對于界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測試，施加壓縮載荷在粘結(jié)界面處產(chǎn)生單軸的界面拉伸應(yīng)力，如圖2(a)所示。對

于界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度測試，壓縮載荷作用在豎直的小方柱上，在粘結(jié)界面上產(chǎn)生界面剪切應(yīng)力，如圖

2(b)所示。

1

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a）界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗中十字交叉試樣承載方式、支撐面和粘結(jié)面示意圖

b)界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗中十字交叉試樣承載方式、支撐面和粘結(jié)面示意圖

標(biāo)引序號說明：

1——粘結(jié)界面；

F——載荷；

q——支撐面反作用力。

圖2測量十字交叉試樣的界面拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度示意圖

5儀器和設(shè)備

5.1試驗機(jī)

符合GB/T16825.1規(guī)定的試驗機(jī)，應(yīng)具有均勻的加載速率，載荷測量精度不低于1%。

5.2量具

符合GB/T1216規(guī)定，精度為0.01mm的量具，也可以采用精度高于0.01mm的測量儀器。

5.3試驗夾具

試驗夾具如圖3所示。壓頭頂端應(yīng)加工成雙向圓弧狀，從而在加載過程中在壓頭頂部實現(xiàn)點接觸形

式，避免在試樣上產(chǎn)生不均勻的壓應(yīng)力,如圖3（a）所示。也可采用將軸承球鑲嵌在一個矩形壓頭的中

心，如圖3（b）所示。選用合適并且凹槽寬度可調(diào)的支撐夾具，可以讓十字交叉試樣能自由地插入夾具

2

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中，并且光滑接觸，如圖3（c）所示。在整個加載過程中，夾具應(yīng)保持彈性狀態(tài)。夾具采用淬火后的硬

質(zhì)鋼或陶瓷材料，其彈性模量應(yīng)高于200GPa，硬度應(yīng)高于3GPa。

加載壓頭僅適用于界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗。計算界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度時，需考慮加載壓頭本身的重量，

避免產(chǎn)生不均勻的拉應(yīng)力，試樣寬度應(yīng)與加載壓頭寬度保持一致，即b=b3。支撐夾具上下平面的裝置平

行度偏差應(yīng)不大于0.01mm，表面應(yīng)平整光滑。當(dāng)把十字式交叉試樣插入試驗夾具中時，如圖5和圖6所

示，應(yīng)保持試樣插入部分與支撐夾具內(nèi)表面光滑接觸，在移動過程中避免產(chǎn)生摩擦。壓頭的厚度應(yīng)略小

于壓槽寬度，壓頭的壓槽深度應(yīng)略大于試樣厚度。即：b3＜b1，h3＞h。

a)界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗中加載用的弧形加載壓頭

b)界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗中加載用的球形加載壓頭

c)界面拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗中的支撐裝置

圖3試驗夾具示意圖

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6試樣

6.1試樣尺寸

粘結(jié)前的試樣條為具有矩形或正方形截面的小方柱，如圖4所示。相鄰截面的垂直度應(yīng)在90°±1°以

內(nèi)，表1給出了推薦試樣和夾具的尺寸，多孔材料及非致密性材料等可根據(jù)尺寸要求條件調(diào)整。推薦試

樣截面為10mm×10mm，長度應(yīng)大于30mm且小于50mm，試樣條厚度可根據(jù)實際情況略小于10mm。相

對平面的平行度偏差不超過0.04mm，試樣不倒角。如果粘結(jié)劑均勻性相對較差，可適當(dāng)放大試樣截面

積，小方柱長度和偏差也應(yīng)按照比例相應(yīng)放大。以測試界面拉伸或剪切粘結(jié)強(qiáng)度時小方柱不發(fā)生斷裂的

尺寸為放大極限。如果試樣截面為10mm×10mm時，測試界面拉伸或剪切粘結(jié)強(qiáng)度時小方柱發(fā)生斷裂，

則可以按比例適當(dāng)縮小試樣截面積、小方柱長度和偏差，直至測試界面拉伸或剪切粘結(jié)強(qiáng)度時小方柱不

發(fā)生斷裂。

圖4矩形截面梁試樣示意圖

表1十字交叉試樣和夾具的尺寸

單位為毫米

尺寸物理意義大小偏差

l試樣條長度5b＞l＞3b/

b試驗條寬度10±0.2

h試驗條厚度10±0.2

6.2試樣制備

6.2.1概述

根據(jù)測量目的選擇不同的粘結(jié)方法，可以采用任何的化學(xué)或物理的粘結(jié)方法。對于多組分的粘結(jié)劑，

在使用之前需按照比例充分?jǐn)嚢杌旌稀Ｖ苽淝?，試樣粘結(jié)表面不需要拋光，但需要保持試樣平整干凈，

必要時，制備十字交叉試樣前可根據(jù)使用要求按照一定溫度和時間進(jìn)行烘干處理。每兩個條狀試樣粘結(jié)

制成十字交叉試樣，如圖1所示。常見的固體材料粘結(jié)劑的制備方法簡述如下：

a）陶瓷磚水泥基膠粘劑：攪拌好后的膠粘劑先粘結(jié)在混凝土小方柱上，根據(jù)需要涼置5min-20min

后，再把陶瓷磚小方柱粘結(jié)上，粘結(jié)后陶瓷磚小方柱水平置于上方，然后用適宜的砝碼從陶瓷磚小方柱

上壓整個粘結(jié)好的十字交叉試樣一定時間。取下砝碼隨后用刮刀刮掉粘結(jié)面邊緣多余的膠粘劑。然后可

參考相關(guān)規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、浸水、耐熱、凍融循環(huán)等處理后進(jìn)行相應(yīng)的測試。

b）水泥混凝土界面處理劑：將攪拌好后的界面處理劑劑先粘結(jié)在一條砂漿小方柱上，再把另一條

砂漿小方柱粘結(jié)上，然后水平放置，用適宜的砝碼壓整個粘結(jié)好的十字交叉試樣一定時間。取下砝碼隨

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后用刮刀刮掉粘結(jié)面邊緣多余的界面處理劑。然后可參考相關(guān)規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、浸水、耐熱、凍融循環(huán)等

處理后進(jìn)行相應(yīng)的測試。

c）玻璃膠：玻璃膠可用于粘結(jié)玻璃、陶瓷、金屬、硬質(zhì)塑料、鋁塑板、石材、木材、磚瓦等材料，

對于實際使用時用于粘結(jié)哪種材料就使用對應(yīng)的材料進(jìn)行試驗。將攪拌好后的玻璃膠粘結(jié)使用的相應(yīng)兩

條小方柱上，然后水平放置，用適宜的砝碼或者外力壓整個粘結(jié)好的十字交叉試樣一定時間。取下砝碼

或卸載外力隨后用刮刀刮掉粘結(jié)面邊緣多余的玻璃膠。然后可參考相關(guān)規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)等處理后進(jìn)行相應(yīng)

的測試。

d）無機(jī)高溫膠：主要用于粘結(jié)金屬材料、高溫耐火材料及高溫窯爐襯材料等。對于實際使用時用

于粘結(jié)哪種材料就使用對應(yīng)的材料進(jìn)行試驗，將攪拌好后的高溫膠粘結(jié)使用的相應(yīng)兩條小方柱上，然后

水平放置，用適宜的砝碼或者外力從壓整個粘結(jié)好的十字交叉試樣一定時間。取下砝碼或卸載外力隨后

用刮刀刮掉粘結(jié)面邊緣多余的無機(jī)高溫膠。然后可參考相關(guān)規(guī)定進(jìn)行高溫等處理后進(jìn)行相應(yīng)的測試。

6.2.2試樣保存

試樣要輕拿輕放，以免損傷試樣。存放試樣時應(yīng)相互隔離，避免彼此碰撞。

6.2.3試樣數(shù)量

測量界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度或界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試樣均不少于10個。

7試驗步驟

7.1試驗機(jī)和加載速度

采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗，試驗時間應(yīng)控制在10s到30s之內(nèi)，保證在十字

交叉試樣界面斷裂時獲得最大的拉伸強(qiáng)度，推薦加載速度為1mm/min。

7.2準(zhǔn)備試樣

應(yīng)按照使用說明書粘結(jié)試樣條，得到十字交叉試樣。在試驗前應(yīng)檢查十字交叉粘結(jié)試樣，兩個試樣

條應(yīng)相互垂直，并清除粘結(jié)界面區(qū)周圍多余的粘連點。

對于在剪切試驗中的十字交叉試樣，在垂直試樣的上表面靠近界面處貼上軟膠帶或加工成斜面，使

上表面與加載壓頭接觸點靠近粘結(jié)面，避免在加載過程中產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。

7.3界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的測量

測量拉伸粘結(jié)強(qiáng)度時，如圖5所示在夾具中擺放試樣，保證十字交叉試樣在放入夾具中能自由進(jìn)入。

在加載壓頭的底面粘結(jié)一塊軟膠帶，保證壓頭和試樣之間的均勻接觸。壓頭寬度應(yīng)與試樣寬度相同，壓

頭下表面應(yīng)與下面的水平小柱平行。以某一速率施加載荷直至界面斷開，記錄斷裂時的最大載荷值。

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a)弧形壓頭

b）球形壓頭

圖5測量界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度十字交叉試樣和夾具的示意圖

7.4界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的測量

測量剪切粘結(jié)強(qiáng)度時，如圖6所示在夾具中擺放試樣。在加載壓頭底部固定一塊軟膠帶，保證壓頭

和試樣之間的均勻接觸。以某一速率施加載荷直至界面斷開，記錄斷裂時的最大載荷值。

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圖6測量界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度十字交叉試樣和夾具的示意圖

7.5界面粘結(jié)面積測量

使用分辨率為0.02mm的游標(biāo)卡尺測量斷裂后界面的長度和寬度，計算界面粘結(jié)面積。

7.6環(huán)境條件測量

測量并記錄試驗過程中試驗環(huán)境的溫度和相對濕度。

7.7界面破壞模式的記錄

7.7.1粘結(jié)劑破壞

發(fā)生在粘結(jié)劑和試樣條的界面處破壞，如果兩個試樣條不同，應(yīng)明確記錄破壞發(fā)生在與其粘結(jié)的試

樣條。

7.7.2粘結(jié)劑內(nèi)聚破壞

發(fā)生在粘結(jié)劑粘結(jié)層內(nèi)部的破壞。

7.7.3試樣條內(nèi)聚破壞

發(fā)生在試樣條內(nèi)部的破壞，如果兩個試樣條不同，應(yīng)明確記錄破壞發(fā)生所在試樣條。在此情況下，

粘結(jié)劑的界面粘結(jié)強(qiáng)度大于試驗值。

8結(jié)果計算

8.1界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的計算

8.1.1界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的計算公式

8.1.1.1界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度是通過拉伸斷裂載荷和粘結(jié)面積計算所得，如公式（1）所示:

Pc

t……（1）

A1

式中：

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t——界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

Pc——斷裂載荷，單位為牛頓（N）；

2

A1——拉伸試驗中粘結(jié)面積，單位為平方毫米（mm）。

8.1.1.2界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度按如下所述計算：

a)計算10個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值；

b)舍去超出平均值±20%的值；

c)如果保留的數(shù)據(jù)不少于5個值，視為有效數(shù)據(jù)，重新計算平均值；

d)如果保留的數(shù)據(jù)少于5個值，重新進(jìn)行試驗。

8.1.2界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差

對于有效界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)，界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的平均值t和標(biāo)準(zhǔn)偏差s分別按公式（2）

和公式（3）計算:

n

,it

i1………（2）

tn

n2/1

2

)(

,tit

si1…………………（3）

n1

式中：

,it——第i個試樣的界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

n——試樣的數(shù)量。

8.2界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的計算

8.2.1界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的計算公式

8.2.1.1界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度是通過剪切斷裂載荷和粘結(jié)面積計算所得，如公式（4）所示:

P

c…………（4）

A2

式中：

——界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

Pc——斷裂載荷，單位為牛頓（N）；

2

A2——剪切試驗中粘結(jié)面積，單位為平方毫米（mm）。

8.2.1.2界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度按如下所述計算：

a）計算10個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值；

b）舍去超出平均值±20%的值；

c）如果保留的數(shù)據(jù)不少于5個值，視為有效數(shù)據(jù)，重新計算平均值；

8

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d）如果保留的數(shù)據(jù)少于5個值，重新進(jìn)行試驗。

8.2.2界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差

對于有效界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)，界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差s分別按公式（5）

和公式（6）計算:

n

i

i1…………（5）

n

n2/1

2