接著劑是車輛輕量化的奇跡，以輕量化取代機械緊固件重量實現了黏結，並且可用於多種不同的基材，多年來一直可靠地完成這一任務。然而，振動和熱循環是膠的長期挑戰。

熱循環與振動是接著劑在現實中常面臨的挑戰。例如，飛機部件必須在地球上層大氣的極寒環境和停機坪上炎熱的夏日陽光下保持功能正常，汽車部件則需要在顛簸的坑窪路面上運行。振動和熱循環都會對接點造成磨損，但方式不同。選擇合適的接著劑有助於預測並減輕熱循環和振動帶來的風險。

失效模式

每種材料和每個接點都有其失效模式——找到失效點是選擇合適接著劑的第一步，“接著劑失效有三種類型”，H.B. Fuller 的客戶經理 Mekiyah Bailey 說道：

圖1. 接著劑失效有三種類型

1.接著劑失效

接著劑失效是指未能與基材黏接（圖1左）。當將兩種材料分開時，可能會發現它們之間沒有黏接——接著劑根本沒有黏住，未留下任何殘留物。

2.內聚失效

內聚失效發生在接著劑本身內部（圖1中）。當兩個基材（即被黏接的材料）在仍然黏附在一起的情況下分離，這就是內聚失效。在檢查黏接點時，會發現兩種基材上都有殘留物。“這是最好的失效類型，”Bailey 說道，“因為它表明接著劑正在黏附到組件上”，瞭解黏接與基材的強度高於接著劑內部強度是有用的資訊。

3.基材失效

或稱為基材破壞 (圖1右)，發生在接著劑的效果如此之好以至於基材本身失效。例如，當你將一塊金屬從另一塊已黏接的金屬上剝離時，如果金屬斷裂而不是接著劑失效，這就是基材失效。

還有其他失效模式，但這三種提供了實用的方法來檢查接著劑在熱循環和振動期間的長期性能。檢查這些失效模式需要在一系列條件下和從不同方向進行測試，以瞭解哪種接著劑最適合您的應用。

冷熱循環

飛機機翼中的部件可能會經歷從 -55°C 到 125°C 的溫度範圍。即使是最堅固的接著劑，這也是一個巨大的溫度範圍。探索接著劑如何應對這一溫度範圍的第一步是查看目標接著劑的技術資料表（TDS），瞭解其應用和工作溫度，再選用在指定範圍內工作的接著劑。

基材在熱循環中以不同的速率和方式回應。當兩個基材具有不同的熱膨脹係數（CTE）時，熱循環期間接著劑層會在黏接處反覆受到剪切和應力。當選擇用於連接將經歷極端溫度範圍的基材的接著劑時，關鍵是將接著劑的特性與材料的特性進行比較，並了解每種基材和接著劑的失效模式。

玻璃化轉變溫度（Tg）是選擇接著劑的另一個關鍵因素。高 Tg 表明接著劑在溫度升高時表現良好。

常見的接著劑測試方法

圖2. 測試方法

拉伸強度與溫度

許多接著劑的拉伸強度隨著溫度變化呈現出可預測的曲線。在室溫（20°C 至 25°C）下，拉伸強度較高，通常在製造商報告的範圍內。在中等升高的溫度（40°C 至 80°C）下，拉伸強度開始逐漸下降。在高溫（80°C 至 125°C）下，拉伸強度可能會急劇下降，甚至下降 20-50%。

剪切強度與溫度

接著劑的剪切強度取決於膠層厚度、重疊長度以及基材的剛性和材料模量的匹配度。大多數接著劑在溫度升高時表現出剪切強度的逐漸下降。這種典型模式在接近玻璃轉換溫度 Tg 時會出現強度的急劇下降。圍繞 Tg 條件進行規劃對於在溫度範圍內保持黏接至關重要。

剝離強度與溫度

熱循環由於反覆的熱膨脹係數 CTE 不匹配應力而導致疲勞。在應力集中處可能會出現微裂紋和介面空化。微裂紋沿部分預裂路徑傳播，從而改變失效位置。這種微裂紋傳播可能會降低測得的剝離力，並使這種失效模式變得不那麼可預測。
 

熱循環實驗與電腦建模

每家公司都有獨特的使用條件，這使得工程師不太可能完全依賴 TDS 中指定的條件。回答這些問題需要實驗和電腦建模。

實驗室測試是一種經過時間考驗的方法，用於評估接著劑在變化條件下的性能。熱循環室允許在溫度極端之間反覆迴圈。測試按照既定標準進行，例如 ASTM D1002（剪切強度）、ASTM D638（拉伸強度）和 MIL-STD-810（環境/耐久性）。

振動

振動為接點及其所用接著劑帶來了不同的應力源。來自數百萬次動態載入迴圈（例如，使用萬能測試機）的迴圈應力會逐漸削弱黏接強度。這種疲勞脫黏可能會導致接著劑失效，從而引發裂紋，這些裂紋隨後沿黏接介面傳播。內聚失效也會表現為裂紋沿黏接線傳播，這是由於迴圈運動導致接著劑變軟或變脆。

評估這些動態條件的影響需要疲勞測試、動態機械分析和加速振動測試。電腦建模可以類比實驗，並通過將結果擴展到未實際測試的條件來協助實際實驗。

疲勞測試

疲勞測試涉及在已知幅度下施加迴圈應力，並運行測試直至失效。此測試在多個應力水準下進行，結果繪製在 S-N 曲線上。這些曲線表明黏接在給定負載水準下的有效時間。FEA 可以預測黏接線在迴圈載入下的應力和應變分佈。由於接著劑需要材料準備，這也必須通過實驗測量，因此疲勞測試具有很強的實驗成分。

動態機械分析（DMA）

DMA 可以收集材料的黏彈性回應資料（即材料在應力下的流動或變形阻力、材料的能量存儲和剛度，以及彈性和黏性成分之間的關係）。這些資料作為模型的輸入，並允許在比實際測試更廣泛的範圍內進行推斷。

我們的專家可以幫助您選擇滿足您需求的接著劑。由於我們擁有包括 10,000 種不同接著劑的廣泛產品組合，我們還可以創新以應對特定的熱循環或振動挑戰。事實上，我們位於明尼蘇達州聖保羅的 H.B. Fuller 試點工廠是一個“從實驗室批次到全面生產的獨特擴展空間”，據 Mariaselvaraj 介紹。

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