对于环氧胶黏剂粘接的接头，必须进行专门的设计，以优化粘接性能。粘接接头由被粘物与夹在之间的胶层所构成，是结构部件上的不连续部分，起着传递应力的作用。接头强度取决于胶黏剂的内聚强度、被粘物本身的强度和胶黏剂与被粘物界面的结合强度。而实测强度主要由3者之中最薄弱环节所决定，但还受接头形式、几何尺寸和加工质量的影响。为使粘接的优点得到充分发挥，而将其缺点尽量规避，应设计合理的粘接接头结构。若是过分地追求环氧胶黏剂的高性能，却极大地忽视了粘接接头的合理性，其结果必然不能如愿以偿。只有进行合理的接头设计，才能获得良好的粘接效果。因此，粘接接头结构的合理与否是粘接成败的关键因素之一，不可小视。粘接接头的设计就是接头几何形状和尺寸大小的确定，其目的是使粘接接头与被粘材料具有几乎相同的承载能力。

 

 

    为了设计出合理的粘接接头形式，很有必要了解接头的受力情况。接头在使用时受力是相当复杂的，受到机械力和环境因素的综合作用，其中最主要的是机械力。各种复杂粘接接头胶层的受力形式都可分解为5种基本受力方式，即剪切力、拉伸力、压缩力、剥离力、不均匀扯离（劈裂）力，如图7-1所示。实际上则是几种应力的组合与变化。

 

 

    剪切力与胶层平行，实质为两个方向相反的拉伸力或压缩力，此时应力作用在整个粘接面积上，分布比较均匀，故可获得最大的粘接强度。

    拉伸力也称均匀扯离力，它与胶层垂直，均匀分布在整个粘接面积上。全部粘接面积承受应力亦可得到最大的粘接强度。

    压缩力也与胶层垂直，均匀分布在整个粘接面积上，纯粹承受压缩负荷，不容易破坏，但此类接头的应用有限。

    剥离力与胶层成一定角度，力作用在一条线上，容易产生应力集中，粘接强度比较低。

    不均匀扯离力作用在胶层的两个或一个边缘上，不是整个粘接面积，或者说是局部长度上受力，可认为是偏心拉伸力。应力分布不均匀，使粘接强度大为降低。

    以上所述只是接头承受的机械力，除此之外，在使用时还会同时受到热应力和环境因素的作用。

    热应力是由使用温度变化引起膨胀或收缩而产生的，特别是当被粘物与环氧胶黏剂热膨胀系数相差悬殊时影响很大。

 

 

    粘接接头的设计既是相当重要，又是极其复杂，应当充分体现合理、可靠、高效，既要考虑连接的方式，也要考虑被粘材料的特性，还要考虑胶黏剂的性能。目前尚无成熟的理论指导，只能根据粘接接头的受力类型及其特点，在粘接接头设计时遵循如下一些规则。

 

    （一）尽量使胶层承受剪切力和拉伸力

    一般的粘接接头都是拉伸、剪切和压缩强度比较高，而剥离、弯曲、劈裂强度比较低，即胶层承受剪切力和拉伸力的能力最大。因此，在设计粘接接头结构时，应尽量使胶层承受剪切力和拉伸力，或者设法将其他形式的力转换为能够承受剪切力或拉伸力。粘接接头主要承受剪切力时使用性能最好，而且也要考虑外力作用的有利方向。

 

    （二）尽量避免剥离和不均匀扯离

    因为剥离和不均匀扯离都为线受力，应力集中比较严重，致使粘接接头在受到剥离力和不均匀扯离力作用时承载能力都很低，所以在设计粘接接头结构时，应尽量避免剥离和不均匀扯离。若是无法实现，需要采取必要的增强措施予以改善或弥补。

 

    （三）尽可能地增大粘接面积

    在可能与允许的条件下尽量增大粘接面积，能够提高胶层承受负荷的能力，这是非常必要的，尤其对于结构粘接的可靠性更是一种有效的途径。像修补裂纹时开V形槽，增强加固时的补块等都是为了增大粘接面积。

 

    （四）设法防止层间剥离

    有些材料如酚醛胶布板、层压塑料、玻璃钢板、石棉板、纤维板、复合膜等层间强度很低，如果采用搭接或平接容易出现层间剥离，而使粘接强度降低，此时宜用斜接接头形式。

 

    （五）尽量避免应力集中

    在胶黏剂与被粘物界面上存在着因材料不同而引起的应力集中，在粘接时应尽量避免应力集中，整个粘接面积尽可能均匀受力。如果被粘物具有与环氧胶黏剂几乎相同的弹性模量，基本不会出现应力集中。被粘物硬度越大，应力分布越均匀，粘接强度越高。被粘物弹性模量越高、厚度越大，受力时不容易变形，粘接强度也越高。

 

    （六）不同材料的合理配置

    对于热膨胀系数相差很大的材料粘接，当温度变化时会在界面上产生热应力，如果是圆管的套接配置不当，就可能出现自行开裂。一般应该将热膨胀系数小的圆管套在热膨胀系数大的圆管的外面。

 

    （七）方便粘接工艺的实施

    粘接接头的结构应为粘接工艺的实施提供方便，如施胶、叠合、加压固化、检验等操作都能容易进行，不受妨碍。

 

    （八）保持胶层均匀连续

    胶层如果出现缺胶、厚度不均、气孔，就会造成应力集中，其结果都会降低粘接强度。必须使所设计的接头结构能够保证胶黏剂形成厚度适当、连续均匀的胶层，不包裹空气，易排除挥发物。

 

    （九）制造容易且美观价廉

    设计粘接接头的结构主要是满足强度和其他性能的要求，但也要考虑加工制造是否容易。如果所设计的接头形式尽管性能很好，但实际制造困难，费用太高，也不可能被采用。同时，接头的形式也要适当地照顾一下美观性。

 

    （十）容易装配与维修和检测

    粘接接头要与其他零件发生联系，不能给装配时带来困难，也要为以后的维修着想，还要考虑检测方便。

 

    （十一）减小内应力

    应当为环氧胶黏剂固化时收缩留有必要的自由度，以减小内应力。

 

 

    接头的形式很重要，因为环氧胶黏剂粘接的最佳使用效果是用于承受单纯或扭转的剪切力。实际上应用的接头形式可以形样各异、变化多端，但总的看来都是几种基本类型的单独或相互组合的结果。掌握了基本类型粘接接头的性能和特点，便能根据具体情况设计出满意实用的接头结构。

 

    （一）对接

    对接就是被粘物的两个端面或一个端面与主表面垂直的粘接。这对于破损件的修复很适用，因为它能基本上保持原来的形状。热塑性塑料制品的溶剂或热熔粘接就可以采用这种对接形式。但不适用于金属和热固性塑料制品，原因是对接承受不均匀扯离力的作用，容易产生弯曲形变和应力集中，对横向负荷十分敏感，难以承受轴向拉力。同时，粘接面积小，承载能力低，其结果是不牢易坏。如果实在不能改变原来的形状，一定需要用对接，那就只好采用穿销、补块等增强措施。对于新设计的结构粘接接头，最好避免使用对接。

 

    （二）斜接

    斜接就是将两被粘物端部制成一定角度的斜面，涂胶之后再对接，实际上就是小于90度角的对接，不过一般的斜接角应不大于45度，斜接长度不小于被粘物厚度的5倍。应该说斜接承受的是剪切力，分布比较均匀，粘接面积增加较大，承载能力提高，不但纵向承载能力较强，而且横向承载能力也较好，还能保持原来的形状，因此，是一种比较好的接头形式。然而，实际上应用并不广泛，其原因是斜面制备比较困难，若是配合不好，胶层厚度难以保证，很可能收不到预想的效果。

 

    （三）搭接

    搭接就是平板型被粘物涂胶后叠合在另一平板被粘物端部一定长度上，即两个被粘物部分地叠合。由于是平面粘接，主要承受的是剪切力作用，分布比较均匀。单搭接接头因结构简单易行，已是最为广用的接头形式（见图7-2），搭接粘接面积大，承载能力强，并随搭接宽度的增大而成正比例地增加。虽然搭接长度的增加也会使粘接面积增大，但是承载能力与搭接长度却没有正比关系。根据理论计算和试验测定得知，在一定的搭接长度内，搭接接头的承载能力随着搭接长度的增加非线性提高较快，而搭接长度较大时，承载能力增加变缓，当达到某一定值后就不再提高了，如图7-3所示。显而易见，搭接长度不是越长越好，而宽度往往受被粘物尺寸的限制，也不能任意增加。

    搭接接头承载能力与被粘物厚度（t）和搭接长度（L）有如图7-4的关系。也有的将搭接长度（L）与被粘物厚度（t）之比L/t定义为“接头因子”，图7-5为剪切强度与L/t间的关系，L/t减小有利于改善胶层的受力情况。

 

 

    按理根据设计要求的粘接强度和给定的厚度，应能从图7-4和图7-5求出搭接长度，但因不同的胶黏剂和表面处理方法所得的图形并不相同，所以目前还很难由图直接求出搭接长度，也没有一个普适的公式，还只能由经验和试验确定。通常搭接接头长度应不小于被粘物厚度的4倍，不大于宽度的0.5～1倍。

    一般来说，接头长度越短、被粘物越厚、胶层越厚、胶黏剂韧性越好、被粘物刚性越小，应力集中越小。实际上这些条件难以完全满足，因此，搭接接头都存在着应力集中。提高搭接接头粘接强度的有效方法是增加接头宽度。如果将被粘物端部削斜、倒角、挖槽、减薄等都可以减小应力集中，提高粘接强度，使搭接接头更有普适性和可靠性。搭接接头长期处于剪切应力状态，有可能会产生蠕变。胶瘤对单搭接接头承载能力有影响。

 

    （四）套接

    套接就是将被粘物的一端插入另一被粘物的孔内形成销孔或环套结构。其特点是受力情况好，粘接面积大，承载能力强，适用于圆管或圆棒与圆管的粘接。套接在插管时中心位置不好定正，胶层厚度不宜控制，这就要采取一些措施，如用专门工具进行定位。另一简单方法就是在插入件的一端涂上胶，令其初步固化，然后再涂第2次胶进行装配，这样就能使胶层厚度有所保证，至少不会缺胶。

    插入深度也和搭接长度一样不是越长越好，一般不超过管子外径的1.5～2.0倍，也可用下述经验公式计算：

 

L=0.8D+6

 

    式中   L———插入管深度/mm；

            D———插入管外径/mm。

    插管（或圆棒）与圆管内径的间隙不应超过0.3mm，否则将会因胶层太厚而降低粘接强度。

 

    （五）嵌接

    嵌接就是将一被粘物镶入另一被粘物空隙之中，故嵌接亦叫镶接。因为一般都要开槽，所以也称槽接。这种类型接头受力情况非常好，粘接面积也大，能够获得很高的粘接强度。如果有可能采用嵌接形式一定会比较理想。

 

    （六）角接

    角接就是两被粘物的主表面端部形成一定角度的粘接，一般都为直角，这种接头加工方便，但简单的角接受力情况极为不好，粘接强度很低，实际上不能采用，只有经过适当的组合补强后才能使用。

 

    （七）T接

    T接是两被粘物的主表面呈T形的粘接，它是角接的一种特殊形式。单纯的T形接头受到不均匀扯离力和弯曲力的作用，粘接强度极低，不应该采用。如果实际上确需此种形式，可以采取一些补救措施，进行增强。