Double Lap Shear

Die Doppelüberlappungs-Scherprüfung ist ein mechanisches Verfahren zur Messung der Scherfestigkeit von Klebeverbindungen. Bei der Prüfung wird eine geschichtete Fugenkonfiguration verwendet, bei der der Klebstoff zwischen zwei Grenzflächen platziert wird. Im Gegensatz zu einer einlagigen Scherprüfung werden bei der doppellagigen Anordnung die Biegespannungen reduziert, indem die Klebstoffschicht symmetrisch zwischen zwei äußeren Substraten angeordnet wird. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Scherspannung über die Klebstoffschicht und liefert zuverlässigere Daten.

Bei einer Standard-Doppelüberlappungs-Scherprobe werden drei rechteckige Materialstreifen miteinander verklebt. Der mittlere Streifen wird auf Zug beansprucht, während die beiden äußeren Streifen die Belastung ausgleichen, so dass die Klebeverbindung auf Scherung und nicht auf Schälung oder Zug beansprucht wird.

Der Doppelüberlappungsschertest wird häufig verwendet, um die Leistung von Klebstoffen in strukturellen und halbstrukturellen Anwendungen zu bestimmen. Er ermöglicht es Ingenieuren,:

• Die Scherfestigkeit von Klebstoffverbindungen mit Präzision zu quantifizieren.
• Klebstoffe unter verschiedenen Aushärtungsbedingungen, Substraten und Oberflächenbehandlungen zu vergleichen.
• Zu verstehen, wie sich Klebeverbindungen unter Betriebsbelastungen verhalten werden.
• Identifizierung wahrscheinlicher Versagensarten wie Kohäsionsversagen, Klebstoffversagen oder Substratbruch.

Der Test ist in verschiedenen Branchen von Nutzen. In der Luft- und Raumfahrt wird er zur Qualifizierung von Klebstoffen für die Verklebung von Verbundwerkstoffen und Leichtmetalllegierungen eingesetzt. In der Automobilindustrie hilft er bei der Validierung von Klebstoffen für strukturelle Verbindungen in Leichtbau-Fahrzeugen. In der Verpackungsindustrie stellt er sicher, dass Laminatverbindungen den Betriebsbelastungen standhalten, und in der Medizintechnik bestätigt er die Zuverlässigkeit von geklebten Komponenten, die in sicherheitskritischen Produkten verwendet werden.

Vorbereitung der Proben

Die Proben werden nach genormten Abmessungen hergestellt. ASTM D3528 schreibt typischerweise 25 mm breite und 100 mm lange Streifen vor, die mit einer Überlappungslänge von 12,5 mm verklebt werden. ISO 4587 beschreibt eine ähnliche Probenvorbereitung für starr-steife Baugruppen. Konsistenz bei Überlappung, Dicke und Aushärtungsbedingungen ist für genaue Ergebnisse unerlässlich.

Auch die Oberflächenvorbereitung ist entscheidend. Die Substrate müssen vor dem Auftragen des Klebstoffs möglicherweise gereinigt, abgeschliffen oder grundiert werden, um eine wiederholbare Haftfestigkeit zu gewährleisten. Nach dem Klebstoffauftrag werden die Proben unter kontrollierten Bedingungen ausgehärtet, um eine gleichbleibende Leistung zu erzielen.

Prüfverfahren

Der Probekörper wird in eine Universalprüfmaschine eingespannt. Der mittlere Streifen wird auf der einen Seite und die beiden äußeren Streifen auf der anderen Seite geklemmt. Eine Zuglast wird mit konstanter Geschwindigkeit aufgebracht, bis ein Versagen eintritt. Die Prüfmaschine zeichnet während des gesamten Vorgangs Kraft und Dehnung auf. Die Scherfestigkeit wird berechnet, indem die maximale Kraft durch die verklebte Fläche geteilt wird.

Versagensarten und Interpretation

Nach der Prüfung werden sowohl die Kraft-Dehnungs-Kurve als auch die Bruchfläche untersucht. Das Versagen kann auf eine der drei Hauptarten erfolgen:

• Kohäsives Versagen, bei dem der Klebstoff selbst bricht.
• Klebstoffversagen, bei dem es zu einer Trennung an der Klebstoff-Substrat-Grenzfläche kommt.
• Versagen des Substrats, wenn das geklebte Material vor dem Klebstoff bricht.

Jede Art von Versagen liefert nützliche Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit der Verbindung und die Eignung des Klebstoffs.

Mecmesin bietet eine Reihe von universellen Testmaschinen und Spannzeugen für Klebetests an. Das MultiTest-dV-System ist ein vielseitiger Tischtester mit einer Kapazität von bis zu 2,5 kN, geeignet für die routinemäßige Qualitätskontrolle und Forschung. Die OmniTest-Reihe bietet höhere Prüfkräfte bis zu 50 kN und ist damit ideal für die Prüfung stärkerer Strukturklebstoffe und Verbundwerkstoffe.

Für die korrekte Ausrichtung und die Minimierung der Biegung bei Scherprüfungen sind spezielle Spannvorrichtungen erhältlich. Die VectorPro-Software wird zur Erfassung und Analyse der Prüfdaten verwendet und bietet automatische Berechnungen der Scherfestigkeit und eine klare grafische Darstellung des Verbindungsverhaltens.

Scherprüfungen mit doppelter Überlappung werden nach internationalen Normen durchgeführt, die die Konsistenz und Vergleichbarkeit der Ergebnisse gewährleisten. Die am häufigsten verwendeten Normen sind:

• ASTM D3528 - Standard Test Method for Lap Shear Strength of Adhesives (Standardprüfverfahren für die Überlappungsscherfestigkeit von Klebstoffen unter Verwendung von Proben für Doppelüberlappungsverbindungen).
• ISO 4587 - Adhesives, determination of tensile lap shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies.

Zum Vergleich: Zu den verwandten Einzelüberlappungs-Scherverfahren gehören ASTM D3163 und ASTM D1002, die Einzelüberlappungs-Prüfanordnungen festlegen. Diese werden häufig für die Prüfung von Klebstoffen verwendet, können aber im Vergleich zur Doppelüberlappungsmethode stärker durch Biegeeffekte beeinflusst werden.

Mecmesin hat weitreichende Erfahrung in der Entwicklung von Equipment und Spannvorrichtungen für das Testen der Klebefestigkeit. Unsere Ingenieure können die am besten geeignete Testmaschine, Spannzeuge und Software-Konfiguration für Ihre Anwendung empfehlen. Egal, ob Sie neue Klebstoffe entwickeln, Materialien nach internationalen Standards validieren oder eine routinemäßige Qualitätskontrolle durchführen, Mecmesin kann eine zuverlässige und konforme Testlösung anbieten, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist.