引張せん断

引張せん断試験を理解する

引張せん断試験は、接合面に平行に作用する力に対する材料または接合部の抵抗を測定するために使用される機械的方法です。試験片に対して垂直に力を加える純粋な引張試験とは異なり、引張せん断試験は面内せん断応力を発生させるように荷重をかけます。これは、接着または接合された材料が摺動力を受ける実際の条件をシミュレートするものです。

この方法は、接着剤、コーティング剤、複合材料、機械的接合部の性能を検証するために、航空宇宙、自動車、電子機器、包装、建築で広く使用されています。操作上の応力を再現することで、エンジニアや品質チームは材料や接合プロセスの適合性を判断し、信頼性、安全性、業界標準への準拠を確保することができます。

ラップせん断試験の方法

シングルラップせん断試験手順

シングルラップせん断試験では、2つの試験片を重ね合わせた状態で接着剤で接合します。接合部は引張試験機にクランプされ、破壊が起こるまで力が加えられます。このセットアップでは、荷重経路のオフセットによりせん断応力とわずかな曲げ応力の両方が発生しますが、依然として最も広く受け入れられ、標準化された接着剤接合評価方法の1つです。

このプロセスでは、要求される寸法と表面仕上げに試験片を準備し、一定の厚さで接着剤を塗布し、制御された条件下で硬化させ、グリップで両端を固定し、破断するまで一定の引張荷重を加える。記録された最大荷重は、せん断強度の測定に使用される。ASTM D1002の条件下では、アルミとアルミの接合部は通常15～25MPaのせん断強度を達成することができる。

二重重ねせん断試験手順

二重重ねせん断試験では、3つの被着材を使用し、中央の被着材の両側に2つの外側の被着材を接着します。この配置により、曲げの影響が減少し、接着剤層全体でより均一なせん断応力分布が得られます。

典型的な手順としては、試験規格に従って3層接着試験片を準備し、対称グリップに位置決めし、破断するまで規定の速度で引張荷重を加える。この方法は、応力分布がより均一であるため、シングルラップ試験よりも見かけ強度が最大20％高いことを実証できる航空宇宙複合材の接着において特に有用です。

接着試験への応用

引張せん断による接着試験は、接着剤が荷重下でどのように機能するかを理解するために不可欠です。接着性能に影響を与える要因には、接着剤の化学的性質、表面処理、硬化方法、接合部の設計、環境条件などがあります。

産業用途としては、航空宇宙用複合材接着、自動車ボディパネル組立、エレクトロニクス用PCBおよびダイアタッチ材料、建築構造用接着剤などがあります。例えば、自動車用途では、ドアフレーム接着用の構造用接着剤の配合を比較するために、ラップせん断試験がしばしば使用され、一貫した衝突性能を確保しています。

せん断破壊の解析

せん断破壊解析は、結合がどのように破壊するかを特定し、サービス性能に関する洞察を与えます：

凝集破壊：接着層内での破壊。接着は良好だが、内部接着強度に限界があることを示す。
接着不良：接着剤と基材との界面での剥離。多くの場合、準備不足や相溶性の悪さが原因。
混合モード破壊：凝集破壊と接着破壊の組み合わせ。

試験で得られた荷重-伸長曲線は、剛性、延性、破壊時のピーク荷重の評価にも使用できる。

せん断試験における規格とコンプライアンス

認知された基準に従うことで、結果の一貫性と比較可能性が保証される。一般的な例としては、以下のようなものがあります：

ASTM D3166- 接着剤の引張せん断強さ。
ASTM F2255-05- 医療機器材料のせん断試験
BS EN ISO 4587- 硬質接着剤と硬質接着剤の重ねせん断試験
ASTM D1002- 金属間接着アセンブリのシングルラップせん断試験

それぞれ試験片の準備、寸法、負荷率、報告要件が規定されている。材料、接着方法、用途によって選択する。

せん断試験用工具および装置

正確な引張せん断試験には、高品質で精密な装置が必要です：

MecmesinOmniTestおよびMultiTest-dV- 幅広い容量で引張荷重を制御できる万能試験フレーム。
特殊せん断取付け具- 国際規格に準拠したシングルラップおよびダブルラップせん断試験用に設計されています。
校正済みロードセル- 数ニュートンから数キロニュートンの範囲で利用でき、あらゆる種類の試料に対して正確な測定を保証します。
ベクタープロソフトウェア- 自動制御、リアルタイムのプロット、荷重-変位解析、カスタマイズされたレポート作成が可能です。