金屬材料和塑料材料的剪切強(qiáng)度測(cè)試，核心區(qū)別源于兩種材料力學(xué)特性（剛性 / 塑性）、失效模式的差異，具體體現(xiàn)在試樣設(shè)計(jì)、夾具選擇、加載參數(shù)、結(jié)果判定四個(gè)維度，需針對(duì)性調(diào)整測(cè)試方案才能確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
一、試樣設(shè)計(jì)：適配材料特性，避免提前失效
試樣形狀和尺寸需根據(jù)材料剛性、易變形程度設(shè)計(jì)，防止因試樣不合理導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。
對(duì)比維度 | 金屬材料 | 塑料材料 |
核心需求 | 避免試樣彎曲或拉伸，確保純剪切受力 | 減少試樣脆性斷裂，兼顧剪切變形測(cè)量 |
常見試樣類型 | 1. 單剪試樣：板材制成矩形（如 100mm×20mm×5mm），通過(guò)夾具固定一端，另一端施加剪切力；2. 雙剪試樣：棒材或管材制成短柱（如直徑 10mm× 長(zhǎng)度 20mm），中間通過(guò)兩個(gè)剪切面受力，減少?gòu)澢绊憽?/span> | 1. 層間剪切試樣：復(fù)合材料類塑料（如玻纖增強(qiáng) PP）制成短梁（如 12.7mm×12.7mm×38.1mm），測(cè)試層間剪切強(qiáng)度；2. 拉伸剪切試樣：板材制成搭接試樣（如 100mm×25mm×3mm，搭接長(zhǎng)度 12.5mm），避免純剪切時(shí)塑料脆斷。 |
尺寸要求 | 厚度通常≥3mm（剛性大，薄試樣易彎曲），剪切面面積需與設(shè)備載荷匹配（如 50kN 設(shè)備適配剪切面≥100mm2） | 厚度通常≤5mm（塑性材料厚試樣散熱差，易受熱軟化），搭接試樣需控制搭接長(zhǎng)度（過(guò)短易剝離，過(guò)長(zhǎng)易拉伸斷裂）。 |
二、夾具選擇：控制受力方式，匹配材料剛性
夾具需確保剪切力純軸向傳遞，同時(shí)避免材料因夾具約束不當(dāng)提前損壞，兩者夾具設(shè)計(jì)差異顯著。
金屬材料夾具
核心特點(diǎn)：剛性高、夾持力大，多采用合金鋼材（如 40Cr）制成，避免夾具自身變形影響剪切力傳遞。
常見類型：
單剪夾具：帶固定卡槽，通過(guò)螺栓夾緊試樣一端，另一端連接加載機(jī)構(gòu)，確保剪切力垂直于試樣平面；
雙剪夾具：中間設(shè)置定位套，試樣穿過(guò)定位套，上下兩端施加反向力，形成兩個(gè)平行剪切面，減少?gòu)澢亍?/span>
關(guān)鍵要求：夾具與試樣接觸部位需平整，間隙≤0.1mm，防止金屬試樣在高載荷下（如 50kN）出現(xiàn)局部應(yīng)力集中。
塑料材料夾具
核心特點(diǎn)：帶緩沖結(jié)構(gòu)、夾持力可調(diào)，避免剛性?shī)A持導(dǎo)致塑料試樣邊緣開裂。
常見類型：
拉伸剪切夾具：夾持部位內(nèi)襯橡膠墊，增加摩擦力的同時(shí)避免壓傷塑料表面；
層間剪切夾具：采用三點(diǎn)彎曲式結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓頭施加垂直力，間接產(chǎn)生層間剪切力，適配塑料的低剛性特性。
關(guān)鍵要求：夾具加載速度需緩慢（如 1-5mm/min），避免塑料因沖擊加載直接脆斷，無(wú)法體現(xiàn)真實(shí)剪切強(qiáng)度。
三、加載參數(shù)：匹配材料力學(xué)響應(yīng)，確保數(shù)據(jù)有效
加載速率、載荷控制方式需根據(jù)材料的彈性 / 塑性響應(yīng)調(diào)整，兩種材料差異明顯。
加載參數(shù) | 金屬材料 | 塑料材料 |
加載速率 | 速率較高（如 5-50mm/min），金屬剛性大、塑性變形穩(wěn)定，快速加載可縮短測(cè)試時(shí)間，且對(duì)結(jié)果影響小（常溫下） | 速率較低（如 0.5-5mm/min），塑料易受加載速率影響（速率越快，測(cè)得強(qiáng)度越高），需按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定固定速率（如 GB/T 7124 要求 10mm/min），確保數(shù)據(jù)可比 |
載荷控制方式 | 多采用 “位移控制”，金屬剪切變形均勻，位移控制可穩(wěn)定捕捉最大剪切力（斷裂點(diǎn)明顯） | 多采用 “力控制”，塑料剪切過(guò)程中可能出現(xiàn)應(yīng)力松弛，力控制可避免因位移過(guò)快導(dǎo)致載荷驟降，準(zhǔn)確記錄屈服點(diǎn)（若有） |
環(huán)境控制 | 常溫測(cè)試為主，高溫環(huán)境（如金屬高溫剪切）需額外配備加熱爐，但對(duì)濕度不敏感 | 需嚴(yán)格控制溫濕度（如 23℃±2℃、50% RH±5%），塑料易吸濕軟化或因溫度升高導(dǎo)致強(qiáng)度下降，環(huán)境波動(dòng)會(huì)顯著影響結(jié)果 |
四、結(jié)果判定與失效模式：對(duì)應(yīng)材料特性，解讀數(shù)據(jù)意義
兩種材料的剪切失效模式不同，導(dǎo)致結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)解讀方向存在差異。
金屬材料
失效模式：多為 “塑性剪切斷裂”，試樣剪切面會(huì)出現(xiàn)明顯塑性變形（如剪切面傾斜、邊緣隆起），斷裂過(guò)程緩慢，最大剪切力清晰可測(cè)。
結(jié)果判定：以 “最大剪切力 / 剪切面面積” 作為剪切強(qiáng)度，若金屬出現(xiàn)屈服現(xiàn)象（如載荷達(dá)到峰值后保持穩(wěn)定），需同時(shí)記錄 “屈服剪切強(qiáng)度” 和 “極限剪切強(qiáng)度”。
數(shù)據(jù)解讀：重點(diǎn)關(guān)注極限剪切強(qiáng)度，用于評(píng)估金屬結(jié)構(gòu)在剪切載荷下的承載極限（如鋼結(jié)構(gòu)螺栓、機(jī)械連接件）。
塑料材料
失效模式：多為 “脆性剪切斷裂” 或 “層間剝離”（復(fù)合材料類塑料），試樣斷裂前塑性變形小，載荷達(dá)到峰值后快速下降，部分塑料（如 PVC）可能出現(xiàn) “應(yīng)力發(fā)白”（剪切面變白）但未斷裂。
結(jié)果判定：若為脆性斷裂，以 “最大載荷 / 剪切面面積” 為剪切強(qiáng)度；若為層間剝離，需注明 “層間剪切強(qiáng)度”，避免與本體剪切強(qiáng)度混淆；部分柔性塑料（如 PE）無(wú)明顯斷裂點(diǎn)，需按 “指定變形量對(duì)應(yīng)的載荷” 計(jì)算強(qiáng)度（如變形 10% 時(shí)的剪切應(yīng)力）。
數(shù)據(jù)解讀：需結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景，如塑料連接件需關(guān)注 “屈服剪切強(qiáng)度”（避免使用中發(fā)生變形），復(fù)合材料需重點(diǎn)關(guān)注 “層間剪切強(qiáng)度”（防止層間分離失效）。
五、核心標(biāo)準(zhǔn)差異：遵循專屬規(guī)范，確保數(shù)據(jù)
兩種材料的剪切測(cè)試需遵循不同標(biāo)準(zhǔn)，避免混用導(dǎo)致結(jié)果無(wú)效。
金屬材料：主要遵循 GB/T 228.1-2021（金屬拉伸試驗(yàn)，含剪切性能附錄）、ASTM A370-2022（鋼制品力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)）；
塑料材料：主要遵循 GB/T 7124-2021（膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度）、GB/T 35465.3-2017（復(fù)合材料層間剪切）、ASTM D732-2020（塑料剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法）。
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