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前言胶接接头的机械性能取决于许多参数，材料性能和接头几何形状、表面粗糙度等。这些参数对于实现最大强度的工业应用非常重要。在胶接接头的设计过程中，必须考虑这些与粘接强度相关的因素。一些研究人员研究了不同参数对胶接接头强度和耐久性的影响。被粘物的性质对粘合强度有很大的影响。
表面粗糙度是影响接头力学性能的重要因素之一。表面粗糙度和附着力之间的关系非常复杂。大多数研究人员注意到表面的重要性及其对粘合强度的积极影响。有不同的表面处理方法，如研磨、喷砂、机械蚀刻、等离子、化学蚀刻等。
背景被粘物表面粗糙度对胶接接头耐久性的影响，表面粗糙度通过喷砂方法获得。观察到粗糙度对环氧-铝接头的耐久性有显著影响。聚合物粘附体的表面粗糙度对粘合剂粘合强度的影响。机械研磨和低压等离子体处理用于表面改性。发现粗糙度的增加导致结合强度的提高，但是存在大约1MPa的极限。
静态和动态条件下表面粗糙度对胶接强度的影响。低粗糙度值给出了最低的静态强度和负载循环值。对于粗糙度值Ra=1.5至2.5微米时，静态强度呈现下降趋势，而从Ra=0.5至2微米时，获得最高的负载循环次数。通过激光表面改性增强了胶接强度。对于最大抗拉强度，存在一个最佳表面粗糙度值。在剥离强度和表面粗糙度之间没有观察到明显的关系。
表面预处理对铝合金粘接性能的影响，最大搭接剪切强度和胶接接头的耐久性可以通过表面处理和粗糙度改进来提高。木材的表面粗糙度在很大程度上受环境因素如温度、湿度等的影响。比铝这样的金属结构材料更好。对于木材粘附体接头，较低的表面粗糙度值会产生较高的粘结强度接头。
没有将表面粗糙度与胶接接头强度联系起来，为了获得高性能的粘接接头，最佳表面粗糙度范围根据粘合剂-被粘物的组合而不同。对于不同的粘合剂-被粘物接头，在粘合强度方面将有不同的最佳粗糙度范围。
方法使用的材料是铝AA6061粘附体，由于重量轻被广泛用于结构应用。列出了铝AA6061的化学成分和机械性能。尺寸为100×25×5mm的铝板是从商业购买的板材上剪切下来的。一种环氧树脂。木材被用作粘附体材料。尺寸为100×25×10mm木坯通过计划操作从商业购买的木材中切割。
使用砂纸通过机械研磨改变铝粘附体的表面粗糙度。由P120、P50和P30确定的不同等级的砂纸被用于产生不同等级的表面粗糙度，并且购买的铝板表面粗糙度本身被用作一个等级。通过用柔软干净的布清洁表面，去除机械磨损后残留的颗粒。对于木材粘附体，表面粗糙度通过使用砂纸的机械磨损而变化。
由P120、P80和P50确定的不同等级的砂纸被用于产生不同等级的表面粗糙度，并且在计划操作之后的木坯本身被用作一个等级。使用表面光度仪测量处理和未处理样品的表面粗糙度。轮廓仪的测量范围为0.03-6.35微米，而所有情况下的传感器横向长度为10毫米。两个粗糙度参数，即平均粗糙度和最大粗糙度用于评估样品的表面粗糙度。
测量在不同的区域进行，沿着两个不同的相互垂直的方向，纵向和切向。铝粘附体的表面处理是通过用丙酮擦拭一次，然后将其浸泡在20%重量的NaOH溶液中进行的。将粘合剂涂在被粘物表面上，并用刮刀将其铺开。
粘合剂厚度为0.35±0.04mm。然后通过在样品上施加48小时的恒定压力来粘合样品。固化时间设定为室温下48小时。对于木材粘附体样品，用丙酮擦拭表面。木制样品的其余样品制备过程与铝制样品相同。
样品在万能试验机上以0.5毫米/分钟的十字头速率进行测试。UTM与计算机连接，进行自动数据采集和存储。单带剪切试验在拉伸试验模式下进行。每种情况测试五个样本。夹持长度在两端保持在30mm，而夹持宽度在样品的整个宽度上。拉伸试验装置如图所示。在测试过程中记录载荷和位移值。
表面粗糙度和剪切强度值显示平均表面粗糙度值Ra和Rz分别使用金刚砂和砂纸对铝和木材粘附体样品进行机械处理。R的表面粗糙度值a和Rz在处理过的表面区域的九个点上取值，计算代表值作为所有九个读数的平均值。
粘合剪切强度和铝粘合接头表面粗糙度之间的关系如图所示。剪切强度随着粘附体表面粗糙度值的增加而增加，直到2.5微米，然后当表面粗糙度值超过2.5μm时，剪切强度开始降低适用于剪切静载荷下的钢和Loctite638胶接接头。在拉伸和剪切载荷下，粘合强度相对于粘附体表面粗糙度有相同的变化。
与未经处理的表面相比，通过将表面粗糙度值保持在1.68±0.14微米的范围内，实现了粘合强度的显著增加。在这个范围内会有一个最佳点，在那里可以获得最大的结合强度。表面积的增加、微柱之间的机械锁定粘合剂以及被粘物表面化学性质的改变可能是与光滑表面相比在更高表面粗糙度下粘合强度提高的原因。
在较高的表面粗糙度下出现不充分的润湿，这可能是较低粘合强度的原因，当表面粗糙度值超过2.5微米。木材粘接接头的粘接剪切强度和表面粗糙度之间的关系如图所示。随着木材粘接接头表面粗糙度的增加，粘接剪切强度不断降低。
表面粗糙度值较低的木材粘附体比表面粗糙度值较高的木材粘附体具有最大的剪切强度。与较低的表面粗糙度1.64±0.20μm相比，当粘附表面粗糙度在4.11±0.22微米范围内时，发现剪切强度损失44%。铝和木材被粘物的粘结强度的趋势是完全不同的，这取决于被粘物材料的类型。对于粘附体粘合剂材料的相应组合的最佳表面粗糙度值，可以获得最大强度。
线性回归分析铝被粘物的表面粗糙度和接头剪切强度之间的关系如图所示。铝胶接接头的全部实验数据分为两组。第一组由铝粘附体的原始表面组成，并通过使用P120等级的砂纸进行机械研磨而改变。
粘附的铝的表面粗糙度通过使用P50和P30级砂纸的机械磨损而变化。第一组的粗糙度值在0.41至1.78微米之间，第二组的粗糙度值在2.59至3.74微米之间，也分别称为低粗糙度组和高粗糙度组。较低粗糙度组中有14对数据，较高粗糙度组中有13对数据。
τs剪应力单位为牛顿/毫米2和Ra为表面粗糙度，单位为μm。拟合曲线如图所示。相关系数估计值R2第一组数据为0.974，第二组数据为0.84。无需进行任何额外的实验，方程1和2可用于计算R之间表面粗糙度值，近似剪切应力a=0.41到1.78微米和Ra=2.59到3.74微米。这些方程对特定的被粘物-粘合剂组合有效，即铝AA6061和araldite®仅2015粘合剂。方程式是通过对木材粘合接头的整个实验数据集进行回归分析而获得的。
拟合曲线如图所示，相关估计的系数，R2是0.937。木材粘附体的表面粗糙度值越低，强度越大。随着表面粗糙度值的增加，结合强度降低，反之亦然。对于木材胶接接头，光滑被粘物表面的粘接强度高于粗糙被粘物表面的粘接强度。
故障模型目测断裂的样品以确定失效模式。图中显示了所有表面处理样品的铝胶接接头的失效面。可以看出未经表面处理的接头存在混合失效模式。对于经过表面处理的接头，观察到靠近界面的内聚破坏。内聚破坏模式的少量贡献可能是在粘附体的特定表面粗糙度下较高粘合强度的可能原因。
图在显示了所有类型的表面处理样品的木材胶接接头的失效表面。在对应于胶接接头的不同粘附体表面粗糙度的失效表面之间观察到显著的变化。光滑表面接头以粘附体失效模式失效。这意味着木材被粘物比胶接强度弱。随着表面粗糙度的增加，失效模式转变为部分粘附失效模式和界面失效模式。这种混合破坏模式的贡献随着粘接接头表面粗糙度值的增加而变化。
总结为了研究粘附体的不同表面粗糙度对粘合强度的影响，制造并测试了铝和木材粘附体的粘合接头。对于铝粘合接头的最大粘合强度，发现最佳表面粗糙度值在1.75-2.5微米范围内。较低的表面粗糙度也出现不同的粘合强度。粘合剂粘合强度随被粘物的表面粗糙度而变化。
当被粘物具有较低的表面时，被粘物和胶粘剂之间发生混合破坏，当表面粗糙度增加时，破坏模式部分向界面附近的内聚破坏模式转移。内聚破坏和机械联锁现象是粘结剪切强度变化的可能解释。随着木材被粘物表面粗糙度的增加，胶合强度不断降低。
对于光滑的木材粘附体表面。随着木材被粘物表面粗糙度从1.64μm增加到4.11μm，破坏模式从粘着破坏模式转变为混合破坏模式。在胶接接头的设计阶段，必须考虑表面粗糙度参数，因为在不同的表面粗糙度值之间，胶接强度有30-40%的显著差异。