第178篇｜剪切強度
第178篇｜剪切強度
Shear Strength
一句話定義
剪切強度（Shear Strength）是指接著界面在平行於接著面方向受力時，抵抗滑移、位移或破壞的能力，是結構接著設計、工程組裝與高負載接著系統最重要的力學性能指標之一。
⸻
為什麼重要
多數接著結構在實際使用時。
承受的主要負荷並非剝離力。
而是剪切力。
例如：
汽車鈑件接著。
電子元件固定。
金屬結構組裝。
複合材料貼接。
建築接著工程。
這些系統的主要受力方向。
大多平行於接著界面。
因此剪切強度通常比剝離強度更接近實際使用情境。
在許多結構接著應用中。
剪切強度甚至是設計驗證的核心依據。
⸻
基本原理
當外力平行於接著界面施加時。
界面內部會產生剪切應力（Shear Stress）。
⸻
典型受力模式如下：
Substrate A
→
Adhesive Layer
→
Substrate B
⸻
若界面能承受該應力。
接著結構保持穩定。
⸻
若應力超過界面承受能力。
則產生滑移或破壞。
⸻
形成過程如下：
Bond Formation
↓
Load Application
↓
Shear Stress Development
↓
Stress Distribution
↓
Failure Initiation
↓
Shear Failure
⸻
剪切強度的定義
剪切強度定義為：
tau=frac{F}{A}
其中：
• τ = 剪切強度（Shear Strength）
• F = 破壞載荷（Force）
• A = 接著面積（Bond Area）
⸻
常用單位包括：
• MPa
• N/mm²
• psi
⸻
剪切強度與剝離強度的差異
兩者代表不同受力模式。
⸻
Peel Strength
垂直剝離受力。
⸻
應力集中於剝離前端。
⸻
Shear Strength
平行剪切受力。
⸻
應力分布較均勻。
⸻
因此同一接著系統。
往往呈現：
Shear Strength
≫
Peel Strength
⸻
常見剪切測試方法
Lap Shear Test
搭接剪切測試。
⸻
最常見標準方法。
⸻
Single Lap Joint
單搭接結構。
⸻
廣泛應用於金屬接著。
⸻
Double Lap Joint
雙搭接結構。
⸻
降低偏心負載影響。
⸻
Block Shear Test
塊狀剪切測試。
⸻
適用木工與建築材料。
⸻
剪切破壞模式
Adhesive Failure
界面破壞。
⸻
附著力不足。
⸻
Cohesive Failure
接著層破壞。
⸻
內聚力不足。
⸻
Substrate Failure
基材破壞。
⸻
接著系統強於材料本體。
⸻
Mixed Failure
混合破壞。
⸻
最常見實際情況。
⸻
影響剪切強度的重要因素
Surface Energy
表面能。
⸻
影響附著能力。
⸻
Surface Preparation
表面處理。
⸻
影響界面完整性。
⸻
Adhesive Thickness
接著層厚度。
⸻
過厚可能降低強度。
⸻
Crosslink Density
交聯密度。
⸻
提高內聚力。
⸻
Cure Condition
熟化條件。
⸻
影響最終結構。
⸻
Temperature
使用溫度。
⸻
影響材料模數。
⸻
剪切強度與溫度的關係
聚合物屬於黏彈性材料。
⸻
溫度升高時。
材料模數下降。
⸻
結果可能造成：
Shear Strength下降
⸻
因此高溫應用需考慮：
Heat Resistance
耐熱性。
⸻
Glass Transition Temperature（Tg）
玻璃轉移溫度。
⸻
剪切強度與接著層厚度
接著層並非越厚越強。
⸻
過厚接著層可能：
• 增加內部缺陷
• 增加收縮應力
• 降低應力分散效率
⸻
因此每種系統皆存在最佳厚度範圍。
⸻
常見材料剪切強度範圍
接著系統 剪切強度
壓敏膠 0.1~1 MPa
EVA熱熔膠 1~5 MPa
PU接著劑 5~20 MPa
環氧樹脂 15~40 MPa
結構型壓克力膠 15~35 MPa
⸻
常見測試標準
ASTM D1002
金屬搭接剪切測試。
⸻
ASTM D3163
塑膠搭接剪切測試。
⸻
ISO 4587
接著劑搭接剪切測試。
⸻
JIS K6850
接著劑剪切強度測試。
⸻
重要數據或表格
影響因素排序
因素 影響程度
表面處理 極高
附著力 極高
交聯密度 高
熟化條件 高
溫度 高
接著層厚度 中
⸻
常見失效模式
模式 原因
Adhesive Failure 附著不足
Cohesive Failure 內聚不足
Substrate Failure 基材較弱
Mixed Failure 綜合作用
⸻
剪切與剝離比較
項目 剪切強度 剝離強度
受力方向 平行 垂直
應力分布 均勻 集中
結構設計重要性 極高 高
常用單位 MPa N/15mm
⸻
與接著工程的關係
Shear Strength直接影響：
Bond Strength（接著強度）
核心評估方式。
⸻
Adhesion（附著力）
界面形成能力。
⸻
Cohesion（內聚力）
接著層承載能力。
⸻
Crosslink Density（交聯密度）
影響剪切承載能力。
⸻
Aging Resistance（耐老化性）
影響長期保持率。
⸻
Structural Adhesive（結構型接著劑）
主要性能指標。
⸻
APLC Adhesive Engineering Knowledge Graph
Surface Preparation
↓
Adhesion
↓
Cohesion
↓
Crosslink Density
↓
Shear Strength
↓
Durability
↓
Service Life
⸻
常見應用
Automotive Assembly
汽車組裝。
⸻
Aerospace Composite
航太複材。
⸻
Electronic Assembly
電子組裝。
⸻
Structural Bonding
結構接著。
⸻
Construction Adhesive
建築接著。
⸻
Industrial Equipment
工業設備組裝。
⸻
相關名詞
• Bond Strength（接著強度）
• Peel Strength（剝離強度）
• Adhesion（附著力）
• Cohesion（內聚力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Surface Energy（表面能）
• Aging Resistance（耐老化性）
• Structural Adhesive（結構型接著劑）
• Tensile Strength（拉伸強度）
• Lap Shear Test（搭接剪切測試）
⸻
FAQ
Q1：剪切強度越高越好嗎？
需符合實際設計需求。
部分柔性接著系統更重視韌性而非最高強度。
⸻
Q2：剪切強度與剝離強度哪個重要？
視應用而定。
結構接著通常更重視剪切強度。
⸻
Q3：為什麼高溫下剪切強度下降？
聚合物模數下降。
界面承載能力降低。
⸻
Q4：提高交聯密度一定能提升剪切強度嗎？
通常能提升強度。
但可能同時降低韌性與耐衝擊能力。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，剪切強度是最接近實際工程使用情境的接著性能之一。
許多產品於實驗室剝離測試表現優異。
實際使用卻提早失效。
原因往往來自長期剪切負載造成的蠕變（Creep）與疲勞累積。
因此結構接著設計不應只關注初始強度。
長期剪切保持率、溫度穩定性與疲勞耐久性同樣重要。
⸻
延伸閱讀
• 第003篇｜Adhesion（附著力）
• 第004篇｜Cohesion（內聚力）
• 第048篇｜Crosslink Density（交聯密度）
• 第169篇｜Delamination（分層）
• 第176篇｜Bond Strength（接著強度）
• 第177篇｜Peel Strength（剝離強度）
• 第179篇｜Green Strength（初期強度）
• 第180篇｜Aging Resistance（耐老化性）
⸻
參考文獻
1. ASTM D1002 – Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens.
2. ASTM D3163 – Standard Test Method for Determining Strength of Adhesively Bonded Rigid Plastic Lap-Shear Joints.
3. ISO 4587 – Adhesives Determination of Tensile Lap-Shear Strength.
4. JIS K6850 – Testing Methods for Adhesive Shear Strength.
5. Journal of Adhesion.
6. International Journal of Adhesion and Adhesives.
7. Handbook of Adhesion Technology.
8. Polymer.
9. Progress in Polymer Science.
10. Kinloch, A.J. Adhesion and Adhesives: Science and Technology.
Shear Strength
一句話定義
剪切強度（Shear Strength）是指接著界面在平行於接著面方向受力時，抵抗滑移、位移或破壞的能力，是結構接著設計、工程組裝與高負載接著系統最重要的力學性能指標之一。
⸻
為什麼重要
多數接著結構在實際使用時。
承受的主要負荷並非剝離力。
而是剪切力。
例如：
汽車鈑件接著。
電子元件固定。
金屬結構組裝。
複合材料貼接。
建築接著工程。
這些系統的主要受力方向。
大多平行於接著界面。
因此剪切強度通常比剝離強度更接近實際使用情境。
在許多結構接著應用中。
剪切強度甚至是設計驗證的核心依據。
⸻
基本原理
當外力平行於接著界面施加時。
界面內部會產生剪切應力（Shear Stress）。
⸻
典型受力模式如下：
Substrate A
→
Adhesive Layer
→
Substrate B
⸻
若界面能承受該應力。
接著結構保持穩定。
⸻
若應力超過界面承受能力。
則產生滑移或破壞。
⸻
形成過程如下：
Bond Formation
↓
Load Application
↓
Shear Stress Development
↓
Stress Distribution
↓
Failure Initiation
↓
Shear Failure
⸻
剪切強度的定義
剪切強度定義為：
tau=frac{F}{A}
其中：
• τ = 剪切強度（Shear Strength）
• F = 破壞載荷（Force）
• A = 接著面積（Bond Area）
⸻
常用單位包括：
• MPa
• N/mm²
• psi
⸻
剪切強度與剝離強度的差異
兩者代表不同受力模式。
⸻
Peel Strength
垂直剝離受力。
⸻
應力集中於剝離前端。
⸻
Shear Strength
平行剪切受力。
⸻
應力分布較均勻。
⸻
因此同一接著系統。
往往呈現：
Shear Strength
≫
Peel Strength
⸻
常見剪切測試方法
Lap Shear Test
搭接剪切測試。
⸻
最常見標準方法。
⸻
Single Lap Joint
單搭接結構。
⸻
廣泛應用於金屬接著。
⸻
Double Lap Joint
雙搭接結構。
⸻
降低偏心負載影響。
⸻
Block Shear Test
塊狀剪切測試。
⸻
適用木工與建築材料。
⸻
剪切破壞模式
Adhesive Failure
界面破壞。
⸻
附著力不足。
⸻
Cohesive Failure
接著層破壞。
⸻
內聚力不足。
⸻
Substrate Failure
基材破壞。
⸻
接著系統強於材料本體。
⸻
Mixed Failure
混合破壞。
⸻
最常見實際情況。
⸻
影響剪切強度的重要因素
Surface Energy
表面能。
⸻
影響附著能力。
⸻
Surface Preparation
表面處理。
⸻
影響界面完整性。
⸻
Adhesive Thickness
接著層厚度。
⸻
過厚可能降低強度。
⸻
Crosslink Density
交聯密度。
⸻
提高內聚力。
⸻
Cure Condition
熟化條件。
⸻
影響最終結構。
⸻
Temperature
使用溫度。
⸻
影響材料模數。
⸻
剪切強度與溫度的關係
聚合物屬於黏彈性材料。
⸻
溫度升高時。
材料模數下降。
⸻
結果可能造成：
Shear Strength下降
⸻
因此高溫應用需考慮：
Heat Resistance
耐熱性。
⸻
Glass Transition Temperature（Tg）
玻璃轉移溫度。
⸻
剪切強度與接著層厚度
接著層並非越厚越強。
⸻
過厚接著層可能：
• 增加內部缺陷
• 增加收縮應力
• 降低應力分散效率
⸻
因此每種系統皆存在最佳厚度範圍。
⸻
常見材料剪切強度範圍
接著系統 剪切強度
壓敏膠 0.1~1 MPa
EVA熱熔膠 1~5 MPa
PU接著劑 5~20 MPa
環氧樹脂 15~40 MPa
結構型壓克力膠 15~35 MPa
⸻
常見測試標準
ASTM D1002
金屬搭接剪切測試。
⸻
ASTM D3163
塑膠搭接剪切測試。
⸻
ISO 4587
接著劑搭接剪切測試。
⸻
JIS K6850
接著劑剪切強度測試。
⸻
重要數據或表格
影響因素排序
因素 影響程度
表面處理 極高
附著力 極高
交聯密度 高
熟化條件 高
溫度 高
接著層厚度 中
⸻
常見失效模式
模式 原因
Adhesive Failure 附著不足
Cohesive Failure 內聚不足
Substrate Failure 基材較弱
Mixed Failure 綜合作用
⸻
剪切與剝離比較
項目 剪切強度 剝離強度
受力方向 平行 垂直
應力分布 均勻 集中
結構設計重要性 極高 高
常用單位 MPa N/15mm
⸻
與接著工程的關係
Shear Strength直接影響：
Bond Strength（接著強度）
核心評估方式。
⸻
Adhesion（附著力）
界面形成能力。
⸻
Cohesion（內聚力）
接著層承載能力。
⸻
Crosslink Density（交聯密度）
影響剪切承載能力。
⸻
Aging Resistance（耐老化性）
影響長期保持率。
⸻
Structural Adhesive（結構型接著劑）
主要性能指標。
⸻
APLC Adhesive Engineering Knowledge Graph
Surface Preparation
↓
Adhesion
↓
Cohesion
↓
Crosslink Density
↓
Shear Strength
↓
Durability
↓
Service Life
⸻
常見應用
Automotive Assembly
汽車組裝。
⸻
Aerospace Composite
航太複材。
⸻
Electronic Assembly
電子組裝。
⸻
Structural Bonding
結構接著。
⸻
Construction Adhesive
建築接著。
⸻
Industrial Equipment
工業設備組裝。
⸻
相關名詞
• Bond Strength（接著強度）
• Peel Strength（剝離強度）
• Adhesion（附著力）
• Cohesion（內聚力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Surface Energy（表面能）
• Aging Resistance（耐老化性）
• Structural Adhesive（結構型接著劑）
• Tensile Strength（拉伸強度）
• Lap Shear Test（搭接剪切測試）
⸻
FAQ
Q1：剪切強度越高越好嗎？
需符合實際設計需求。
部分柔性接著系統更重視韌性而非最高強度。
⸻
Q2：剪切強度與剝離強度哪個重要？
視應用而定。
結構接著通常更重視剪切強度。
⸻
Q3：為什麼高溫下剪切強度下降？
聚合物模數下降。
界面承載能力降低。
⸻
Q4：提高交聯密度一定能提升剪切強度嗎？
通常能提升強度。
但可能同時降低韌性與耐衝擊能力。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，剪切強度是最接近實際工程使用情境的接著性能之一。
許多產品於實驗室剝離測試表現優異。
實際使用卻提早失效。
原因往往來自長期剪切負載造成的蠕變（Creep）與疲勞累積。
因此結構接著設計不應只關注初始強度。
長期剪切保持率、溫度穩定性與疲勞耐久性同樣重要。
⸻
延伸閱讀
• 第003篇｜Adhesion（附著力）
• 第004篇｜Cohesion（內聚力）
• 第048篇｜Crosslink Density（交聯密度）
• 第169篇｜Delamination（分層）
• 第176篇｜Bond Strength（接著強度）
• 第177篇｜Peel Strength（剝離強度）
• 第179篇｜Green Strength（初期強度）
• 第180篇｜Aging Resistance（耐老化性）
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參考文獻
1. ASTM D1002 – Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens.
2. ASTM D3163 – Standard Test Method for Determining Strength of Adhesively Bonded Rigid Plastic Lap-Shear Joints.
3. ISO 4587 – Adhesives Determination of Tensile Lap-Shear Strength.
4. JIS K6850 – Testing Methods for Adhesive Shear Strength.
5. Journal of Adhesion.
6. International Journal of Adhesion and Adhesives.
7. Handbook of Adhesion Technology.
8. Polymer.
9. Progress in Polymer Science.
10. Kinloch, A.J. Adhesion and Adhesives: Science and Technology.
