本章將探討接著強度為1.0ump0 的黏著接合受剪力負載後，不同接合面粗 糙度及厚度對黏著接合剪力強度的影響，並且觀察負載過程中，不同應變 下的變形圖，藉此探討其破壞模式。在剪力負載下，將應力-應變關係圖中 的最大應力值視為黏著接合剪力強度，由於粗糙接合面，其橫向與縱向剪 力負載所代表的意義不同，因此在4.1 節中將針對橫向剪力負載進行討論；
而4.2節將探討縱向剪力負載。
4.1 橫向剪力負載
4.1.1 接合面粗糙度對橫向剪力強度及破壞模式的影響
本節將探討黏著劑厚度為 4nm 其接合面粗糙度對橫向剪力強度的影
響。圖4.1 為接合面粗糙度與黏著接合橫向剪力強度的關係圖，接合面粗糙 度包含R=0、0.2 及0.4三種，其橫向剪力強度分別為 32.02MPa、171.89MPa
及169.81MPa，可以發現平滑接合面的剪力強度最低，而粗糙接合面可以大
幅提升結構的橫向剪力強度。其原因是由於粗糙金屬表面可以與PE分子產 生互鎖效應，當結構承受橫向剪力負載時，PE 分子與金屬較不容易產生相 對滑動，此現象可以藉由觀察不同應變下的變形圖得知。圖4.2 為不同接合 面粗糙度在不同應變下，其x-z平面的變形圖，由圖4.2(a)可以發現，平滑
接合面在應變為10%時，金屬與 PE之間就已經有些許的滑動，當應變到達 20%，兩者之間即有明顯的相對位移，屬接合面破壞。但是在粗糙度R=0.2 的變形圖中，即使應變到達 40%仍無明顯的破壞，僅上層金屬有些許的滑
動，即圖4.2(b)中箭頭所指的位置，我們亦將其歸類為接合面破壞。而在接
合面粗糙度R=0.4 的結構中，金屬與PE之間並沒有出現任何的相對滑動，
反而是在中心區域的 PE分子，有一個比較明顯的斷層，如圖 4.2(c)中箭頭 所指的位置，此即為黏著劑破壞。
此外，由圖4.1 可以發現，黏著接合橫向剪力強度並沒有隨接合面的粗
糙度增加而提升，反而接合面粗糙度 R=0.4 的橫向剪力強度略低於 R=0.2 的橫向剪力強度，造成此現象的原因與其黏著劑的分子密度分佈有關。圖 4.3 為黏著劑沿厚度方向的分子密度分佈圖，由圖 4.3 可以發現，接合面粗
糙度R=0.2的密度分佈是由多個高密度區所組成，但是粗糙度為0.4 的密度
分佈圖並無此現象，其分子密度分佈較為均勻，僅有最靠近金屬的上下兩 端有一個密度略高的區域，因此當結構承受橫向的剪力負載時，在接合面
粗糙度 R=0.2 的結構中，黏著劑的高密度區可以阻止黏著劑孔洞的形成及
擴張，其黏著劑的剪力強度大於接合面的強度，破壞模式為接合面破壞。
反之，在接合面粗糙度 R=0.4 的結構中，由於在黏著劑中心區域並無明顯 的高密度區，且黏著劑與金屬接合面較粗糙，兩者之間的互鎖效應較好，
使得在此粗糙度下，黏著劑本身的剪力強度低於接合面的強度，破壞模式
轉為黏著劑破壞，造成其橫向剪力強度低於粗糙度R=0.2的橫向剪力強度。
4.1.2 黏著劑厚度對橫向剪力強度及破壞模式的影響
表4.1為黏著接合橫向剪力強度，而黏著劑厚度與橫向剪力強度的關係
曲線如圖 4.4 所示，圖中的三條曲線分別為接合面粗糙度 R=0、0.2 及 0.4 的黏著劑厚度與橫向剪力強度關係曲線，其中粗糙度 R=0 及 R=0.2 的黏著 接合破壞模式為接合面破壞，黏著劑厚度與橫向剪力強度並無明顯的趨 勢。而當粗糙度R=0.4 時，其破壞模式為黏著劑破壞，在圖4.4粗糙度 R=0.4 的曲線中，不同厚度其橫向剪力強度並無明顯差異，而造成此現象的原因 是由於在接合面粗糙度 R=0.4 的結構中，無論何種厚度，黏著劑中心區域 密度皆無明顯的高密度區，其分子密度分佈較為均勻，高密度區域僅存在 黏著劑靠近金屬的上下兩端，如圖4.5 所示，當黏著劑無法承受橫向剪力負 載時，並無高密度的區域能夠阻止黏著劑孔洞的形成與擴張，使得三種不 同黏著劑厚度，其橫向剪力強度幾乎相同。
4.2 縱向剪力負載
由於平滑接合面無論剪力負載為橫向或縱向，其所代表的物理意義均
相同，因此在本節中，所有平滑接合面的剪力強度，均為橫向剪力負載的 結果，而粗糙接合面的剪力強度即為承受縱向剪力負載的結果。
4.2.1 接合面粗糙度對縱向剪力強度及破壞模式的影響
本節將探討黏著劑厚度為 4nm，其接合面粗糙度對縱向剪力強度的影
響。圖4.6 為接合面粗糙度與黏著接合縱向剪力強度的關係圖，由圖可知接 合面越粗糙，其縱向剪力強度越高，當接合面為平滑表面時，其剪力強度
為 32.02MPa；而接合面粗糙度 R=0.2 及 0.4，其縱向剪力強度分別為
57.33MPa及82.90MPa。此外，圖4.7為接合面粗糙度為 0.2及0.4，其結構 受縱向剪力負載後，不同應變下y-z平面的變形圖，由圖可以發現，無論接 合面的粗糙度為何，其破壞模式均為接合面破壞，因此其強度與接合面幾 何有關，由於接合面越粗糙其黏著劑與黏著物之間的接觸面積亦隨之增 加，連帶使得縱向剪力強度有所提升。
4.2.2 黏著劑厚度對縱向剪力強度及破壞模式的影響
表4.2為黏著接合縱向剪力強度，而黏著劑厚度與縱向剪力強度的關係
曲線如圖4.8所示，由圖 4.8並無法得到一個明確的趨勢，此現象應是由於 其破壞模式為接合面破壞，因此強度與黏著劑厚度並無明顯的關連性。
由以上討論可以得知，當黏著接合承受一個橫向剪力負載時，由於黏
著劑與黏著物之間的互鎖效應，粗糙接合面可以大幅提升結構的橫向剪力 強度，而黏著劑厚度對於結構的橫向剪力強度則無明顯的趨勢；當黏著接 合承受一個縱向的剪力負載時，粗糙接合面可提升黏著接合縱向剪力強
度，但黏著劑厚度對其則無明顯的趨勢。