Investigation of the Effect of MMA-Based Adhesive Thickness on the Single-Lap Shear Strength of Aluminum-Steel Adhesive Joints

Öz

In this study, the effect of adhesive thickness on the single-lap shear strength of MMA-based adhesive joints formed between 6005 series aluminum alloy and low-carbon structural steel S235 was experimentally investigated. Aluminum-steel adhesive joints are widely employed in railway vehicles due to their advantages in weight reduction, vibration damping, and corrosion resistance, particularly in structural and semi-structural applications. Within the scope of the experimental study, single-lap joint specimens were prepared with varying adhesive thicknesses. The mechanical performance of the bonded joints was evaluated through lap-shear tests. The results demonstrated that adhesive thickness has a significant influence on joint strength. Increasing the adhesive thickness from 0.1 mm to 0.5 mm resulted in an increase in lap-shear strength from 20.281 N/mm² to 21.408 N/mm², while further increases in thickness led to a decrease in strength to 20.765 N/mm² and 17.252 N/mm² at 1 mm and 2 mm, respectively. Higher lap-shear strength values were obtained at intermediate adhesive thicknesses, whereas excessively thin and thick adhesive layers led to a reduction in load-transfer efficiency. These findings indicate that the selection of an appropriate adhesive thickness is a critical parameter for achieving optimum mechanical performance in aluminum-steel adhesive joints.

Anahtar Kelimeler

• Aluminum-steel joint
• MMA adhesive
• Bondline thickness

Alüminyum-Çelik Yapıştırma Birleşimlerinde MMA Esaslı Yapıştırıcı Kalınlığının Tek Bindirmeli Kayma Mukavemeti Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, 6005 serisi alüminyum ile düşük karbonlu yapı çeliği S235 arasında oluşturulan MMA esaslı yapıştırma birleşimlerinde yapıştırıcı kalınlığının tek bindirmeli kayma mukavemeti üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Alüminyum-çelik yapıştırma birleşimleri, demiryolu araçlarında hafiflik, titreşim sönümleme ve korozyon direnci gereksinimleri nedeniyle yapısal ve yarı yapısal uygulamalarda yaygın olarak tercih edilmektedir. Deneysel çalışma kapsamında, tek bindirmeli bağlantı geometrisine sahip numuneler hazırlanmış ve farklı yapıştırıcı kalınlıklarında uygulanmıştır. Yapıştırılmış bağlantıların mekanik performansı, kayma dayanımı testleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, yapıştırıcı kalınlığının bağlantı mukavemeti üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Yapıştırıcı kalınlığının 0,1 mm’den 0,5 mm’ye artırılmasıyla kayma dayanımı 20,281 N/mm²’den 21,408 N/mm²’ye yükselmiş, 1 mm ve 2 mm kalınlıklarda ise sırasıyla 20,765 N/mm² ve 17,252 N/mm² değerlerine düşmüştür. Orta seviyedeki yapıştırıcı kalınlığında daha yüksek kayma mukavemeti değerleri elde edilirken, çok ince ve çok kalın yapıştırıcı tabakalarının yük aktarımını olumsuz yönde etkilediği belirlenmiştir. Bu bulgular, alüminyum-çelik yapıştırma birleşimlerinde uygun yapıştırıcı kalınlığının belirlenmesinin bağlantı performansı açısından kritik olduğunu ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Alüminyum-çelik birleşimi
• MMA yapıştırıcı
• Yapıştırıcı kalınlığı

Kaynakça

1. [1] J. Martin, “Methyl methacrylate (MMA) adhesives-a trending procedure in the marine industry,” Reinforced Plastics, vol. 64, no. 4, pp. 204-207, 2020.
2. [2] N. K. Akkasali, S. Biswas, S. Sen, and S. Anitha, “A state-of-the-art review on adhesively bonded joints of similar and dissimilar materials,” Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 38, no. 24, pp. 4317–4371, 2024.
3. [3] A. Kumar, R. Maithani, A. Kumar, D. Kumar, and S. Sharma, “An all-aluminium vehicle's design and feasibility analysis,” Materials Today: Proceedings, vol. 64, pp. 1244-1249, 2022.
4. [4] M. Kozłowski, A. Bula, and J. Hulimka, “Determination of mechanical properties of methyl methacrylate adhesive (MMA),” Architectura Civil Engineering Environment, vol. 11, pp. 87-96, 2018.
5. [5] M. Demiral, “Strength in adhesion: A multi-mechanics review covering tensile, shear, fracture, fatigue, creep, and impact behavior of polymer bonding in composites,” Polymers, vol. 17, no. 19, Art. no. 2600, 2025.
6. [6] M. Hartsfield, B. Chen, Y. Liu, S. He, U. H. Leiste, W. L. Fourney, et al., “Dissimilar material joining of densified superwood to aluminum by adhesive bonding,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 131, no. 1, pp. 425–436, 2024.
7. [7] M. N. Saleh, M. K. Budzik, M. Saeedifar, D. Zarouchas, and S. T. De Freitas, “On the influence of the adhesive and the adherend ductility on mode I fracture characterization of thick adhesively-bonded joints,” International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 115, Art. no. 103123, 2022.
8. [8] W. Brockmann, P. L. Geiß, J. Klingen, and K. B. Schröder, Adhesive Bonding: Materials, Applications and Technology. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, 2009.

9. [9] E. M. Petrie, Handbook of Adhesives and Sealants. New York, NY, USA: McGraw-Hill, 2000.
10. [10] A. H. Landrock, Processing Handbook on Surface Preparation for Adhesive Bonding, U.S. Army Technical Report 4883, 1975.
11. [11] G. Habenicht, Applied Adhesive Bonding: A Practical Guide for Flawless Results. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, 2008.
12. [12] F. W. Douglas and E. J. Bruno, Adhesives in Modern Manufacturing. Dearborn, MI, USA: Society of Manufacturing Engineers, 1970.
13. [13] J. Ahammed, “Mechanical analysis and optimization of adhesive solutions in automotive manufacturing: a study on Loctite adhesives,” M.S. thesis, Dept. Mech. Eng., Univ. Debrecen, Debrecen, HU, 2024.
14. [14] J. Shields, Adhesives Handbook. Oxford, UK: Elsevier, 2013.
15. [15] D. Çömez ve Ö. Akbayır, “Elle Taşlama Yöntemiyle Rayların Yüzey Kusurlarının İyileştirilmesi ve Profil Düzeltilmesi: Uygulama Sonuçları”, Demiryolu Mühendisliği, sy 23, ss. 49–59, Oca. 2026, doi: 10.47072/demiryolu.1829770.