厭氧膠耐扭轉疲勞性能的研究

楊曉娜

（北京天山新材料技術有限公司，北京100041）

在汽車或者工程機械行業中，螺栓在使用中會遇到以下幾個主要問題：①螺紋升角的存在造成螺栓的松開力矩比上緊力矩小20%～30%；②螺栓在長期使用過程中，由于震動會使螺栓支承面與端面之間、螺紋嚙合部位之間產生微動磨損而松動；③螺紋嚙合部位存在空隙，容易導致松動與滲漏，一些機械的防松手段不能從根本上解決問題。用厭氧膠粘接螺栓來代替傳統的焊接、鉚接等機械連接方式越來越受到人們的重視，這樣既可以優化結構、簡化生產工序、提高效率并減少能耗，又可以防銹、防松、美觀舒適以及安全可靠，尤其是防松螺栓使用厭氧膠越來越被人們所認可，所以不僅在汽車行業，在鐵路、橋梁、風電和航空等諸多行業也都有重要應用[1～4]。

然而在使用厭氧型螺紋鎖固膠之后，螺栓依然會受到各種工況的干擾，比如受到震動，螺紋嚙合部位會產生微動磨損而慢慢松動，這在汽車或者工程機械用螺栓中是經常發生的現象。為了確定不同品種厭氧型螺紋鎖固膠的耐扭轉疲勞性能，本研究采用扭轉疲勞機作為測試儀器，以天山公司厭氧膠產品為例，在固化相同時間的條件下，給予螺栓一定的扭轉頻率、扭轉力和扭轉角度，讓其持續不斷受到扭轉力的沖擊，從而判斷哪種產品所受的扭轉力相對最大，在該扭轉力下耐疲勞的次數又是相對最多的，繼而判斷哪種產品的耐扭轉疲勞是相對最好的。

所謂疲勞指的是在不斷循環交變的應力作用下，接頭強度不斷下降以致遭到破壞的現象。在指定的疲勞應力條件下，造成接頭破壞的交變應力循環次數稱為疲勞壽命。目前關于疲勞性研究的標準有2個：①GB/T 27595—2011《膠粘劑結構膠粘劑拉伸剪切疲勞性能的試驗方法》標準，這是在標準條件下，用標準試樣通過加載剪切應力來評價膠粘劑拉伸剪切疲勞強度的試驗方法；②GB/T 10431—2008《緊固件橫向振動試驗方法》標準，該標準規定了測定緊固件防松性能的橫向振動試驗和數據處理方法。對于緊固件受到扭轉力之后的防松性能目前還沒有國家標準出臺，本實驗對此進行了試驗摸索。

1 實驗部分

1.1 主要材料

螺紋鎖固膠：可賽新?1243（TS1243，藍色，黏度為2 800 mPa·s，觸變性并可拆卸）、可賽新?1262（TS1262，紅色，黏度為2 000 mPa·s，觸變性并可防松）、可賽新?1271（TS1271，紅 色 ， 黏 度 為550 mPa·s，防松型），北京天山新材料技術有限公司。

螺栓規格：M10×30碳鋼本色螺栓與螺母，4.8級強度

1.2 儀器與設備

300 N·m扭轉疲勞試驗機（如圖1所示），Taiwan Pinbao Testing Instruments Co.LTD.。

1.3 實驗方法

在低于產品破壞扭矩的條件下，設定一個扭矩（比如從破壞扭矩的80%開始），設定一定的旋轉頻率（轉速）和轉動方向（正轉或反轉），然后記錄在此條件下的疲勞次數，直到破壞為止。

一般情況下，扭轉疲勞扭矩越大，同時在此扭矩下的交變循環次數越多，表示該產品的耐疲勞性越好。目前測試需要在疲勞扭矩下達到250萬次（30 d左右）以上才算合格。

例如：TS1243，破壞扭矩15 N·m，可以先從80%扭矩即12 N·m開始設定，轉速設定為1 r/min，轉動方向為正轉，測試到破壞為止時的振動次數。

圖1 扭轉疲勞試驗機Fig.1 Torsional fatigue test machine

1.4 性能測試

（1）拉伸剪切疲勞性能：按照GB/T 27595—2011《膠粘劑結構膠粘劑拉伸剪切疲勞性能的試驗方法》標準，采用扭轉疲勞試驗機進行測試（最大扭矩為300 N·m）。

（2）橫向振動：按照GB/T 10431—2008《緊固件橫向振動試驗方法》標準，采用振動試驗機進行測試。

2 結果與討論

2.1 TS1243測試結果

表1為TS1243的測試結果。

表1 TS1243的測試結果Tab.1 Test results of TS1243 adhesive

圖2為疲勞性能與強度之間的關系。

圖2 TS1243的模擬疲勞曲線圖Fig.2 Simulated fatigue curve of TS1243 adhesive

由圖2可知：隨著強度的增加，疲勞次數呈現下降趨勢，這與實際使用情況相吻合，即如果受到的外力越大，厭氧膠的耐受力就會越小，螺栓也就越容易松動。圖3、圖4與圖2的結果相類似。

2.2 TS1262測試結果

表2為TS1262的 測 試 結 果 。 圖3為TS1262的模擬疲勞曲線圖。

表2 TS1262的測試結果Tab.2 Test results of TS1262 adhesive

圖3 TS1262的模擬疲勞曲線圖Fig.3 Simulated fatigue curve of TS1262 adhesive

2.3 TS1271的測試結果

表3為TS1271的測試結果。圖4為TS1271的模擬疲勞曲線圖。

表3 TS1271的測試結果Tab.3 Test results of TS1271 adhesive

圖4 TS1271的模擬疲勞曲線圖Fig.4 Simulated fatigue curve of TS1271 adhesive

從以上測試結果可以看出，產品的強度越高，所能耐受的相對最大扭轉疲勞力就越大，每種產品都有一個相對最大的耐受極限，超過耐受極限，膠層即受到破壞，不能再承受該力下的振動。

3款產品的最大耐受扭力如表4所示。

表4 幾種產品的耐受力對比Tab.4 Tolerance comparison of several kinds of products

3 結論

一般來說，厭氧膠所能承受的相對最大疲勞扭矩跟膠本身的性能和種類有直接的關系，比如可拆卸型產品的耐扭轉疲勞性能就比較弱，而防松型的產品就比較強，在防松型產品中，強度越高，所能承受的相對最大疲勞扭矩就越大。因此，客戶在選擇產品時要根據自己的工況，選擇防松型還是可拆卸型，在防松型產品中再根據所受到的振動力大小選擇合適的產品。當然，該研究只是疲勞性能的一種測試方法，研究的數據和方面有限，僅作為客戶用膠的一個參考。

參考文獻

[1]Girard S H.Machinery adhesive for locking,retaining and sealing[M].New York:Marcel Dekker,INC,1986.

[2]王孟鐘,黃應昌.膠粘劑應用手冊[M].北京:化學工業出版社,1987．

[3]吳民達.機械產品膠接密封技術實用手冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1995．

[4]李福.膠粘劑和密封膠在汽車生產中的應用.粘接,1995,16(6):20-22,24.