用于高性能塑料和生物塑料的螺紋成型螺釘。

Remform II HS是一款專(zhuān)為高要求應(yīng)用設(shè)計(jì)的螺釘，適用于需要高強(qiáng)度螺栓連接、高預(yù)緊力和高抗松動(dòng)的場(chǎng)景，例如硬質(zhì)、纖維增強(qiáng)塑料。

目前，生物塑料在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用日益廣泛，如汽車(chē)行業(yè)、電子工業(yè)和建筑行業(yè)。然而，為了可靠地將生物聚合物進(jìn)行螺接，必須使用專(zhuān)門(mén)適配的緊固件。

在可持續(xù)供應(yīng)鏈等未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)中，產(chǎn)品整體性能和各個(gè)組件的連接方式同樣受到關(guān)注。隨著生物塑料在高性能產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這些新材料的緊固方式需要重新評(píng)估并優(yōu)化。來(lái)自德國(guó)Forchtenberg-Ernsbach的阿諾德公司（ARNOLD UMFORMTECHNIK GmbH & Co. KG）正在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。該公司與德國(guó)邦德復(fù)合材料有限公司（Bond-Laminates GmbH）共同研究了Remform II HS（高強(qiáng)度）螺紋成型螺釘是否適用于生物基復(fù)合材料。Remform II HS是一種專(zhuān)為高性能塑料的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的具有圓形螺紋輪廓的螺紋成型螺釘，適用于高預(yù)緊力和高抗松性的場(chǎng)合。

優(yōu)化的螺紋芯可增加斷裂扭矩

Remform II HS具有非對(duì)稱螺紋輪廓，輔以圓形齒面尖端和彎曲的載齒面。這種形狀與塑料的流動(dòng)特性相適應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)流暢的材料位移。該螺釘還具有優(yōu)化加粗的螺紋芯，可顯著提高螺釘?shù)氖ぞ睾屠鞌嗔蚜Γ@一優(yōu)化不僅增強(qiáng)了連接件的穩(wěn)定性，還能在高強(qiáng)度塑料上施加更高的裝配扭矩，而不會(huì)導(dǎo)致螺釘出現(xiàn)斷裂。其圓弧螺紋輪廓和陡峭的負(fù)載側(cè)面相結(jié)合使塑料材料在擰入螺釘時(shí)能夠流向負(fù)載側(cè)面，形成良好的螺紋覆蓋。通過(guò)將負(fù)載牙面輕微減小到10°，徑向應(yīng)力大大降低，從而確保了螺紋連接的高夾緊力。較低的徑向應(yīng)力最大程度的降低了塑料破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

Remform II HS具有非對(duì)稱螺紋輪廓，輔以圓形齒面尖端和彎曲的載齒面。這種形狀與塑料的流動(dòng)特性相適應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)流暢的材料位移。

影響螺栓連接的因素分析

為了可靠地設(shè)計(jì)和測(cè)試螺栓連接，必須充分了解影響連接性能的因素，這在進(jìn)行基本測(cè)試階段尤為重要。影響螺釘連接的重要因素包括管材和螺釘?shù)膸缀涡螤睢⑿究字睆揭约皬?qiáng)度、調(diào)質(zhì)處理和纖維含量等材料特性，還需要考慮裝配的影響因素，如螺紋擰緊系統(tǒng)的精度或速度。最后，使用過(guò)程中的不同負(fù)載類(lèi)型也很重要，例如溫度、動(dòng)力，以及負(fù)載持續(xù)時(shí)間或環(huán)境條件。這些因素都會(huì)影響塑料直接緊固件的裝配參數(shù)。

綜合考慮這些因素后，實(shí)際的螺絲驅(qū)動(dòng)曲線顯示，在高性能塑料中使用Remform II HS可以顯著提升螺釘?shù)臄Q緊性能。“與用于工程塑料的標(biāo)準(zhǔn)Remform螺釘相比，Remform II HS將失效力和失效扭矩提高了大約20%。”阿諾德產(chǎn)品工程師Sinja Strobl表示。

生物塑料螺絲連接的基礎(chǔ)研究

目前，塑料直接螺紋連接已被證明是一種可靠且成本優(yōu)化的連接塑料部件的解決方案。那么，這種方式是否同樣適用于生物塑料呢？阿諾德和Bond-Laminates共同研究了Remform II HS在Tepex（朗盛集團(tuán)注冊(cè)商標(biāo)）上的適用性。

“與Remform螺桿（實(shí)際上是工程塑料的標(biāo)準(zhǔn)解決方案）相比，Remform II HS將失效力和失效扭矩提高了大約20%。”阿諾德產(chǎn)品工程師Sinja Strobl表示。

Tepex dynalite 813-F250（簡(jiǎn)稱Tepex）是一種100%生物基復(fù)合材料，以聚乳酸（PLA）為基體，亞麻纖維為增強(qiáng)材料。這些亞麻纖維取自當(dāng)?shù)胤N植的亞麻植物莖稈。Tepex材料由一層或多層半成品紡織品組成，在聚乳酸基質(zhì)中嵌入連續(xù)纖維（亞麻），并經(jīng)過(guò)充分浸漬和固化。因此，所有纖維上都有塑料涂層，材料不含氣孔。據(jù)生產(chǎn)商稱，Tepex dynalite具有極高的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)保持極低的密度。

在螺釘?shù)幕A(chǔ)測(cè)試中，Tepex材料樣品作為板材被切割成小塊樣品，厚度約為6毫米，選用直徑為2.5 mm的Remform II HS作為緊固件。“有效擰入深度設(shè)定為2 x d，在不同尺寸的芯孔中進(jìn)行第一輪擰入和過(guò)緊測(cè)試，并測(cè)量預(yù)緊力，這意味著螺釘要擰入并擰緊，直到連接失效。”Sinja Strobl在描述測(cè)試時(shí)說(shuō)。初步測(cè)試結(jié)果可以確定適合長(zhǎng)期測(cè)試的芯孔直徑和擰緊扭矩。在長(zhǎng)期測(cè)試過(guò)程中，使用事先確定的擰緊扭矩將樣品擰在一起，并使用稱重傳感器測(cè)量預(yù)緊力的松弛情況。

測(cè)試結(jié)果證明Remform II HS的適用于生物塑料

擰入和過(guò)緊測(cè)試的初步結(jié)果表明，Remform II HS可以很好地在生物基材料中形成具有更大承載力的螺母螺紋。“在擰緊過(guò)程中，樣品體沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力裂紋或不良變形。Tepex材料確實(shí)讓我們感到驚訝。與其他測(cè)試材料相比，它實(shí)現(xiàn)了更高的失效扭矩，甚至高于玻璃纖維增強(qiáng)的PPS材料，”Strobl在總結(jié)結(jié)果時(shí)說(shuō)。

Remform II HS和Tepex的組合在工藝可靠性方面也取得了更佳效果。Strobl繼續(xù)說(shuō)：“較低的旋入扭矩和較高的過(guò)扭矩產(chǎn)生了較高的delta增量扭矩，這為裝配開(kāi)辟了較大的工藝窗口，并為用戶提供了較高的安全性。”

支持塑料直接連接緊固件的設(shè)計(jì)

這些研究成果隨后被阿諾德納入數(shù)字工程組合的工具中，以更好地支持客戶在生物基復(fù)合材料上直接連接緊固件的設(shè)計(jì)和構(gòu)思。

阿諾德可為塑料領(lǐng)域提供各種服務(wù)，包括芯孔工具，它能基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為幾乎所有的塑料確定更佳的芯孔設(shè)計(jì)。阿諾德還可為客戶提供含所有相關(guān)尺寸的PDF版設(shè)計(jì)建議書(shū)。

阿諾德還可提供塑料螺接預(yù)測(cè)工具Fast Designer Plastics，它能預(yù)測(cè)裝配預(yù)緊力和擰緊扭矩等各種裝配和操作變量，以及長(zhǎng)期溫度曝光后松弛效應(yīng)相關(guān)的預(yù)緊力下降情況。www.arnold-fastening.com