厌氧胶耐扭转疲劳性能的研究

杨晓娜

（北京天山新材料技术有限公司，北京100041）

在汽车或者工程机械行业中，螺栓在使用中会遇到以下几个主要问题：①螺纹升角的存在造成螺栓的松开力矩比上紧力矩小20%～30%；②螺栓在长期使用过程中，由于震动会使螺栓支承面与端面之间、螺纹啮合部位之间产生微动磨损而松动；③螺纹啮合部位存在空隙，容易导致松动与渗漏，一些机械的防松手段不能从根本上解决问题。用厌氧胶粘接螺栓来代替传统的焊接、铆接等机械连接方式越来越受到人们的重视，这样既可以优化结构、简化生产工序、提高效率并减少能耗，又可以防锈、防松、美观舒适以及安全可靠，尤其是防松螺栓使用厌氧胶越来越被人们所认可，所以不仅在汽车行业，在铁路、桥梁、风电和航空等诸多行业也都有重要应用[1～4]。

然而在使用厌氧型螺纹锁固胶之后，螺栓依然会受到各种工况的干扰，比如受到震动，螺纹啮合部位会产生微动磨损而慢慢松动，这在汽车或者工程机械用螺栓中是经常发生的现象。为了确定不同品种厌氧型螺纹锁固胶的耐扭转疲劳性能，本研究采用扭转疲劳机作为测试仪器，以天山公司厌氧胶产品为例，在固化相同时间的条件下，给予螺栓一定的扭转频率、扭转力和扭转角度，让其持续不断受到扭转力的冲击，从而判断哪种产品所受的扭转力相对最大，在该扭转力下耐疲劳的次数又是相对最多的，继而判断哪种产品的耐扭转疲劳是相对最好的。

所谓疲劳指的是在不断循环交变的应力作用下，接头强度不断下降以致遭到破坏的现象。在指定的疲劳应力条件下，造成接头破坏的交变应力循环次数称为疲劳寿命。目前关于疲劳性研究的标准有2个：①GB/T 27595—2011《胶粘剂结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法》标准，这是在标准条件下，用标准试样通过加载剪切应力来评价胶粘剂拉伸剪切疲劳强度的试验方法；②GB/T 10431—2008《紧固件横向振动试验方法》标准，该标准规定了测定紧固件防松性能的横向振动试验和数据处理方法。对于紧固件受到扭转力之后的防松性能目前还没有国家标准出台，本实验对此进行了试验摸索。

1 实验部分

1.1 主要材料

螺纹锁固胶：可赛新®1243（TS1243，蓝色，黏度为2 800 mPa·s，触变性并可拆卸）、可赛新®1262（TS1262，红色，黏度为2 000 mPa·s，触变性并可防松）、可赛新®1271（TS1271，红 色 ， 黏 度 为550 mPa·s，防松型），北京天山新材料技术有限公司。

螺栓规格：M10×30碳钢本色螺栓与螺母，4.8级强度

1.2 仪器与设备

300 N·m扭转疲劳试验机（如图1所示），Taiwan Pinbao Testing Instruments Co.LTD.。

1.3 实验方法

在低于产品破坏扭矩的条件下，设定一个扭矩（比如从破坏扭矩的80%开始），设定一定的旋转频率（转速）和转动方向（正转或反转），然后记录在此条件下的疲劳次数，直到破坏为止。

一般情况下，扭转疲劳扭矩越大，同时在此扭矩下的交变循环次数越多，表示该产品的耐疲劳性越好。目前测试需要在疲劳扭矩下达到250万次（30 d左右）以上才算合格。

例如：TS1243，破坏扭矩15 N·m，可以先从80%扭矩即12 N·m开始设定，转速设定为1 r/min，转动方向为正转，测试到破坏为止时的振动次数。

图1 扭转疲劳试验机Fig.1 Torsional fatigue test machine

1.4 性能测试

（1）拉伸剪切疲劳性能：按照GB/T 27595—2011《胶粘剂结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法》标准，采用扭转疲劳试验机进行测试（最大扭矩为300 N·m）。

（2）横向振动：按照GB/T 10431—2008《紧固件横向振动试验方法》标准，采用振动试验机进行测试。

2 结果与讨论

2.1 TS1243测试结果

表1为TS1243的测试结果。

表1 TS1243的测试结果Tab.1 Test results of TS1243 adhesive

图2为疲劳性能与强度之间的关系。

图2 TS1243的模拟疲劳曲线图Fig.2 Simulated fatigue curve of TS1243 adhesive

由图2可知：随着强度的增加，疲劳次数呈现下降趋势，这与实际使用情况相吻合，即如果受到的外力越大，厌氧胶的耐受力就会越小，螺栓也就越容易松动。图3、图4与图2的结果相类似。

2.2 TS1262测试结果

表2为TS1262的 测 试 结 果 。 图3为TS1262的模拟疲劳曲线图。

表2 TS1262的测试结果Tab.2 Test results of TS1262 adhesive

图3 TS1262的模拟疲劳曲线图Fig.3 Simulated fatigue curve of TS1262 adhesive

2.3 TS1271的测试结果

表3为TS1271的测试结果。图4为TS1271的模拟疲劳曲线图。

表3 TS1271的测试结果Tab.3 Test results of TS1271 adhesive

图4 TS1271的模拟疲劳曲线图Fig.4 Simulated fatigue curve of TS1271 adhesive

从以上测试结果可以看出，产品的强度越高，所能耐受的相对最大扭转疲劳力就越大，每种产品都有一个相对最大的耐受极限，超过耐受极限，胶层即受到破坏，不能再承受该力下的振动。

3款产品的最大耐受扭力如表4所示。

表4 几种产品的耐受力对比Tab.4 Tolerance comparison of several kinds of products

3 结论

一般来说，厌氧胶所能承受的相对最大疲劳扭矩跟胶本身的性能和种类有直接的关系，比如可拆卸型产品的耐扭转疲劳性能就比较弱，而防松型的产品就比较强，在防松型产品中，强度越高，所能承受的相对最大疲劳扭矩就越大。因此，客户在选择产品时要根据自己的工况，选择防松型还是可拆卸型，在防松型产品中再根据所受到的振动力大小选择合适的产品。当然，该研究只是疲劳性能的一种测试方法，研究的数据和方面有限，仅作为客户用胶的一个参考。

参考文献

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

[2]王孟钟,黄应昌.胶粘剂应用手册[M].北京:化学工业出版社,1987．

[3]吴民达.机械产品胶接密封技术实用手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1995．

[4]李福.胶粘剂和密封胶在汽车生产中的应用.粘接,1995,16(6):20-22,24.