Threadlockers:een gids voor draadborgende lijmen

Meer dan 2000 jaar geleden uitgevonden, zijn bevestigingsmiddelen met schroefdraad nog steeds de belangrijkste verwijderbare hardware die wordt gebruikt bij het ontwerpen en assembleren van machines. Ze zijn te vinden op vrijwel elk mechanisch onderdeel en houden vaak zeer kritische onderdelen bij elkaar.

Met meer dan 300 miljard bevestigingsmiddelen die elk jaar in de VS worden verbruikt in assemblagetoepassingen van auto's en vliegtuigen tot huishoudelijke apparaten, is het van cruciaal belang dat deze bevestigingsmiddelen voorspelbare, uniforme prestaties leveren door goed vast te blijven nadat ze zijn geïnstalleerd.

Ondanks eeuwen van verbetering, falen schroefdraadbevestigingen nog steeds. Het falen van het bevestigingsmiddel is het gevolg van een van de twee oorzaken. Spanningsontspanning wordt vaak veroorzaakt door temperatuurveranderingen en omvat de uitzetting en samentrekking van bouten en substraatmaterialen, die de boutspanning en klemkracht in de assemblage verminderen.

Een tweede oorzaak van het falen van een bevestigingsmiddel is het zelflosmaken, dat wordt veroorzaakt door een zijdelingse schuifbeweging tussen de contactoppervlakken van het bevestigingsmiddel. Hoewel veel mechanische methoden, zoals veerringen, draadhouders en borgbouten, zijn ontwikkeld in een poging om ongecontroleerd losraken van bevestigingsmiddelen te voorkomen, brengen mechanische vergrendelingsmethoden aanzienlijke kosten met zich mee voor de bevestigingsconstructie en kunnen ze de glijdende beweging die het vanzelf losraken veroorzaakt niet voorkomen .

Chemische lijmen voor schroefdraadborging kunnen op een goedkope en permanente manier het falen van schroefdraadverbindingen voorkomen. Deze anaërobe lijmen met één component, bijna 50 jaar geleden geïntroduceerd door Loctite Corporation, zijn unieke vloeibare harsen die uitharden (of uitharden) tot een taaie vaste stof wanneer ze worden blootgesteld aan metaalionen in afwezigheid van lucht.

Door dit anaërobe uithardingsmechanisme kan de lijm vloeien en gelijkmatig bezinken om de groeven van schroefdraadbevestigingen te vullen zonder voortijdig uit te harden. Overtollig schroefdraadborgmiddel dat tijdens het aanbrengen over de schroefdraad loopt, blijft vloeibaar en kan daarom gemakkelijk worden weggeveegd.

Terwijl een vloeibaar schroefdraadborgmiddel uithardt, vormt het polymeerketens die hun weg vinden naar elke kleine imperfectie in de draden. De wrijving van de schroefdraad neemt toe met de toepassing van schroefdraadborgmiddelen als gevolg van de grensvlakverbindingen die bepalend zijn voor de oppervlakteruwheid van het metaal.

De lijm vult de microscopisch kleine openingen tussen de verbindingsdraden volledig om schroefdraadassemblages positief te vergrendelen en af ​​te dichten, zijdelingse beweging te voorkomen en de verbinding te beschermen tegen corrosie die kan ontstaan ​​door vocht, gassen en vloeistoffen.

Slechts een paar druppels vloeibaar schroefdraadborgmiddel zorgen ervoor dat een bevestiger in een assemblage wordt vastgedraaid totdat de gebruiker wil dat deze uit elkaar valt. Terwijl schroefdraadborgmiddelen 100 procent contact tussen metalen onderdelen bieden, kan een typische moer- en boutconstructie slechts 15 procent metaal-op-metaal contact hebben.

Schroefdraadborgende lijmen zijn zeer betrouwbare, goedkope materialen die de torsiecontrole verbeteren, vreten verminderen en smering bieden om een ​​gecontroleerde torsie tijdens de montage te bereiken. Schroefdraadborgmiddelen zijn verkrijgbaar in verschillende sterktes voor verschillende toepassingen en houden kritische klembelastingen vast, zelfs in de meest veeleisende omgevingen. Deze lijmen bieden een hoge afschuifsterkte, goede temperatuurbestendigheid, snelle uitharding, gemakkelijke dosering en goede trillingsbestendigheid.

Te overwegen factoren bij het selecteren van schroefdraadborgmiddelen

Er moet met een aantal factoren rekening worden gehouden om ervoor te zorgen dat de juiste schroefdraadborgmiddel voor een toepassing wordt gekozen. In bepaalde toepassingen moeten bouten verwijderbaar en herbruikbaar zijn voor doorlopend onderhoud en reparatie van apparatuur. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, kan elke bout die is vastgezet met schroefdraadborgmiddel opnieuw worden gebruikt door oude lijm te verwijderen voordat nieuwe lijm wordt aangebracht en opnieuw in elkaar te zetten.

Schroefdraadborgmiddelen zijn verkrijgbaar in formuleringen met een lage sterkte voor gemakkelijke verwijdering, hardmetaalsoorten met een gemiddelde sterkte die kunnen worden verwijderd met gewoon handgereedschap, en formuleringen met een hoge sterkte die de hoogste houdcapaciteit bieden. Geen schroefdraadborgmiddel is echter permanent; zelfs de sterkste schroefdraadborgmiddelen kunnen worden verwijderd met standaard handgereedschap na directe blootstelling aan temperaturen van 450 graden Fahrenheit.

De sterkte en viscositeit van de lijm die nodig is voor een toepassing zijn direct gerelateerd aan de grootte van de gebruikte bevestiger. Draadborgmiddelen met een lage sterkte worden gebruikt voor schroeven met een diameter tot een kwart inch, zoals afstel- en kalibratieschroeven, meters, meters en andere bevestigingsmiddelen die voortdurend moeten worden afgesteld.

Middelsterke materialen zijn voor bevestigingsmiddelen met een diameter tot driekwart inch die worden gebruikt in werktuigmachines en persen, pompen, compressoren en als bevestigingsbouten. Zeer sterke schroefdraadborgmiddelen kunnen het best worden gebruikt op bevestigingsmiddelen met een diameter tot 2,5 cm die worden aangetroffen in permanente montagetoepassingen zoals zwaar materieel en een verscheidenheid aan bevestigingen.

Er zijn ook laagviskeuze penetrerende schroefdraadborgende formuleringen beschikbaar die gemakkelijk in voorgemonteerde bevestigingsmiddelen met een diameter tot een halve inch kunnen worden opgenomen.

De bedrijfsomstandigheden van de eindgebruiksomgeving dicteren ook de schroefdraadborgingsformulering die moet worden gekozen. De nieuwste schroefdraadborgingstechnologieën bieden vele voordelen die voorheen niet beschikbaar waren, waaronder oppervlakte-ongevoelige varianten, formuleringen voor hoge temperaturen, chemisch resistente materialen en formuleringen die zijn ontworpen om extreme trillingen te weerstaan.

Het type metaal dat op het bevestigingsmiddel wordt gebruikt, is ook van cruciaal belang voor de prestaties van de lijm. Als het bevestigingsmiddel is gemaakt van twee inactieve metalen zoals roestvrij staal, zink, magnesium, zwart oxide, cadmium, geanodiseerd aluminium of gepassiveerd titanium, kan een primer nodig zijn om de uitharding te vergemakkelijken. Als er echter maar één inactief metaal aanwezig is, is er geen primer nodig.

Draadborgmiddelen aanbrengen

Bij het aanbrengen van schroefdraadborgende lijmen moet de lijm de totale lengte van het schroefdraadaangrijpingsgebied nat maken. Een goede bevochtiging is afhankelijk van de grootte van de schroefdraad, de viscositeit van de lijm en de geometrie van de onderdelen. Als de onderdelen groot zijn, biedt het bevochtigen van beide zijden de nodige betrouwbaarheid voor een adequate lijmtoepassing.

Voor doorlopende moer- en boutmontages mag schroefdraadborgmiddel alleen worden toegepast waar de moer en bout elkaar ontmoeten wanneer de montage volledig is vastgedraaid, omdat alleen lijm tussen de schroefdraad zal uitharden. Voor assemblages met blinde gaten, zoals kolomschroeven, moeten schroefdraadborgmiddelen worden toegepast op zowel de bout als de bijpassende schroefdraad. Als er alleen lijm op de bout wordt aangebracht, zal luchtdruk het vloeibare schroefdraadborgmiddel dwingen te ontsnappen als de bout wordt vastgedraaid, wat zal resulteren in onvolledige uitharding en mogelijk falen van de montage.

Vloeibare schroefdraadborgende lijmen kunnen worden aangebracht met handmatige, halfautomatische of automatische doseersystemen. Vooraf aangebrachte coatings voor bevestigingsmiddelen worden echter steeds populairder als alternatief voor handmatige of automatische lijmdoseringsmethoden. Vooraf aangebrachte coatings bevatten microcapsules die lijm bevatten die vooraf als een droge film op de schroefdraad van een assemblage is aangebracht.

Wanneer het bevestigingsmiddel is gemonteerd, worden de capsules verpletterd, waardoor het zelfklevende schroefdraadborgmiddel vrijkomt. Naast kosten- en logistieke voordelen biedt het gebruik van voorgecoate bouten ook voordelen voor kwaliteitsborging, omdat de hoeveelheid lijm die voor de coating wordt afgegeven, zeer consistent is.

Anaërobe schroefdraadborgmiddelen fixeren in minuten bij kamertemperatuur en harden volledig uit binnen 24 uur. Volledige uitharding van anaërobe lijmen kan sneller worden bereikt bij kortdurende blootstelling aan hitte (bijv. 30 minuten bij 120 graden Celsius). In assemblages waar een vloeibare primer of activator nodig is om de uitharding te versnellen, wordt de primer aangebracht op een of beide bevestigingsoppervlakken voordat de lijm wordt aangebracht. Het is niet nodig om componenten te mengen.

Als algemene regel geldt dat anaërobe schroefdraadborgende lijmen niet mogen worden gebruikt op kunststof schroefdraadassemblages, omdat het substraat zachter wordt of spanningsscheuren kan optreden.

Nieuwe ontwikkelingen

De grootste uitdagingen waarmee traditionele anaërobe lijmen worden geconfronteerd, waren:1) het bevorderen van uitharding op een breed scala aan metalen en niet-metalen ondergronden die verontreinigd kunnen zijn met vet of olie, 2) langdurige blootstelling aan verhoogde temperaturen van meer dan 300 graden F, en 3) langdurige blootstelling aan hoge niveaus van mechanische belasting.

Bepaalde materialen, zoals oliën, kunnen de uitharding van schroefdraadborgende lijmen belemmeren of zelfs volledig voorkomen door anaërobe reactie, waardoor de assemblages goed moeten worden gereinigd voordat de lijm wordt aangebracht. Ook konden passieve substraten zoals zinkdichromaat/gefosfateerd staal, magnesium, cadmium, roestvrij staal, aluminium en thermohardende kunststoffen eens alleen worden verlijmd door de materialen te behandelen met primers op oplosmiddelbasis voordat anaërobe lijmen worden aangebracht.

Er zijn nieuwe oppervlakte-ongevoelige schroefdraadborgende formuleringen ontwikkeld om olieachtige en verontreinigde oppervlakken te vergeven en uit te harden ondanks resten die de uitharding van traditionele schroefdraadborgende lijmen zouden belemmeren. Bovendien zijn deze schroefdraadborgmiddelen ook ontworpen om gemakkelijker uit te harden op inactieve oppervlakken, waardoor het aantal toepassingen waarbij primers nodig zijn, wordt verminderd.

Traditionele schroefdraadborgende lijmen zijn bestand tegen beperkte temperaturen (min-65 tot plus-300 graden F) zonder falen. Nieuwe anaërobe lijmen die innovatieve nieuwe gepatenteerde chemische technologie bevatten, zijn geformuleerd om hun integriteit te behouden bij temperaturen tot 400 graden F. Deze producten zijn ideaal voor toepassingen die extreme thermische cycli doorstaan, zoals auto- en ruimtevaartassemblages.

Terwijl traditionele anaërobe lijmen met hoge sterkte een bepaald niveau van trillingen kunnen weerstaan, blijkt de combinatie van verhoogde bedrijfstemperaturen en sterke aanhoudende trillingen doorgaans te veel te zijn voor conventionele anaërobe middelen. Nieuwe, geharde formuleringen zijn ontwikkeld om betere algemene prestaties te bieden onder extreme thermische en mechanische belasting. Omdat deze materialen sterker zijn dan traditionele anaërobe materialen, zijn ze minder schokgevoelig en bestand tegen langdurige blootstelling aan intense trillingen, rotatie-, schuif- en trekkrachten.

Een krachtige applicatie

Ryobi Outdoor Products, een toonaangevende fabrikant van door gas aangedreven grastrimmers voor het onderhoud van gazons voor consumenten, ontwikkelde een krachtige blazer die is ontworpen om snelheden te bereiken tot 210 mph en om te draaien met meer dan 8.000 tpm. Onder deze extreme bedrijfsomstandigheden werden motoronderdelen blootgesteld aan temperaturen van 500 tot 600 graden F en aan hoge trillingskrachten.

In de wetenschap dat conventionele mechanische oplossingen hun assemblage-uitdaging niet zouden oplossen, onderzochten de ontwerpingenieurs van Ryobi de nieuwste anaërobe schroefdraadborgmiddelen die beschikbaar zijn. Nieuw op de markt was Loctite 266, een oppervlakte-ongevoelig, zeer sterk schroefdraadborgmiddel voor hoge temperaturen, ontworpen om in 40 minuten te fixeren en volledig uit te harden in drie uur. Omdat de lijm bestand was tegen olie en andere milde oppervlakteverontreinigingen, was het aanbrengen snel en gemakkelijk, zonder voorbereiding van het oppervlak.

Op de assemblagelijn van Ryobi werd de lijm aangebracht op met zink gedichromateerde stalen bouten die de uitlaat met de cilinderkop verbinden en het carter met de cilinder. Drie uur later werd elke assemblage zes minuten lang met volledig open gas bij 6000 tpm getest voordat deze werd goedgekeurd voor gebruik door de klant.

"De snelle uitharding van dit product heeft ons in staat gesteld onze motortests uit te voeren aan het einde van de assemblagelijn", zegt Bill Gest, vice-president nieuwe producten bij Ryobi. “Hierdoor konden we onze nieuwe blazer op tijd op de markt brengen, onze producten sneller verzenden en onze verwachte lopende voorraden verminderen. Deze nieuwe ventilatoreenheid heeft ons geholpen ons concurrentievoordeel te behouden in een zeer competitieve markt.”

Over de auteur:
Mike Shannahan is de manager OEM-marketing bij Loctite Corporation, een Henkel-bedrijf. Henkel is wereldwijd actief met toonaangevende merken en technologieën in drie bedrijfsgebieden:Wasserij &Thuisverzorging, Cosmetica/Toiletartikelen en Kleeftechnologieën. Henkel, opgericht in 1876, heeft wereldwijd leidende marktposities in zowel de consumenten- als de industriële sector met bekende merken zoals Persil, Schwarzkopf en Loctite. Henkel heeft ongeveer 50.000 mensen in dienst en rapporteerde een omzet van $ 18,86 miljard en een aangepast bedrijfsresultaat van $ 1,84 miljard in fiscaal 2009. Ga voor meer informatie naar www.loctite.com.