用于塑料的直接连接紧固件

用于高性能塑料和生物塑料的螺纹成型螺钉。

Remform II HS是一款专为高要求应用设计的螺钉，适用于需要高强度螺栓连接、高预紧力和高抗松动的场景，例如硬质、纤维增强塑料。

目前，生物塑料在工业产品中的应用日益广泛，如汽车行业、电子工业和建筑行业。然而，为了可靠地将生物聚合物进行螺接，必须使用专门适配的紧固件。

在可持续供应链等未来发展趋势中，产品整体性能和各个组件的连接方式同样受到关注。随着生物塑料在高性能产品中的应用越来越广泛，这些新材料的紧固方式需要重新评估并优化。来自德国Forchtenberg-Ernsbach的阿诺德公司（ARNOLD UMFORMTECHNIK GmbH & Co. KG）正在应对这一挑战。该公司与德国邦德复合材料有限公司（Bond-Laminates GmbH）共同研究了Remform II HS（高强度）螺纹成型螺钉是否适用于生物基复合材料。Remform II HS是一种专为高性能塑料的应用而设计的具有圆形螺纹轮廓的螺纹成型螺钉，适用于高预紧力和高抗松性的场合。

优化的螺纹芯可增加断裂扭矩

Remform II HS具有非对称螺纹轮廓，辅以圆形齿面尖端和弯曲的载齿面。这种形状与塑料的流动特性相适应，能实现流畅的材料位移。该螺钉还具有优化加粗的螺纹芯，可显著提高螺钉的失效扭矩和拉伸断裂力，这一优化不仅增强了连接件的稳定性，还能在高强度塑料上施加更高的装配扭矩，而不会导致螺钉出现断裂。其圆弧螺纹轮廓和陡峭的负载侧面相结合使塑料材料在拧入螺钉时能够流向负载侧面，形成良好的螺纹覆盖。通过将负载牙面轻微减小到10°，径向应力大大降低，从而确保了螺纹连接的高夹紧力。较低的径向应力最大程度的降低了塑料破裂的风险。

Remform II HS具有非对称螺纹轮廓，辅以圆形齿面尖端和弯曲的载齿面。这种形状与塑料的流动特性相适应，能实现流畅的材料位移。

影响螺栓连接的因素分析

为了可靠地设计和测试螺栓连接，必须充分了解影响连接性能的因素，这在进行基本测试阶段尤为重要。影响螺钉连接的重要因素包括管材和螺钉的几何形状、芯孔直径以及强度、调质处理和纤维含量等材料特性，还需要考虑装配的影响因素，如螺纹拧紧系统的精度或速度。最后，使用过程中的不同负载类型也很重要，例如温度、动力，以及负载持续时间或环境条件。这些因素都会影响塑料直接紧固件的装配参数。

综合考虑这些因素后，实际的螺丝驱动曲线显示，在高性能塑料中使用Remform II HS可以显著提升螺钉的拧紧性能。“与用于工程塑料的标准Remform螺钉相比，Remform II HS将失效力和失效扭矩提高了大约20%。”阿诺德产品工程师Sinja Strobl表示。

生物塑料螺丝连接的基础研究

目前，塑料直接螺纹连接已被证明是一种可靠且成本优化的连接塑料部件的解决方案。那么，这种方式是否同样适用于生物塑料呢？阿诺德和Bond-Laminates共同研究了Remform II HS在Tepex（朗盛集团注册商标）上的适用性。

“与Remform螺杆（实际上是工程塑料的标准解决方案）相比，Remform II HS将失效力和失效扭矩提高了大约20%。”阿诺德产品工程师Sinja Strobl表示。

Tepex dynalite 813-F250（简称Tepex）是一种100%生物基复合材料，以聚乳酸（PLA）为基体，亚麻纤维为增强材料。这些亚麻纤维取自当地种植的亚麻植物茎秆。Tepex材料由一层或多层半成品纺织品组成，在聚乳酸基质中嵌入连续纤维（亚麻），并经过充分浸渍和固化。因此，所有纤维上都有塑料涂层，材料不含气孔。据生产商称，Tepex dynalite具有极高的强度和刚性，同时保持极低的密度。

在螺钉的基础测试中，Tepex材料样品作为板材被切割成小块样品，厚度约为6毫米，选用直径为2.5 mm的Remform II HS作为紧固件。“有效拧入深度设定为2 x d，在不同尺寸的芯孔中进行第一轮拧入和过紧测试，并测量预紧力，这意味着螺钉要拧入并拧紧，直到连接失效。”Sinja Strobl在描述测试时说。初步测试结果可以确定适合长期测试的芯孔直径和拧紧扭矩。在长期测试过程中，使用事先确定的拧紧扭矩将样品拧在一起，并使用称重传感器测量预紧力的松弛情况。

测试结果证明Remform II HS的适用于生物塑料

拧入和过紧测试的初步结果表明，Remform II HS可以很好地在生物基材料中形成具有更大承载力的螺母螺纹。“在拧紧过程中，样品体没有出现应力裂纹或不良变形。Tepex材料确实让我们感到惊讶。与其他测试材料相比，它实现了更高的失效扭矩，甚至高于玻璃纤维增强的PPS材料，”Strobl在总结结果时说。

Remform II HS和Tepex的组合在工艺可靠性方面也取得了更佳效果。Strobl继续说：“较低的旋入扭矩和较高的过扭矩产生了较高的delta增量扭矩，这为装配开辟了较大的工艺窗口，并为用户提供了较高的安全性。”

支持塑料直接连接紧固件的设计

这些研究成果随后被阿诺德纳入数字工程组合的工具中，以更好地支持客户在生物基复合材料上直接连接紧固件的设计和构思。

阿诺德可为塑料领域提供各种服务，包括芯孔工具，它能基于实验室数据为几乎所有的塑料确定更佳的芯孔设计。阿诺德还可为客户提供含所有相关尺寸的PDF版设计建议书。

阿诺德还可提供塑料螺接预测工具Fast Designer Plastics，它能预测装配预紧力和拧紧扭矩等各种装配和操作变量，以及长期温度曝光后松弛效应相关的预紧力下降情况。