Bloqueurs de filetage :Guide des adhésifs de blocage de filetage

Inventées il y a plus de 2 000 ans, les fixations filetées sont toujours le matériel détachable le plus important utilisé dans la conception et l'assemblage de machines. Ils peuvent être trouvés sur pratiquement n'importe quel composant mécanique, maintenant souvent ensemble des pièces très critiques.

Avec plus de 300 milliards de fixations consommées chaque année aux États-Unis dans des applications d'assemblage allant des automobiles et des avions aux appareils électroménagers, il est essentiel que ces fixations offrent des performances prévisibles et uniformes en restant serrées une fois installées.

Malgré des siècles d'amélioration, les fixations filetées échouent toujours. La défaillance de la fixation résulte de l'une des deux causes suivantes. La relaxation de la tension est fréquemment causée par des changements de température et implique l'expansion et la contraction des boulons et des matériaux de substrat, ce qui réduit la tension des boulons et la force de serrage dans l'assemblage.

Une deuxième cause de défaillance des fixations est le desserrage automatique, qui est provoqué par un mouvement de glissement latéral entre les surfaces de contact des fixations. Alors que de nombreuses méthodes mécaniques, telles que les rondelles élastiques, les supports de fil et les boulons de verrouillage, ont été développées dans le but d'empêcher le desserrage incontrôlé des fixations, les méthodes de verrouillage mécanique ajoutent un coût substantiel à l'ensemble de fixation et ne peuvent empêcher le mouvement de glissement qui provoque un desserrage automatique. .

Les adhésifs frein-filet chimiques peuvent empêcher de façon économique et permanente la défaillance des fixations filetées. Introduits il y a près de 50 ans par Loctite Corporation, ces adhésifs anaérobies à composant unique sont des résines liquides uniques qui durcissent (ou durcissent) en un solide dur lorsqu'elles sont exposées à des ions métalliques en l'absence d'air.

Ce mécanisme de durcissement anaérobie permet à l'adhésif de s'écouler et de se déposer uniformément pour remplir les rainures des attaches filetées sans durcir prématurément. Tout excès de frein-filet qui déborde des fils pendant l'application restera liquide et peut donc être facilement essuyé.

Au fur et à mesure qu'un frein-filet liquide durcit, il forme des chaînes polymères qui se frayent un chemin dans chaque petite imperfection des fils. Le frottement du filetage augmente avec l'application de frein-filet en raison des connexions interfaciales qui déterminent la rugosité de la surface du métal.

L'adhésif remplit complètement les espaces microscopiques entre les filetages d'interface pour verrouiller et sceller positivement les assemblages filetés, empêchant ainsi les mouvements latéraux et protégeant le joint de la corrosion pouvant résulter de l'humidité, des gaz et des fluides.

Quelques gouttes de frein-filet liquide maintiendront une attache serrée dans un assemblage jusqu'à ce que l'utilisateur veuille qu'elle se sépare. Alors que les freins filets assurent un contact à 100 % entre les pièces métalliques, un assemblage typique d'écrou et de boulon peut avoir aussi peu que 15 % de contact métal sur métal.

Les adhésifs frein-filet sont des matériaux très fiables et peu coûteux qui améliorent le contrôle du couple, réduisent le grippage et offrent un pouvoir lubrifiant permettant d'obtenir un couple contrôlé lors de l'assemblage. Disponibles en différentes résistances pour différentes applications, les freins filets maintiendront des pressions de charge de serrage critiques même dans les environnements les plus sévères. Ces adhésifs offrent une résistance élevée au cisaillement, une bonne résistance à la température, un durcissement rapide, une distribution facile et une bonne résistance aux vibrations.

Facteurs à considérer lors de la sélection des freins filets

Un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte pour garantir la sélection du bon adhésif frein-filet pour une application. Dans certaines applications, les boulons doivent être amovibles et réutilisables pour l'entretien et la réparation continus de l'équipement. Contrairement à la croyance populaire, tout boulon qui a été verrouillé avec un adhésif frein-filet peut être réutilisé en enlevant l'ancien adhésif avant d'appliquer le nouveau et de le réassembler.

Les freins filets sont disponibles dans des formulations à faible résistance pour un retrait facile, des qualités de résistance moyenne qui peuvent être retirées à l'aide d'outils à main courants et des formulations à haute résistance qui offrent les capacités de maintien les plus élevées. Cependant, aucun bloqueur de threads n'est permanent; même les freins filets les plus résistants peuvent être retirés à l'aide d'outils à main standard après une exposition directe à des températures de 450 degrés Fahrenheit.

La résistance et la viscosité de l'adhésif nécessaire pour une application sont directement liées à la taille de l'attache utilisée. Les freins filet à faible résistance sont utilisés sur des vis jusqu'à un quart de pouce de diamètre, telles que des vis de réglage et d'étalonnage, des compteurs, des jauges et d'autres éléments de fixation qui nécessitent un réglage continu.

Les matériaux de résistance moyenne sont destinés aux fixations jusqu'à trois quarts de pouce de diamètre utilisées dans les machines-outils et les presses, les pompes, les compresseurs et comme boulons de montage. Les frein-filet à haute résistance sont mieux utilisés sur les fixations jusqu'à un pouce de diamètre trouvées dans les applications d'assemblage permanent telles que l'équipement lourd et une variété de supports.

Des formulations de frein filet pénétrant à faible viscosité sont également disponibles qui s'infiltrent facilement dans les attaches pré-assemblées jusqu'à un demi-pouce de diamètre.

Les conditions de fonctionnement de l'environnement d'utilisation finale dictent également la formulation de frein filet qui doit être sélectionnée. Les technologies de frein filet les plus récentes offrent de nombreux avantages auparavant indisponibles, notamment des variétés insensibles aux surfaces, des formulations à haute température, des matériaux chimiquement résistants et des formulations conçues pour résister à des vibrations extrêmes.

Le type de métal utilisé sur la fixation est également critique pour les performances de l'adhésif. Si la fixation est constituée de deux métaux inactifs tels que l'acier inoxydable, le zinc, le magnésium, l'oxyde noir, le cadmium, l'aluminium anodisé ou le titane passivé, un apprêt peut être nécessaire pour faciliter le durcissement. Cependant, si un seul métal inactif est présent, aucun apprêt ne sera nécessaire.

Application de freins filets

Lors de l'application d'adhésifs frein-filet, l'adhésif doit mouiller toute la longueur de la zone d'engagement du filetage. Un bon mouillage dépend de la taille du fil, de la viscosité de l'adhésif et de la géométrie des pièces. Si les pièces sont volumineuses, le mouillage des deux faces fournit la fiabilité nécessaire pour une application adéquate de l'adhésif.

Pour les assemblages d'écrous et de boulons traversants, le frein-filet doit être appliqué uniquement à l'endroit où l'écrou et le boulon se rencontreront lorsque l'assemblage est complètement serré, car seul l'adhésif entre les filets durcira. Pour les assemblages à trous borgnes tels que les vis d'assemblage, des freins filets doivent être appliqués à la fois au boulon et aux filetages correspondants. Si l'adhésif n'est appliqué que sur le boulon, la pression de l'air forcera le frein-filet liquide à s'échapper lorsque le boulon est serré, ce qui entraînera un durcissement incomplet et un éventuel échec de l'assemblage.

Les adhésifs frein filets liquides peuvent être appliqués avec des systèmes de distribution manuels, semi-automatiques ou automatiques. Cependant, les revêtements de fixation pré-appliqués deviennent de plus en plus populaires en tant qu'alternative aux méthodes de distribution d'adhésif manuelles ou automatiques. Les revêtements pré-appliqués comportent des microcapsules contenant un adhésif qui est pré-appliqué sur les filetages d'un assemblage sous forme de film sec.

Lorsque l'attache est assemblée, les capsules sont écrasées, libérant le frein filet adhésif. En plus des avantages économiques et logistiques, l'utilisation de boulons pré-revêtus offre également des avantages pour l'assurance qualité, car la quantité d'adhésif distribuée pour le revêtement est très constante.

Les freins filets anaérobies se fixent en quelques minutes à température ambiante et durcissent complètement en 24 heures. Le durcissement complet des adhésifs anaérobies peut être obtenu plus rapidement en utilisant une exposition à court terme à la chaleur (par exemple 30 minutes à 120 degrés Celsius). Dans les assemblages où un apprêt ou un activateur liquide est requis pour accélérer le durcissement, l'apprêt est appliqué sur une ou les deux surfaces de fixation avant l'application de l'adhésif. Aucun mélange de composants n'est requis.

En règle générale, les adhésifs frein-filet anaérobies ne doivent pas être utilisés sur les assemblages filetés en plastique car un ramollissement du substrat ou des fissures sous contrainte peuvent se produire.

Nouveaux développements

Les plus grands défis auxquels sont confrontés les adhésifs anaérobies traditionnels ont été :1) favoriser le durcissement sur une large gamme de substrats métalliques et non métalliques qui peuvent être contaminés par de la graisse ou de l'huile, 2) une exposition à long terme à des températures élevées supérieures à 300 degrés F, et 3) une exposition à long terme à des niveaux élevés de stress mécanique.

Certains matériaux, comme les huiles, peuvent gêner voire empêcher totalement le durcissement des colles frein filet par réaction anaérobie, nécessitant un bon nettoyage des assemblages avant application de la colle. En outre, les substrats passifs tels que l'acier plaqué au dichromate de zinc/phosphate, le magnésium, le cadmium, l'acier inoxydable, l'aluminium et les plastiques thermodurcissables ne pouvaient être liés qu'en traitant les matériaux avec des apprêts à base de solvant avant d'appliquer des adhésifs anaérobies.

De nouvelles formulations de frein-filet insensibles aux surfaces ont été développées pour tolérer les surfaces huileuses et contaminées, durcissant malgré les résidus qui inhiberaient le durcissement des adhésifs frein-filet traditionnels. De plus, ces freins filets sont également conçus pour durcir plus facilement sur les surfaces inactives, réduisant ainsi les applications nécessitant des apprêts.

Les adhésifs frein-filet traditionnels résistent à des températures limitées (moins-65 à plus-300 degrés F) sans défaillance. De nouveaux adhésifs anaérobies qui intègrent une nouvelle technologie chimique brevetée innovante ont été formulés pour maintenir leur intégrité à des températures allant jusqu'à 400 degrés F. Ces produits sont idéaux pour les applications qui subissent des cycles thermiques extrêmes, comme les assemblages automobiles et aérospatiaux.

Alors que les adhésifs anaérobies traditionnels à haute résistance peuvent résister à un certain niveau de vibration, la combinaison de températures de fonctionnement élevées et de fortes vibrations continues s'avère généralement trop importante pour les anaérobies conventionnels. De nouvelles formulations renforcées ont été conçues pour offrir de meilleures performances globales sous des contraintes thermiques et mécaniques extrêmes. Parce que ces matériaux sont plus résistants que les anaérobies traditionnels, ils sont moins sensibles aux chocs et peuvent résister à une exposition prolongée à des vibrations intenses, des forces de rotation, de cisaillement et de traction.

Une application performante

Ryobi Outdoor Products, l'un des principaux fabricants de coupe-bordures à essence pour l'entretien des pelouses grand public, développait un ventilateur haute puissance conçu pour atteindre des vitesses allant jusqu'à 210 mph et pour fonctionner à plus de 8 000 tr/min. Dans ces conditions de fonctionnement extrêmes, les composants du moteur ont été soumis à des températures de 500 à 600 degrés F et à des forces vibratoires élevées.

Sachant que les solutions mécaniques conventionnelles ne résoudraient pas leur défi d'assemblage, les ingénieurs de conception de Ryobi ont étudié les derniers freins filets anaérobies disponibles. Nouveau sur le marché, Loctite 266, un frein-filet insensible à la surface, à haute résistance et à haute température conçu pour se fixer en 40 minutes et durcir complètement en trois heures. Parce que l'adhésif était tolérant à l'huile et à d'autres contaminants de surface doux, l'application était rapide et facile, ne nécessitant aucune préparation de surface.

Sur la chaîne de montage Ryobi, l'adhésif a été appliqué sur des boulons en acier au zinc bichromaté qui relient le silencieux à la culasse et le carter au cylindre. Trois heures plus tard, chaque assemblage a été testé à plein régime pendant six minutes à 6 000 tr/min avant d'être approuvé pour une utilisation par le client.

« Le durcissement rapide de ce produit nous a permis d'effectuer nos tests de moteur à la fin de la chaîne de montage », déclare Bill Gest, vice-président des nouveaux produits chez Ryobi. « Cela nous a permis de lancer notre nouveau souffleur sur le marché à temps, d'expédier nos produits plus rapidement et de réduire nos stocks en cours prévus. Cette nouvelle unité de soufflage nous a aidés à maintenir notre avantage concurrentiel dans un marché très concurrentiel. »

À propos de l'auteur :
Mike Shannahan est le directeur du marketing OEM chez Loctite Corporation, une société Henkel. Henkel exerce ses activités dans le monde entier avec des marques et des technologies de premier plan dans trois domaines d'activité :lessive et soins à domicile, cosmétiques/articles de toilette et technologies adhésives. Fondée en 1876, Henkel détient des positions de leader mondial sur le marché à la fois dans les secteurs de la consommation et de l'industrie avec des marques bien connues telles que Persil, Schwarzkopf et Loctite. Henkel emploie environ 50 000 personnes et a déclaré un chiffre d'affaires de 18,86 milliards de dollars et un bénéfice d'exploitation ajusté de 1,84 milliard de dollars au cours de l'exercice 2009. Pour plus d'informations, visitez www.loctite.com.