本發(fā)明涉及使用樹脂中含有強(qiáng)化纖維的樹脂組合物作為原材料的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓。

背景技術(shù)：

以往，在要求耐化學(xué)藥品性、耐腐蝕性、生物適應(yīng)性、防爆性、輕量性、保溫性的領(lǐng)域，進(jìn)行物品彼此的緊固、運(yùn)送動(dòng)作時(shí)，存在使用以樹脂為原材料的樹脂螺栓的情況。

樹脂螺栓雖然有各種各樣的特征，但由于與金屬螺栓相比強(qiáng)度低，適用范圍被限制。因此無法應(yīng)用于要求更高強(qiáng)度的領(lǐng)域。

(日本)特開平7-293535號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了為增強(qiáng)螺栓的拉伸破壞強(qiáng)度而混入纖維的樹脂螺栓。在專利文獻(xiàn)1中記載的樹脂螺栓中，將平均纖維長度為0.3mm以上的長纖維混入熱可塑性樹脂，加強(qiáng)了強(qiáng)化纖維與樹脂的結(jié)合力/粘著力，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料的強(qiáng)度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平7-293535號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

專利文獻(xiàn)1中記載的纖維強(qiáng)化樹脂制螺栓通過努力使平均纖維長度0.3mm以上的長纖維與螺栓的軸向平行地取向來增強(qiáng)螺栓的拉伸破壞強(qiáng)度。

然而，即使在含有長纖維而增強(qiáng)了軸向的拉伸強(qiáng)度的情況下，例如想要在稍小的空間內(nèi)進(jìn)行螺栓結(jié)合的情況下，想要縮短外螺紋與內(nèi)螺紋的螺合長度時(shí)，存在螺紋牙強(qiáng)度不足的情況。

本發(fā)明的目的在于增強(qiáng)纖維強(qiáng)化樹脂螺栓中的螺紋牙的強(qiáng)度。

本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓是使用樹脂中含有強(qiáng)化纖維的樹脂組合物而成型的螺栓。纖維強(qiáng)化樹脂螺栓中的螺紋牙的螺距是與公制粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺紋牙外徑對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)螺距的1.5倍至2倍長。強(qiáng)化纖維的平均纖維長度是纖維強(qiáng)化樹脂螺栓中的螺紋牙的螺距的1到1/3倍。樹脂組合物中的強(qiáng)化纖維的含有率是20％到80％。

本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓是使用樹脂中含有強(qiáng)化纖維的樹脂組合物而成型的螺栓。纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的螺紋牙的螺距是螺栓外徑的1/4.3至1/2.2倍長。強(qiáng)化纖維的平均纖維長度是螺距的1至1/3倍。樹脂組合物中強(qiáng)化纖維的含有率是20％至80％。

纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的螺紋牙的角度是60°至90°。

纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的外徑是3.5mm至10mm。

樹脂組合物中的樹脂是芳香族聚醚酮樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚偏氟乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚縮醛樹脂、酚醛樹脂、超高分子量聚乙烯樹脂、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯樹脂或聚氯乙烯樹脂。

樹脂組合物中的強(qiáng)化纖維是玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維或超高分子聚乙烯纖維。

通過使用本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓，可以提供螺紋牙強(qiáng)度高的樹脂螺栓。通過提供螺紋牙強(qiáng)度高的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓，可以擴(kuò)大要求耐化學(xué)藥品性、耐腐蝕性、生物適應(yīng)性、防爆性、輕量性、保溫性領(lǐng)域中的樹脂螺栓的適用范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓(外螺紋)的一部分的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓(內(nèi)螺紋)的一部分的剖視圖。

圖3中(a)是表示具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖3中(b)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝75°，根據(jù)該角度a來改變螺距p的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖3中(c)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝90°，根據(jù)該角度a改變螺距p的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖4中(a)是表示具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖4中(b)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝105°，根據(jù)該角度a改變螺距p的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖4中(c)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝120°，根據(jù)該角度a改變螺距p的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖5中(a)是表示具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖5中(b)是表示相對(duì)于unf3/16將螺紋牙的螺距p改變至1.2倍的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖6中(a)是表示相對(duì)于unf3/16將螺紋牙的螺距p改變至1.4倍的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖6中(b)是表示相對(duì)于unf3/16將螺紋牙的螺距p改變至1.6倍的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖7中(a)是表示相對(duì)于unf3/16將螺紋牙的螺距p改變至1.8倍的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖7中(b)是表示相對(duì)于unf3/16將螺紋牙的螺距p改變至2倍的外螺紋中的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖8是表示在改變樹脂及強(qiáng)化纖維的含有比例時(shí)的關(guān)于纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的拉伸強(qiáng)度(kn)變化的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)制造本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的方式進(jìn)行說明。

圖1是表示第一實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓(外螺紋)的一部分剖面的部分剖視圖。圖2是表示第一實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓(內(nèi)螺紋)的一部分剖面的部分剖視圖。需要說明的是，圖2所示的內(nèi)螺紋的螺紋牙形狀與圖1所示的外螺紋的螺紋牙形狀相同，所以省略其說明。

參照?qǐng)D1及圖2，第一實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20是使用樹脂中含有強(qiáng)化纖維的樹脂組合物所成型的螺栓，具有3.5mm≤外徑d≤10mm范圍的外徑d。一般而言，外徑d大的螺栓其螺紋牙也大，螺紋牙腳部的寬度也長，所以螺紋牙的強(qiáng)度高。然而，在外徑d為10mm以下的樹脂螺栓中，存在螺紋牙強(qiáng)度不足的情況。

在此，通過將纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的螺距p設(shè)定為長于一般使用的標(biāo)準(zhǔn)螺栓的螺距，進(jìn)而可以使螺紋牙的腳部變長而增加螺紋牙的強(qiáng)度。

纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺距p相對(duì)于螺栓的外徑d，優(yōu)選為d/4.3至d/2.2的長度。另外，纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺紋牙的外徑d與公制粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺紋牙外徑相同的情況下，纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺距p優(yōu)選為與公制粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的螺紋牙對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)螺距的1.5至2倍長。

在將纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20注塑成型時(shí)，一般在螺栓的頭部h或螺栓的底部b配置有澆口，此時(shí)樹脂組合物的多數(shù)以與螺紋牙正交的方式流動(dòng)。因此，樹脂組合物的流動(dòng)在螺紋牙的部分具有朝向軸向的傾向。在此，如果確保螺紋牙的腳部較長，則能夠使樹脂入口寬度相對(duì)于螺紋牙的高度較寬，因此能夠獲得沿著螺紋牙的形狀的樹脂流動(dòng)性。由此，在將纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20注塑成型時(shí)，樹脂組合物中含有的強(qiáng)化纖維沿著螺紋牙的凹凸或者其形成面取向，從而增加了螺紋牙的剪斷強(qiáng)度。這樣可以得到螺紋牙強(qiáng)度高的樹脂螺栓。

另外，使纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺距p變長，并且使螺紋牙的螺峰(topland)或者螺栓的螺谷(bottomland)相對(duì)于螺栓的中心平行地形成，設(shè)定該平行部分在軸向上較長，由此能夠確保螺栓齒的腳部較長。而且，獲得了沿著螺紋牙形狀的樹脂流動(dòng)性，可以使更多的強(qiáng)化纖維沿著螺紋牙的凹凸或者其形成面取向。但是，當(dāng)該平行部分過長時(shí)，纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20彼此螺合時(shí)，螺合長度(外螺紋和內(nèi)螺紋螺合的長度)也變得過長。

另外，如果強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺紋牙彼此的摩擦角變得小于螺紋的升角時(shí)，會(huì)自然產(chǎn)生松動(dòng)，因此，纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺距p優(yōu)選在公制粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋的標(biāo)準(zhǔn)螺距的1.5至2倍的范圍內(nèi)。在假定纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺紋牙彼此的摩擦系數(shù)μ為0.1左右的情況下，可以使螺紋牙的升角擴(kuò)大至螺距變成標(biāo)準(zhǔn)螺栓的大致1.8倍螺距的位置。

纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20中含有的強(qiáng)化纖維的平均纖維長度優(yōu)選是螺距p的1至1/3倍或與螺紋牙的高度相同。如果平均纖維長度較短，則會(huì)阻礙含有強(qiáng)化纖維所帶來的螺栓的軸向的拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)以及螺紋牙的強(qiáng)度增強(qiáng)效果。另一方面，如果平均纖維長度過長，則注塑成型時(shí)強(qiáng)化纖維的流動(dòng)難以沿著螺紋牙的凹凸或者其形成面，無法增強(qiáng)螺紋牙的強(qiáng)度。

公制粗牙螺紋、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋或者統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋中螺紋牙的角度a為60°。通過將纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺紋牙的角度a設(shè)定為大于一般標(biāo)準(zhǔn)螺栓中的螺紋牙的角度a，螺紋牙的軸向的傾斜變得平緩，強(qiáng)化纖維沿著螺紋牙的凹凸或者其形成面更容易地流動(dòng)。但是，從螺栓的牢固條件來看，認(rèn)為螺紋牙的角度a的上限為105°左右。實(shí)際應(yīng)用上希望螺紋牙的角度在60至90°左右。

圖1及圖2表示的實(shí)施形式中，使纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的螺紋牙的形狀為梯形。本發(fā)明不限定為梯形螺栓，也可以使螺栓的螺谷為u字型。另外，雖然優(yōu)選增大谷徑d而確保增長螺紋牙的腳部，然而這會(huì)減小螺紋牙彼此的螺合高度，所以不優(yōu)選使谷徑d過大。

構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹脂的螺栓10、20的原料的樹脂根據(jù)纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的用途，可以使用芳香族聚醚酮樹脂(peek、pek等)、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚偏氟乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚縮醛樹脂、酚醛樹脂、超高分子量聚乙烯樹脂、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯樹脂或聚氯乙烯樹脂、其他熱固化樹脂或熱可塑性樹脂。

作為強(qiáng)化纖維可以使用玻璃纖維、碳纖維、碳纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、超高分子聚乙烯纖維或其他強(qiáng)化纖維。纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20中含有的強(qiáng)化纖維量優(yōu)選是20％至80％的含有率，更優(yōu)選20％～60％。特別是在要求防爆性和電化學(xué)腐蝕性的用途中優(yōu)選使用玻璃纖維等具備非導(dǎo)電性的強(qiáng)化纖維。

接下來，利用圖3至圖7說明外徑d＝大約4.8mm的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓(外螺紋)的基于注塑成型時(shí)的樹脂流的強(qiáng)化纖維取向的模擬結(jié)果。圖3至圖7中表示的顏色(或者濃度)的不同是表示纖維朝向螺栓的軸向(y方向)的概率，在該值為9×10^-1的情況下，表示該部位中的強(qiáng)化纖維的90％朝向軸向(y方向)。

在注塑成型時(shí)，注入含有強(qiáng)化纖維的樹脂組合物的澆口配置在螺栓的底部b。而且，在注塑成型時(shí)，使樹脂組合物在螺栓的軸向流動(dòng)而增強(qiáng)纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的拉伸強(qiáng)度。另外，纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20中含有的強(qiáng)化纖維的平均纖維長度是螺距p的1至1/3倍。首先，說明關(guān)于圖3及圖4表示的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果。

圖3中(a)是表示將具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖3中(b)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝75°，將根據(jù)該角度a而改變螺距p的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖3中(c)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝90°，將根據(jù)該角度a而改變螺距p的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖4中(a)是表示將具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖4中(b)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝105°，將根據(jù)該角度a而改變螺距p的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖4中(c)是表示相對(duì)于unf3/16而使螺紋牙的角度a＝120°，將根據(jù)該角度a而改變螺距p的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

如圖3及圖4所示，隨著螺紋牙的角度a的增加顏色的界線進(jìn)入螺紋牙的凹凸形狀，判定樹脂組合物中含有的強(qiáng)化纖維流沿著螺紋牙的凹凸形狀取向的傾向增強(qiáng)。因此，能夠判斷螺紋牙的強(qiáng)度增強(qiáng)。需要說明的是，圖3及圖4所示的模擬結(jié)果是關(guān)于外徑d＝大約4.8mm的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果，但是對(duì)于范圍在3.5mm≤外徑d≤10mm的范圍的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓也同樣成立。

接下來，說明圖5至圖7所示的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓中的強(qiáng)化纖維的取向分析結(jié)果。

圖5中(a)是表示將具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖，圖5中(b)是表示將相對(duì)于unf3/16而將螺紋牙的螺距p改變至1.2倍的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖6中(a)是表示將相對(duì)于unf3/16而將螺紋牙的螺距p改變至1.4倍的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖6中(b)是表示將相對(duì)于unf3/16而將螺紋牙的螺距p改變至1.6倍的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

圖7中(a)是表示將相對(duì)于unf3/16而將螺紋牙的螺距p改變至1.8倍的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。圖7中(b)是表示將相對(duì)于unf3/16而將螺紋牙的螺距p改變至2倍的外螺紋注塑成型時(shí)的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果的圖。

如圖5～圖7所示，隨著螺紋牙的螺距p的增加，螺紋牙的腳部變長，判定樹脂組合物中含有的強(qiáng)化纖維流沿著螺紋牙的凹凸形狀取向的傾向變強(qiáng)。因此，能夠判斷螺紋牙的強(qiáng)度增強(qiáng)。需要說明的是，圖5～圖7所示的模擬結(jié)果是關(guān)于外徑d＝大約4.8mm的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓的強(qiáng)化纖維取向分析結(jié)果，但是對(duì)于范圍在3.5mm≤外徑d≤10mm的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓也同樣成立。

接下來參照?qǐng)D8說明圖1及圖2所示的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、2彼此螺合狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。圖8是表示關(guān)于外徑d＝大約4.8mm的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10在改變樹脂以及強(qiáng)化纖維的含有比例時(shí)的拉伸強(qiáng)度的變化的圖。圖8的縱軸是拉伸強(qiáng)度(kn)。

原材料的附圖標(biāo)記a是表示樹脂中使用高黏度peek(聚醚醚酮)，并含有30％作為強(qiáng)化纖維的玻璃纖維的樹脂組合物。原材料的附圖標(biāo)記b是表示樹脂中使用低黏度peek，并含有60％作為強(qiáng)化纖維的玻璃纖維的樹脂組合物。原材料的附圖標(biāo)記c是表示樹脂中使用中黏度peek(聚醚醚酮)，并含有30％作為強(qiáng)化纖維的玻璃纖維的樹脂組合物。原材料的附圖標(biāo)記d是表示樹脂中使用底黏度peek(聚醚醚酮)，并含有50％作為強(qiáng)化纖維的玻璃纖維的樹脂組合物。

附圖標(biāo)記a、b、c、d的測試結(jié)果是具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(32個(gè)/英寸)的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。與此相對(duì)，附圖標(biāo)記a(1.5p)、b(1.5p)、c(1.5p)、以及d(1.5p)是具有與unf3/16相同的螺紋牙的角度a(60°)以及螺距p(21個(gè)/英寸)的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。

如圖8所示，可知通過使纖維強(qiáng)化樹脂螺栓10、20中含有的強(qiáng)化纖維的平均纖維長度為螺距p的1至1/3倍，并且增加螺紋牙的螺距p的長度，能夠增強(qiáng)平均拉伸強(qiáng)度(約4％～10％)。

以上說明了各種實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂螺栓，但不限定上述實(shí)施方式?？梢詫?duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種的改變。在不產(chǎn)生技術(shù)性的矛盾范圍內(nèi)，可以組合上述實(shí)施方式所記載的事項(xiàng)和上述其他實(shí)施方式所記載的事項(xiàng)。