Brevet FR2554760A1 — publié le 19850517

Elément fileté en matière plastique renforcé par des fibres et son procédé de fabrication. La présente invention est relative à un élé- ment fileté, tel qu'un boulon ou un écrou, en une matière plastique renforcée par des fibres (FRP) ayant une excellente aptitude au vissage, ainsi qu'à un procédé pour sa fabrication. Quand on visse le boulon et l'écrou, ils sont capables de se visser l'un dans l'autre aisément,sans jeu ni écrasement qui pourrait se produire si le boulon et l'écrou ne se correspondaient pas d'une manière adéquate l'un à l'autre. Ils ont également une excellente résistan- ce aux intempéries et aux produits chimiques. Actuellement, des éléments filetés tels qu'un boulon ou un écrou en FRP sont doués de résistance à la corrosion et de propriétés d'isolation électri- que et sont utilisés pour fixer des parties qui se corrodent facilement, telles que des parties d'équi- pement chimique et de structures marines ou des par- ties qui doivent être isolées électriquement,telles que dans des machines électriques lourdes ou dans des tramways électriques. Quand la surface filetée d'un élément fileté en FRP est formée par taillage, elle a une adaptation inadéquate, une précision de vissage médiocre et une résistance aux intempéries et aux produits chimiques médiocre, en comparaison d'un élément fileté métallique. Comme la surface taillée usinée peut être exposée facilement un liquide tel que de l'eau pénétrera facilement dans des vides de la surface taillée exposée,qui sont formés à proxi- mité des fibres de renforcement en verre. En outre, de petits brins de fibres de verre exposés sur la surface taillée peuvent se fixer sur la peau des ouvriers et en provoquer l'irritation et une sensa- tion de démangeaison. On a grand besoin de résoudre ces problèmes. L'invention résout les problèmes mentionnés ci-dessus en revêtant au moins la portion filetée d'un élément fileté d'une résine de Nylon qui peut être réticulée et, ensuite, en réticulant le revête- ment. L'invention vise: - un boulon et un écrou qui ont une excellen- te aptitude à se visser quand ils sont vissés l'un dans l'autre, en ayant une adaptation adéquate et qui peuvent être vissés sans difficulté l'un à l'au- tre sans écrasement; - à augmenter la résistance aux intempéries et larésistance aux produits chimiques d'un élément fileté.- Pour accomplir-ces objectifs, il faut recou- vrir au moins la portion filetée d'un élément fileté en FRP d'une résine de Nylon qui peut être réticulée et il faut ensuite réticuler le revêtement. Pour obtenir un tel élément fileté, il est nécessaire de revêtir au moins la portion filetée de l'élément filetée en FRP, tel qu'un boulon ou un écrou, d'une solution alcoolique d'une résine de Nylon qui peut être réticulée. La résine est durcie par chauffage, ce qui la réticule et ce qui revêt la portion filetée de la résine de Nylon qui peut être réticulée. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la figure 1 est une vue schématique en pers- pective d'une installation utilisée pour mesurer la résistance à la traction d'un élément fileté; et la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une installation utilisée pour mesurer la résistan- ce à la torsion d'un élément fileté. On décrira maintenant l'invention en se réfé- rant à des modes de réalisation particuliers. Une caractéristique unique de l'élément file- té suivant l'invention est que la portion filetée est formée d'une résine, telle qu'une résine époxy, avec de la fibre de verre, et au moins la portion filetée est revêtue d'une résine de Nylonkqui peut être réticulée et le revêtement est réticulé. En con- séquence, quand la surface taillée inégale de la por- tion filetée est recouverte de la résine, la surface de la résine devient lisse et, en outre, la surface présente une élasticité adéquate en raison des carac- téristiques de la résine de Nylon, en sorte qu'on peut visser aisément un écrou et une vis l'un à l'autre sans écrasement, ce qui donne une excellente aptitude au vissage. En outre, la pellicule formée par la résine peut empêcher toute pénétration de liquide dans les vides entre la résine, telle qu'une résine époxy, et les fibres en verre pour fibres qui consti- tuent l'élément fileté, ce qui augmente encore la résistance aux intempéries et la résistance aux pro- duits chimiques de la surface usinée filetée. On expliquera maintenant le procédé de fabri- cation de l'élément fileté en FRP suivant l'invention. Tout d'abord, on revêt au trempé, par pulvérisation ou par application à la brosse, un élément fileté en 2554760. FRP, tel qu'un boulon ou un écrou, d'une solution alcoolique de résine de Nylon qui peut être réticu- lée. On applique habituellement le revêtement par immersion, mais des parties spéciales, telles que la portion interne de taraudagepeuvent être revêtues par pulvérisation. On peut également appliquer le re- vêtement à la brosse pour revêtir partiellement une surface filetée. La résine de Nylon qui peut être réticulée et qui peut être utilisée, de préférence, suivant l'invention peut comprendre des polyamides méthoxy- méthyliques, par exemple du Nylon 6 méthoxyméthylé dans lequel 30 % des atomes d'hydrogène des groupes amide de la résine de Nylon sont remplacés par des groupes méthoxyméthyle. On peut également utiliser du Nylon 8. Une telle résine de Nylon 6 méthoxyméthylée est dissoute dans un alcool inférieur pour préparer une solution alcoolique d'une résine de Nylon. On peut régler la concentration de la solution en fonc- tion de la dimension (diamètre) de l'élément fileté à revêtir de la solution. C'est ainsi, par exemple, qu'on emploie une solution à 10 % en poids environ pour un élément fileté de 10 mm de diamètre, à 15 % en poids environ pour un élément fileté de 12 mm de diamètre et à 20 % en poids environ pour un élément fileté de 16 mm de diamètre. En appliquant des revête- ments de la solution à ces diverses concentrations suivant les dimensions de l'élément fileté, on peut maintenir à une valeur uniforme l'épaisseur de la résine réticulée de Nylon appliquée à la surface de l'élément fileté et, en particulier, les gorges et les nervures d'un boulon ou d'un écrou. Il est également nécessaire d'ajouter un acide organique à la solution de la résine de Nylon qui peut être réticulée pour favoriser la réticulation de la résine de Nylon à la surface de l'élément fileté. Parmi ces acides organiques figurent l'acide citrique, l'acide itaconique, l'acide adipique, l'acide succini- que, l'acide maléique, l'acide hypophosphorique et d'autres acides. En outre, si on le désire, on peut colorer l'élément fileté en FRP en dissolvant un colorant ou un pigment dans la solution de la résine de Nylon qui peut être réticulée. On peut, en particulier, utiliser de préférence un colorant acide soluble dans l'alcool (par exemple KAYASETBLACK, produit par Nippon Kayaku K.K.) comme colorant, puisqu'il a une bonne solubili- té dans la solution et présente un ton brillant. Comme l'élément fileté en FRP revêtu de la solution ci-dessus de la résine de Nylon qui peut être réticulée reste un peu."collant", il est séché à l'air jusqu'à ce qu'il ne soit plus collant. Les con- ditions de séchage peuvent varier en fonction de la dimension (diamètre) de l'élément fileté. Habituelle- ment, on sèche l'élément revêtu pendant 20 à 40 minu- tes environ, en général à la température ambiante de C. Apres le séchage à l'air, on soumet l'élément fileté en FRP à un séchage préliminaire. Les condi- tions du séchage préliminaire, qui peuvent varier sui- vant la dimension (diamètre) de l'élément fileté, peuvent être par exemple de 20 minutes environ à une température de 70 à 80 C. Après un tel séchage préliminaire, on effectue un durcissement. Les conditions de durcissement peu- vent varier en fonction de la dimension (diamètre) de l'élément fileté, mais on effectue de préférence le durcissement par chauffage à sec, à une température comprise entre 120 et 160 C pendant 15 à 40 minutes environ et, de préférence, entre 145 et 155 C pendant 30 minutes environ. Si la température de durcissement est inférieure à 120 C, on peut ne pas parvenir à une réticulation suffisante de la résine de Nylon à l'élé- ment fileté, de sorte que la pellicule revêtue peut se détacher, ce qui donne un aspect blanchâtre au produit. Cela peut également porter atteinte à l'élasticité et à la bonne adaptation au vissage, ainsi qu'à la résistance aux intempéries et aux pro- duits chimiques. Si la température de durcissement dépasse 160 C, la résistance d'une résineitelle qu'une résine époxy%,constituant l'élément fileté peut diminuer d'une manière indésirable. L'élément fileté en FRP revêtu à la surface de la portion filetée d'une résine de Nylon qui peut être réticulée, quand ce revêtement s'effectue dans les condi- tions décrites ci-dessus, peut former de solides ponts méthylène entre les molécules sur sa surface, ce qui forme une pellicule revêtue de résine de Nylon réticu- lée ayant une structure tridimensionnelle réticulée insoluble et qui n'est pas fusible. La pellicule revê- tue est insoluble dans des solvants organiques et est stable aux températures élevées. En conséquence, l'élément fileté en FRP sui- vant l'invention a une surface lisse, présente une élasticité adéquate pour créer une bonne adaptation sur la portion vissée qui est ainsi excellemment apte à se visser, en permettant à un écrou et à un boulon de venir en prise aisément, sans provoquer de jeu ni d'écrasement. Les exemples suivants illustrent l'invention. Procédés de mesure de la résistance à la traction et de la résistance à la torsion: La résistance à la traction et la résistance à la torsion sont en relation étroite avec l'aptitude à se visser d'un boulon et d'un écrou et peuvent être utiliséescomme mesure de l'aptitude au vissage. En d'autres termes, le boulon et l'écrou, ayant une élas- ticité et une adaptation adéquates, qui peuvent venir en prise facilement l'un avec l'autre sans écrasements sont dans un état o la plupart des nervures et des gorges des filets sont en contact l'un avec l'autre, ce qui répartit la charge appliquée aux boulons et à l'écrou. En conséquence, la gorge et le boulon sui- vant l'invention présentent une grande résistance à la traction et une grande résistance à la torsion, en comparaison d'un boulon et d'une gorge ayant une aptitude médiocre à se visser,allant de pair avec un écrasement. Les procédés pour mesurer les résistances respectives sont décrits ci-dessous. (1) Mesure de la résistance à la traction: La résistance à la traction des écrous et des filets des boulons est mesurée en utilisant le dispo- sitif d'essai représenté à la figure 1. Le procédé de mesure de la résistance à la traction est expliqué brièvement ci-dessous en se référant à la figure 1. Une cellule de charge (non représentée) est prévue au-dessus d'un gabarit supérieur 3. Les deux gabarits 3 et 3' sont tirés en sens opposé, de manière à appli- quer une force de traction à un boulon 1 et à des écrous 2 et 2' (unités identiques) par l'intermédiai- re d'intercalaires 4 et 4' en acier. On augmente la force de traction jusqu'à ce que les filets de l'un ou des deux écrous ou jusqu'à ce que les filets des boulons soient écrasés, ou jusqu'à ce que le corps du boulon soit cassé. Au moyen de la cellule de charge, on mesure la charge à laquelle se produit l'écrase- ment des filets de l'un ou des deux écrous, ou des filets des boulons, ou la rupture du corps du boulon. La valeur de cette résistance à la traction est expri- mée par la valeur arithmétique moyenne de 5 valeurs 2554760. mesurées. (2) Mesure de la résistance à la torsion On mesure la résistance à la torsion des écrous et des filets des boulons en utilisant le dis- positif d'essai représenté à la figure 2. On expli- quera ci-dessous brièvement le procédé de mesure de la résistance à la torsion, en se référant à la figure 2. Deux écrous (écrous identiques) 5 et 5' à examiner sont vissés sur les deux portions d'extrémi- té d'un boulon 6 de type M12 à examiner (pas: 1,75 mm) avec deux rondelles 7 et 7' disposées en-dessous. La référence il désigne une pièce intercalaire. L'écrou 5 est fixé par une clé à vis 8, tandis que l'écrou 5' est fixé par un étau 10. On augmente la torsion jusqu'à ce que le filet de l'un ou des deux écrous 5, 5' ou du boulon 6 se casse et on mesure par un torsiomètre 9 la torsion à laquelle le filet se casse. La résistance à la torsion est définie comme la torsion à laquelle se produit la rupture du filet de l'un ou des deux écrous, ou du filet du boulon. La valeur de cette résistance à la torsion est expri- mée par la moyenne arithmétique de 5 valeurs mesurées. Exemples 1 et 2 On prépare deux types de boulons en FRP comprenant une résine époxy renforcée par du verre en fibres,ayant des diamètres de 12 mm et de 16 mm res- pectivement et des pas y correspondant de 1,75 mm et de 2,0 mm respectivement, et deux types d'écrous qui sont vissés à ces boulons. Des produits adhérant à la surface de ces boulons et de ces écrous, tels que des saletés et de la poudre de verreesont enlevés de manière à ne pas gêner l'adhérence de la résine à la surface. Indépendamment, on prépare une résine de Nylon 6 méthoxyméthylée (marque de fabrique Fine Resin FS 300, produite par Namariichi K.K.) et on dissout la résine de Nylon dans du méthanol à 99 % à usage industriel, en vue de préparer des solutions ayant des concentrations de résine de 15 % en poids et 20 % en poids respectivement. On chauffe les solu- tions à 60 C environ pour accélérer la dissolution de la résine de Nylon. Pour colorer les solutions, on dissout séparé- ment dans un alcool une solution de colorant d'un colorant acide soluble dans l'alcool KAYASET-BLACK, produit par Nippon Kayaku K.K., et on le mélange à chacune des solutions ci-dessus de résine de Nylon qui peut être réticulée, puis on fait suivre d'un brassage. En outre, dans la solution colorée de la rési- ne de Nylon qui peut être réticulée on ajoute, à titre de catalyseur, 5 % en poids d'acide citrique (solution aqueuse à 50 %), par rapport à la résine de Nylon ci- dessus, puis on fait suivre d'un brassage. Chacune des solutions ainsi préparées à 15 % en poids et à % en poids de la résine de Nylon qui peut être ré- ticulée est appliquée d'une manière uniforme sur les boulons et les écrous préparés précédemment, de 12 mm et de 16 mm de diamètre, par le procédé au trempé. Après avoir séché à l'air à la température ambiante de 20 C pendant 30 minutes, on sèche prélimi- nairement le produit revêtu à 75 C pendant 20 minutes. Puis on effectue le durcissement par chauffage à sec à 150 C pendant 30 minutes. Quand on visse l'un dans l'autre respective- ment les deux types de boulons des écrous de 12 mm et de 16 mm de diamètre, ils ont une élasticité adéquate et s'adaptent de manière adéquate, et présentent également une excellente aptitude au vissage, l'écrou et le boulon venant facilement en prise sans écrase- ment. Le tableau 1 donne une mesure de l'aptitude au vissage de la résistance à la traction et de la résis- tance à la torsion, ainsi qu'une évaluation de la sensation au toucher. Exemples comparatifs 1 et 2 Quand on visse l'un dans l'autre respective- ment les mêmes types de boulons et d'écrous que ceux utilisés dans les exemples 1 et 2, ayant des diamètres de 12 mm et de 16 mm respectivement, et qui n'ont pas été soumis au revêtement, la venue en prise de ces boulons et de ces écrous est médiocre pour ce qui concerne l'élasticité et l'adaption, et il se pro- duit un écrasement, ce qui donne une très mauvaise aptitude au vissage. Le tableau 1 indique les résul- tats de la résistance à la traction et de la résis- tance à la torsion, ainsi que l'évaluation de l'im- pression au toucher. Exemple comparatif 3 On revêt des boulons et écrous non revêtus, du même type que ceux utilisés aux exemples 1 et 2 et ayant un diamètre de 12 mm, d'un mélange d'une ré- sine époxy (produite par Dainippon Shikizai Kogyo K.K.; No. M4040-R) et d'un agent durcissant (produit par Dainippon Shikizai Kogyo K.K.; No. M4040) en trempant les boulons et les écrous dans le mélange immédiatement après avoir mélangé la résine à l'agent durcissant en un rapport pondéral de 10:3. On fait durcir ensuite les écrous et les boulons à 60 C pen- dant 2 heures. Quand on visse l'un dans l'autre le boulon et l'écrou ainsi obtenus, les surfaces sont lisses, mais elles sont dénuées d'élasticité ou s'adaptent mal et elles ne peuvent être fixées l'une à l'autre qu'en donnant un grincement désagréable à entendre. Des mesures de l'aptitude au vissage, de la r&sistance à la traction et de la résistance à la torsion sont données au tableau 1, avec une évalua- tion de la sensation au toucher. TABLEAU 1 Reésine de Diamètre Dimension Dimension Matériaurevêtement du boulon du boulon de l'écrou Résine de lOOL x 18t x Exemple 1 FRP Nylon 12 P1,75 22 Résine de 200L x 20t x Exemple 2 FRP 16 Nylon P2 30 Exemple comparatif FRP aucune 12 100L x 18t x i Pi,75 22 Exemple comparatif FRP aucune 16 2L x 0t x 321 epoxy l [ P2 30 Exemple Résine 1OOL x 18t x comparatif FRP 12 3 UnpoxyP1,75 22 o TABLEAU 1 (suite 1) Résistance Résistance Aptitude au à la traction à la torsion vissage par kg kg-cm sensation au toucher Exemple 1 1544 323 bonne Exemple 2 2227 638 bonne Exemple comparatif 1372 285 écrauvaiseavment écrasement Exemple mauvaise avec comparatif 1856 564 écrasement Exemple mauvaise avec comparatif 1398 300 crissement 3 crissement 3 F Note: La dimension d'un boulon de, par exemple, lOOL x P1,75 signifie une longueur de boulon de 100 mm et une longueur de pas de 1,75 mm; la dimension d'un écrou de par exemple 18t x 22 signifie une épaisseur d'écrou de 18 mm et une longueur d'un côté d'un écrou carré de 22 mm. On peut voir, par les résultats ci-dessus, que l'élément fileté en FRP suivant l'invention (exem- ples 1 à 2) a une élasticité adéquate ou s'adapte d'une manière adéquate pour donner une excellente aptitude au vissage, avec une venue en prise aisée entre un boulon et un écrou sans écrasement. REVENDICATIONS 1. Elément fileté, caractérisé en ce qu'il comprend un élément fileté en plastique renforcé par des fibres, et un revêtement en une résine réti- culée en Nylon sur au moins la portion filetée de l'élément fileté. 2. Elément suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la résine réticulée en Nylon est une résine de Nylon 6 méthoxyméthylée. 3. Elément suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la matière plastique renforcée par des fibres comprend une résine époxy renforcée par de la fibre de verre. 4. Elément suivant la revendication 3, carac- térisé en ce que la portion filetée est formée en taillant des filets dans la matière plastique renfor- cée par des fibres. 5. Elément suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que c'est un écrou. 6. Elément suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que c'est un boulon. 7. Procédé de fabrication d'un élément fileté en matière plastique renforcé par des fibres, carac- térisé en ce qu'il consiste à revêtir au moins la por- tion filetée d'un élément en matière plastique renfor- cé par des fibres d'une solution alcoolique d'une résine de Nylon qui peut être réticulée, et à durcir la résine pour revêtir l'élément d'une résine réticu- lée de Nylon. 8. Procédé suivant la revendication 7, carac- térisé en ce que la résine de Nylon qui peut être réticulée est une résine de Nylon 6 méthoxyméthylée. 9. Procédé suivant la revendication 8, carac- térisé en ce que le solvant alcoolique est le métha- nol ou l'éthanol. 10. Procédé suivant la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il consiste à effectuer le durcisse- ment par chauffage, à une température comprise entre et 160 C pendant 15 à 40 minutes environ. 11. Procédé suivant la revendication 7, carac- térisé en ce qu'il consiste à ajouter un acide organi- que à la solution de la résine de Nylon qui peut être réticulée.