【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
技術分野
本発明はプラスチツクボルト製造方法、特に、
強化繊維で高度に補強されたプラスチツク材料の
ねじ加工を転造加工により行なう方法に関する。
従来技術
ボルトとしては従来から金属ボルトが知られて
いる。これはねじ加工としては最も生産速度の速
い転造法により製作される。金属ボルトは、この
ように高生産性のもとで作られるが、重いうえに
錆びやすいという致命的な欠点を有する。これに
対し、軽くて耐蝕性に優れたプラスチツクボルト
もすでに実用化されている。しかしながら、転造
加工の適用可能なプラスチツク材料は、硬質塩化
ビニール樹脂などの非繊維強化プラスチツク材料
に限られる。繊維強化プラスチツク材料は強度が
高いために塑性変形性に乏しく、塑性変形性の必
要な転造加工によるねじ山成形が不可能だからで
ある。これに無理に転造加工を施こしても、ねじ
山は正常な三角形状を成さず、三角形の頂部が二
つの山になつたり、ねじ山にクラツクが発生す
る。それゆえ、強度も低く、ねじとしての体をな
せない。非繊維強化プラスチツク材料を転造加工
して得られるボルトは、強度において劣る。その
引張強度はせいぜい４〜６Kg／mm2であるため、強
固な締結力を要するボルトとしては使用に耐ええ
ない。
発明の目的
本発明の目的は、軽量で耐蝕性・耐薬品性・電
気絶縁性をもち、しかも強化繊維により高度に補
強されたプラスチツクボルト製造方法を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、ねじ加工とし
て最も経済的な転造加工により高強度のプラスチ
ツクボルトを製造する方法を提供することにあ
る。
発明の要旨
本発明の繊維強化プラスチツクボルトは、少な
くとも表層部が強化繊維の分散された熱可塑性樹
脂で構成された円柱状素材を、吸湿させてのち、
転造加工に供してねじ山を形成することを包含
し、そのことにより上記目的が達成される。
強化繊維としては、例えば、ガラスフイイバ
ー、カーボンフアイバー、ボロンフアイバー、炭
化ケイ素フアイバーなどの無機繊維；そして、ア
ラミドフアイバーなどの有機繊維がある。これら
繊維の二種以上を混合して用いることもできる。
繊維の長さについては特に制限はなく、円柱状素
材に成形された熱可塑性樹脂中に分散されうるよ
うな長さであればよい。これら強化繊維は熱可塑
性樹脂と押出機などの混練手段で溶融混合され該
樹脂中に均一に分散される。この強化繊維は、10
〜40容量％、好ましくは15〜35容量％の範囲で含
まれる。繊維含量が過少になると高強度のプラス
チツクボルトを得ることができない。繊維含量が
過多になるとむしろもろくなり補強効果が低下す
る。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリアセタールなどが用いられる。
これに制限される必要のないことはいうまでもな
い。これら樹脂には、必要に応じて充填剤、繊維
との接着性を改善する処理剤、難燃剤、抗酸化剤
などの各種添加剤を混入してもよい。
本発明に用いられる円柱素材は少なくともその
表層部が、上記強化繊維の分散された熱可塑性樹
脂から構成されたものであり、その中心部は表層
部と同じ構成のものであつても強度高い鉄などの
金属材料、繊維強化熱硬化性樹脂材料などから形
成された芯材であつてもよい。そして、芯材が用
いられる場合には、該芯材表面に熱可塑性樹脂と
の結合性を高めるための凹凸や溝が付されていて
もよい。
本発明における吸湿処理は、プラスチツク材料
が可塑的性質を発現しうる程度になされればよ
い。特に、転造加工において、円柱状素材の変形
加工を受けるべき少なくとも表面層が吸湿処理さ
れればよい。吸湿処理としては、例えば、水中浸
漬、50〜80℃の湯中浸漬、加圧下での水中・湯中
浸漬などの方法ある。変形加工を受ける円柱状素
材の表面層の厚みはねじ寸法に依存して異なる
が、例えばM10のボルトにおいては、0.6〜0.8mm
程度である。転造加工時にこの部分が吸湿されて
おればよく、その吸湿度合いは、例えば繊維強化
ポリアミドについては、M10ボルト用の約９mm直
径円柱状素材の場合には表面層の0.8mm厚の部分
が1.5重量％以上、好ましくは２重量％以上、吸
湿しておればよい。水分吸湿量が1.5重量％を下
まわると、充分なねじ山形状が転造加工により形
成されえない。
本発明のボルトねじ加工に採用される転造法
は、格別である必要はなく、金属ねじ山成形加工
に通常用いられる丸ダイス転造盤、平ダイス転造
盤などの転造加工機械がそのまま適用されうる。
実施例
以下に本発明を実施例について説明する。
実施例 １
まず、樹脂ポリアミド（東レ(株)製アミランナイ
ロン66）と13μｍ径・６mmチヨツプのガラス繊維
とを体積比70：30でドライブレンドし、これを押
出成形機により直径９mmの丸棒を成形した。次い
で、これを10cmの長さに切断して８本の円柱状素
材を得た。これを水中に12時間浸漬した。そのう
ちの５本にM10ねじダイスの取り付けた転造加工
機によりねじ加工を施こした。得られた10cm長の
M10ボルトのねじ山形状を目視観察した。同時
に、該ボルト両端にナツトを取り付けてJIS Ｂ
1051に準じた引張試験を行ないその破断強度を測
定した。５本の平均値を下表に示す。破断強度は
ボルト本体が破断する寸前の最大引張荷重のみな
らず、ねじ山が破壊されてボルトがナツトから抜
け出る寸前の最大引張荷重をも包含する。さら
に、転造加工の施こされていない残り３本の円柱
状素材の各表層部を0.8mmにわたつて施盤で削り
取り、その水分率を測定した。３本の平均値を下
表に示す。
実施例 ２
水中浸漬時間を48時間としたこと以外はすべて
実施例１と同様である。
実施例 ３
ポリアミド樹脂とガラス繊維との混合体積比を
85：15としたこと以外はすべて実施例１と同様で
ある。
実施例 ４
ポリアミド樹脂とガラス繊維との混合体積比を
89：11としたこと以外はすべて実施例１と同様で
ある。
実施例 ５
ポリアミド樹脂とガラス繊維との混合体積比を
62：38としたこと以外はすべて実施例１と同様で
ある。
比較例 １
実施例１における水中浸漬処理を行なうことな
く、10cm長の円柱状素材を直接転造加工に供し
た。その他はすべて実施例１と同様である。
比較例 ２
水中浸漬時間を３時間としたこと以外はすべて
実施例１と同様である。
比較例 ３
ポリアミド樹脂とガラス繊維との混合体積比を
95：５としたこと以外はすべて実施例１と同様で
ある。
比較例 ４
ポリアミド樹脂とガラス繊維との混合体積比を
55：45としたこと以外はすべて実施例１と同様で
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing plastic bolts, in particular,
This invention relates to a method for threading a plastic material highly reinforced with reinforcing fibers by rolling. Prior Art Metal bolts have been known as bolts for a long time. This is manufactured by the rolling method, which has the fastest production speed for thread processing. Although metal bolts are manufactured with such high productivity, they have the fatal disadvantage of being heavy and prone to rust. On the other hand, plastic bolts that are lightweight and have excellent corrosion resistance are already in practical use. However, plastic materials to which rolling can be applied are limited to non-fiber reinforced plastic materials such as hard vinyl chloride resin. This is because fiber-reinforced plastic materials have high strength and therefore have poor plastic deformability, making it impossible to form threads by rolling, which requires plastic deformability. Even if this is forcibly rolled, the threads will not form a normal triangular shape, and the top of the triangle will become two threads, or cracks will occur in the threads. Therefore, it has low strength and cannot be used as a screw. Bolts obtained by rolling non-fiber reinforced plastic materials have poor strength. Since its tensile strength is at most 4 to 6 kg/mm 2 , it cannot withstand use as a bolt that requires strong fastening force. OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a plastic bolt that is lightweight, has corrosion resistance, chemical resistance, electrical insulation properties, and is highly reinforced with reinforcing fibers. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing high-strength plastic bolts by thread rolling, which is the most economical method for thread processing. SUMMARY OF THE INVENTION The fiber-reinforced plastic bolt of the present invention is produced by absorbing moisture in a cylindrical material in which at least the surface layer is made of a thermoplastic resin in which reinforcing fibers are dispersed.
The method includes forming a thread by subjecting it to a rolling process, thereby achieving the above object. Examples of reinforcing fibers include inorganic fibers such as glass fiber, carbon fiber, boron fiber, and silicon carbide fiber; and organic fibers such as aramid fiber. It is also possible to use a mixture of two or more of these fibers.
There is no particular restriction on the length of the fibers, as long as they can be dispersed in the thermoplastic resin molded into a cylindrical material. These reinforcing fibers are melt-mixed with a thermoplastic resin using a kneading means such as an extruder, and are uniformly dispersed in the resin. This reinforcing fiber is 10
~40% by volume, preferably 15-35% by volume. If the fiber content is too low, high strength plastic bolts cannot be obtained. If the fiber content is too high, it will become brittle and the reinforcing effect will decrease. Examples of thermoplastic resins include polyamide,
Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, etc. are used.
Needless to say, there is no need to be limited to this. These resins may be mixed with various additives such as fillers, processing agents for improving adhesion to fibers, flame retardants, and antioxidants, if necessary. At least the surface layer of the cylindrical material used in the present invention is composed of a thermoplastic resin in which the above reinforcing fibers are dispersed, and the center portion is made of high-strength iron, even though it has the same composition as the surface layer. The core material may be formed from a metal material such as, a fiber reinforced thermosetting resin material, or the like. When a core material is used, the surface of the core material may be provided with irregularities or grooves to improve bondability with the thermoplastic resin. The moisture absorption treatment in the present invention may be carried out to the extent that the plastic material can exhibit plastic properties. In particular, in the rolling process, it is sufficient that at least the surface layer of the cylindrical material to be subjected to the deformation process is subjected to moisture absorption treatment. Examples of the moisture absorption treatment include immersion in water, immersion in hot water at 50 to 80°C, and immersion in water or hot water under pressure. The thickness of the surface layer of the cylindrical material that undergoes deformation varies depending on the screw size, but for example, for an M10 bolt, it is 0.6 to 0.8 mm.
That's about it. It is sufficient that this part absorbs moisture during the rolling process, and the moisture absorption rate is, for example, for fiber-reinforced polyamide, in the case of a cylindrical material with a diameter of about 9 mm for M10 bolts, the 0.8 mm thick part of the surface layer is 1.5 It is sufficient if the moisture absorption amount is at least 2% by weight, preferably 2% by weight or more. If the moisture absorption amount is less than 1.5% by weight, a sufficient thread shape cannot be formed by rolling. The rolling method employed in the bolt thread processing of the present invention does not need to be special, and rolling processing machines such as round die rolling machines and flat die rolling machines commonly used for metal thread forming processing can be used as is. can be applied. EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples. Example 1 First, resin polyamide (Amiran Nylon 66 manufactured by Toray Industries, Inc.) and glass fiber with a diameter of 13 μm and a tip of 6 mm were dry blended at a volume ratio of 70:30, and this was molded into a round bar with a diameter of 9 mm using an extrusion molding machine. Molded. Next, this was cut into 10 cm lengths to obtain eight cylindrical materials. This was immersed in water for 12 hours. Five of them were threaded using a rolling machine equipped with an M10 thread die. The resulting 10cm length
The thread shape of the M10 bolt was visually observed. At the same time, attach nuts to both ends of the bolt and
A tensile test according to 1051 was conducted to measure the breaking strength. The average value of the five samples is shown in the table below. The breaking strength includes not only the maximum tensile load at which the bolt body is about to break, but also the maximum tensile load at which the thread is about to break and the bolt comes out from the nut. Furthermore, 0.8 mm of the surface layer of each of the remaining three cylindrical materials that had not been subjected to rolling was scraped off using a lathe, and the moisture content was measured. The average value of the three samples is shown in the table below. Example 2 Everything is the same as in Example 1 except that the immersion time in water was 48 hours. Example 3 Mixing volume ratio of polyamide resin and glass fiber
Everything is the same as in Example 1 except that the ratio is 85:15. Example 4 Mixing volume ratio of polyamide resin and glass fiber
Everything is the same as in Example 1 except that the ratio is 89:11. Example 5 Mixing volume ratio of polyamide resin and glass fiber
Everything is the same as in Example 1 except that the time is 62:38. Comparative Example 1 Without performing the underwater immersion treatment in Example 1, a 10 cm long cylindrical material was directly subjected to rolling processing. Everything else is the same as in Example 1. Comparative Example 2 Everything is the same as in Example 1 except that the immersion time in water was 3 hours. Comparative example 3 Mixing volume ratio of polyamide resin and glass fiber
Everything is the same as in Example 1 except that the ratio is 95:5. Comparative example 4 Mixing volume ratio of polyamide resin and glass fiber
Everything is the same as in Example 1 except that the ratio is 55:45.
【表】【table】
【表】
発明の効果
本発明によれば、このように、強化繊維で高度
に補強されたプラスチツク素材に転造加工による
ねじ山成形を行なうこと極めて容易になる。転造
加工によるねじ加工は生産性に富むため、ボルト
が経済的に生産されうる。しかも、得られるプラ
スチツクボルトのねじ山形状は良好で、ねじ山頂
部が二山になつたりクラツクや割れの生じること
がない。そのボルトは、そのうえ、高強度・軽量
であり耐蝕性に富むなどの繊維強化プラスチツク
材料の本来有する特徴を余すことなく備えてい
る。[Table] Effects of the Invention According to the present invention, it is extremely easy to perform thread forming by rolling on a plastic material highly reinforced with reinforcing fibers. Since thread forming by rolling is highly productive, bolts can be produced economically. Moreover, the thread shape of the obtained plastic bolt is good, and the top of the thread does not form two threads or crack or break. Furthermore, the bolt has all the characteristics inherent to fiber-reinforced plastic materials, such as high strength, light weight, and excellent corrosion resistance.