螺絲膠是第二道鎖，牢不牢要看上膠製程：NASA 的一組 Junker 振動試驗裡，上了 Loctite 242 的螺絲平均只掉 42% 預力，是三組裡最好的，卻也最散，12 次裡有 3 次掉了八到九成

一份因為地面試驗失敗才開始的評估

先說這份報告為什麼存在。依報告第 4 與第 6 節，國際太空站（ISS）有一部分硬體用液態螺絲膠（liquid locking compound，LLC）來滿足扣件的「第二道鎖」（secondary locking feature）要求； 第一道鎖是預力本身，螺絲膠固化後的作用是抵抗預力下降。地面振動試驗中，用螺絲膠組裝的接頭沒能防止鬆脫；報告寫道，這些失效與沒有照正確程序上膠、導致固化不完全有關。 詹森太空中心（JSC）的工程單位因此限制把螺絲膠當第二道鎖，特別是在安全關鍵的地方；太空站計畫則認為自己用起來可靠，希望知道在什麼條件下結果可以預期。評估計畫在 2004 年 4 月獲 NESC 審查委員會核准，最終報告在 2010 年 12 月提交，2011 年 3 月以 NASA/TM-2011-217068 公開。

報告第 7.1.2 節列出 JSC 在一批太空站外部載具硬體上找到的三個問題，幾乎就是後面試驗的題目清單：製造商的建造文件沒有指定上膠製程，也沒有把這一步標為關鍵步驟； 製造商的內部製程沒有要求在鈦合金襯套上先塗活化劑，這違反供應商的建議；這個用途沒有被專門當成第二道鎖做過資格驗證。報告也記載，JSC 人員觀察過該製造商技師為資格試驗做的組裝，評價很高，並認為那次試驗實際上可視為一次組裝後的驗證。報告另指出，多數防鬆螺帽是用 NASM 1312-7 的振動試驗驗證的，而防鬆襯套與螺絲膠都沒有。 報告的試驗只涵蓋 Loctite 242（中強度）與 271（高強度）兩種產品（Loctite 是 Henkel 的註冊商標），其他螺絲膠沒有評估。

先鎖住螺絲的，是預力

第一組試驗（報告稱 Phase Zero）就把順序講清楚了。螺絲鎖進鋁試塊裡的不鏽鋼螺紋襯套，一組上 Loctite 242，一組只上真空潤滑脂 Braycote 601，用 NASM 1312-7 振動，預定 8 分鐘，看得出鬆脫就提早停止；兩組用的襯套件號不同，所以比較的不只是膠與潤滑脂這一個變因。 上了 242、鎖到約 1,000 lb（約 4.4 kN）的三支，振動後劃線沒有移動；只上潤滑脂、同樣約 1,000 lb 的 N6 到 N10，在開始後 45 秒內就鬆出夾具。 但上了 242、只鎖到約 500 lb（約 2.2 kN，25 in-lb，約 2.8 N·m）的三支，一支轉動，另外兩支完全鬆出、掉出夾具。（鎖到約 2,000 lb 的那一組上膠樣本，因鋁隔套咬死，報告判為無效。）報告的結論是：較高的預力（也就是第一道鎖）更能抵抗振動鬆脫；在這組配置與約 500 lb 時，242 沒有提供鬆脫抵抗。這不是適用所有接頭的最低預力，Henkel 在附錄 B 也說，手鎖程度夠不夠要看應用。

後來的大批振動試驗也是同一個方向。報告表 7.7-2 以「30,000 次振動內不轉動」為通過：1/4-28 螺絲上 242、鎖 60 in-lb（約 6.8 N·m）、頭下不潤滑，142 支只有 77 支通過（約 54%，本站換算）； 同樣上 242、鎖 105 in-lb（約 11.9 N·m）、頭下塗潤滑脂的 33 支全部通過。只上潤滑脂、同樣 105 in-lb 且頭下潤滑的兩組，11 支有 1 支、22 支有 0 支通過。 報告的判讀是：242 的表現至少與試過的防鬆襯套一樣好，而螺絲膠、自由旋合襯套與鎖定襯套三者，看來都隨預力提高而改善。要注意的是，這幾列的鎖緊扭矩與頭下潤滑條件同時不同，光看通過率分不出預力單獨的效果。螺絲膠是加在預力之上的東西，不是預力的替代品；鬆脫有兩種，這篇談的是其中「轉動鬆脫」那一種，兩者的差別本站在螺絲為什麼會鬆談過。

鎖緊的螺絲上，退出扭矩主要跟著鎖緊扭矩走

要知道螺絲膠固化得好不好，直覺的辦法是量退出扭矩。報告第 7.3 節發現這行不通。14 組配置、三種直徑，以 Johnson 三分之二法估計的降伏載荷為基準，分別鎖到 25%、50%、75%、100%，每排 8 支上膠、3 支只上潤滑脂當對照；這些試件都沒有經過振動或循環載荷。 鎖到 100% 時，十組 1/4 吋上膠試板之間的退出扭矩差異沒有達到通常的 0.05 顯著水準（p＝0.084；這個分析沒有檢定上膠與潤滑脂的差別）。報告寫道，鎖緊扭矩是影響退出扭矩的壓倒性因素，並指出試件沒有經過振動，可能因此上膠與只上潤滑脂的螺絲之間看不出差異。

於是 NESC 換了一個量法：先鎖緊、讓膠固化，再用楔形夾具把預力卸掉，量膠本身的破斷扭矩。結果是在試驗條件內，初始預力對卸載後的破斷扭矩沒有顯著影響（教訓 LL-8：固化不是預力的函數）， 但孔型有：同樣條件下，盲孔的破斷扭矩明顯低於通孔。第 7.5 節的敏感度試驗因此改在零預力下做，量的是 1/4-28 螺絲上膠本身的破斷扭矩，對照組平均約 14 in-lb（約 1.6 N·m）。 這個數字比試驗用的鎖緊扭矩小得多。本站據此認為，鎖緊接頭的退出扭矩不足以單獨證明膠已充分固化；報告則另外建議硬體開發者建立驗證固化充分的程序與試驗。

讓破斷扭矩變動的，是鎖好後看不出來的製程步驟

把預力拿掉之後，各個步驟的影響就看得見了。依報告第 7.5 節，在不鏽鋼襯套與 A286 螺絲上：

乾膜潤滑的螺絲，平均破斷扭矩比對照少約 46%，變異數約是 4 倍（本站換算）；報告特別寫道，比平均下降更值得注意的是變異的增加。其他結果依同一節： 不用活化劑，報告正文說平均少約 10%（兩組試驗都是），不過依圖 7.5-3 列出的平均值重算，降幅約 13% 到 15%；A286 上的攻牙孔，較緊的 H2 比 H4 的平均破斷扭矩高 14%，報告提醒其中一部分可能來自配合較緊； 通孔在 6 到 24 小時達到全強度，盲孔到 96 小時還在增加；在 90 °F、90% 相對濕度下，只塗螺絲的那組強度下降，內外螺紋都塗的那組不受影響。

報告對這一組試驗的結論是：上膠方式是所有因子裡影響最大的，內外兩側螺紋都上膠的破斷扭矩較高，報告認為這看來是讓膠充分覆蓋所必需。附錄 B 收錄的 Henkel 技術回覆（2006 年）解釋了盲孔可能發生的情形： 只塗外螺紋就鎖進盲孔，被困住的空氣會把太多膠擠出去，覆蓋不足，膠開始交聯卻不會完全固化；Henkel 說這樣的接頭拆開時，螺紋上的白色粉末裡會混著膠原本的顏色，正確施用的則只剩白色粉末。這是 Henkel 給的觀察線索，不是報告訂的固化判準。 報告的盲孔重複試驗也留了一個沒解開的地方：其中一組無法重現先前的結果、變異很大，報告只寫有未知因素影響。

這些步驟有一個共同點：清潔做了沒、活化劑塗了沒、塗在哪一側、螺紋上有沒有乾膜潤滑，通常無法從鎖好的螺絲外觀確認（這是本站的提醒，試驗量的是扭矩，不是外觀）。而在這組試驗裡，它們改變的不只是平均值，也改變散布。

平均最好的一組，也是最散的一組

散布有多大，附錄 F 的 Junker 試驗給了最清楚的數字。這是一台施加橫向往復位移的試驗機（DIN 65151），條件是 1/4-28 UNJF-3A 螺絲鎖進螺紋襯套、目標預力 2,400 lbf（約 10.7 kN，約為螺絲降伏載荷的 66%；各次實測初始預力 2,315 到 2,385 lbf）、15 Hz、偏心設定 0.12 吋， 每種配置做 12 次，比較 2,300 次後預力掉了百分之幾。所有組別的頭下與墊圈都塗 Braycote；上膠那組先在螺絲與襯套噴活化劑、乾 5 分鐘，滴 2 到 3 滴 242 蓋滿兩側螺紋，固化 24 小時再試。

在這組配置與條件下，依平均，242 明顯最好，報告的結論也是如此。但 814 的變異數換成標準差約 28.5 個百分點，是鎖定襯套那組（約 12.6）的兩倍多（本站換算）。拆開來看，上膠的 12 次裡有 9 次掉 15% 到 44%，另外 3 次掉 81%、89%、91%，跟鎖定襯套那組差不多。

用一個假設的門檻看這個差別：假設某個接頭最多容許掉一半預力（50% 是本站假設的門檻，不是報告的判準），上膠那組 12 次有 9 次在線內、3 次在線外；鎖定襯套那組 12 次沒有一次在線內，最好的一次也掉了 52%。 所以平均值說的是「在這組試驗裡，上膠通常比較好」，個別值說的是「上膠的某幾次，損失和鎖定襯套那組重疊」，平均值不能保證每一顆都留下足夠的預力。報告沒有解釋這 3 次為什麼特別差；它們是不是來自前一節那些製程步驟，本站無法從報告判斷。 附錄 F 表 4 另記一筆：242 配置中的試驗編號 29，螺絲在第 2,324 次循環斷裂；表 5 用的是第 2,300 次時的資料。

規範自己就講得不一樣

如果製程會影響結果，下一個問題是製程照哪一份文件走。以下是報告對當時版本的比對，其中一部分差異出自品質試驗用試件的製作條款，不代表現行的通用安裝規定。報告附錄 H 比對了三份規範（MIL-S-22473E 已於 2004 年取消，MIL-S-46163A 自 2001 年起不再用於新設計）：MIL-S-22473E 對上膠位置的指示模糊；MIL-S-46163A 要求螺帽與螺栓兩側都塗；ASTM D5363-03 只把膠塗在螺栓上，再把螺帽旋過膠層，讓兩側都沾到。 三份都沒有把不鏽鋼或鈦列為適用材料，而 MIL-S-46163A 指定的 F 級底劑，Henkel 說早在 1995 年 6 月就停產了。

承包商的文件也各說各話。附錄 I 比對了五份來自太空站製造據點的上膠文件：Rockwell 1985 年的文件要求鈦件省略 Grade T 底劑；Boeing Huntington Beach 2004 年的文件把螺絲膠限在直徑 1/4 吋及以下的飛行硬體，並允許與二硫化鉬乾膜潤滑並用。最後這一項，與 Henkel 的意見和本報告不建議在乾膜上使用的結論不同。 NESC 還到一處進行太空站重工的廠商現場觀察：一位受過課堂訓練的技師示範上膠時沒有塗底劑或活化劑，他的理解是示範用的螺栓螺帽是新的，不需要那瓶「清潔劑／底劑」。這只是一次示範觀察；報告認為，它反映出對活化劑真正用途（讓惰性金屬上的膠能固化）的說明與理解都不完整。

NESC 的結論：可以當第二道鎖，前提是製程

報告的建議 R-1 寫的是：接受 Loctite 242 與 271 作為太空站硬體的第二道鎖，前提是已經建立能讓它在所施用的基材上充分固化的上膠製程。R-2 把這個前提拆成七項：

1. 建立驗證固化充分的程序與試驗；
2. 上膠前、中、後都要防止污染；
3. 在惰性或低活性基材（例如不鏽鋼、鈦）上使用活化劑，而且內外兩側零件都要塗；
4. 測定會使用螺絲膠的扣件系統的扭矩—預力關係，範圍要超過安裝所需的載荷（報告舉的典型安裝水準是扣件承載能力的 50%–75%）；
5. 內外兩側螺紋都要上膠；
6. 上膠前清潔並活化內外兩側表面；
7. 螺紋任一側有乾膜潤滑時，不要使用螺絲膠。

R-3 則建議 NASA 總工程師室依這份報告修訂 NASA-STD-6016 中液態螺絲膠那一節。報告的教訓 LL-1 把整份報告縮成一句：螺絲膠充分固化時，提供的第二道鎖至少與 prevailing torque 型防鬆扣件一樣好。關鍵字是「充分固化時」。

從螺絲這一側帶得走的幾件事

以下是本站的讀法，不是報告寫給一般使用者的建議；報告的建議對象是 NASA 的工程單位，適用範圍也只到 Loctite 242 與 271。

1. 先確定預力，再談第二道鎖。Phase Zero 與 NASM 1312-7 的振動試驗在所試範圍內顯示，預力越高越不容易鬆（部分配置的扭矩與頭下潤滑同時不同，分不出預力單獨的效果）；在 Phase Zero 那組約 500 lb 的配置裡，螺絲膠沒能補回預力不足。預力怎麼受摩擦與鎖緊方法影響，見一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件。
2. 圖面上寫「上螺絲膠」不夠，要寫製程。塗在哪一側、要不要活化劑、清潔方式、固化多久才能受載，報告裡的規範與承包商文件都寫得不一樣，而這些正是改變結果的步驟。
3. 螺絲到貨時的表面狀態，是製程的一部分。Henkel 在附錄 B 的 2006 年回覆把鍍層、陽極處理鋁與鍍鋅鋼都列為惰性表面，說底劑能讓膠在室溫 24 小時內完全固化，不用時可能要久得多；多數螺絲膠建議無油表面，含亞硝酸鹽的防鏽劑可能抑制固化；乾膜潤滑上的強度掉得最多、也最散。所以採購規格寫明表面處理與是否上油，會直接影響後面的上膠製程。
4. 看平均，也看散布。Junker 那組 41.7% 的平均是真的，12 次裡 3 次掉到八、九成也是真的。比較防鬆方法時，試驗條件怎麼影響結論，見「它通過振動試驗」這句話裡少了一個數字。

回到標題：螺絲膠是第二道鎖，這份報告沒有否定這件事，它補上的是那句話的後半段。這道鎖牢不牢，很大一部分取決於上膠前後的製程，而那些步驟做得對不對，鎖好之後通常看不出來。

這頁不能說的

頁首的圖是盲孔覆蓋不足的概念示意，膠「上半段有、下半段沒有」的整齊分界不是報告觀測到的分布。本頁只談 Loctite 242 與 271，報告沒有評估其他螺絲膠，也沒有試驗預塗型（pre-applied）螺絲膠；Henkel 提到的較新產品，報告只轉述一句說明，沒有試驗資料。 各試驗的組合不同，包括航太規格的 A286 扣件、不鏽鋼螺紋襯套，以及鋁、A286 或 15-5 PH 不鏽鋼母材，結果不能直接套到碳鋼鍍鋅螺絲或其他材料與表面處理。 Junker 上膠組 3 次特別差的原因，報告沒有解釋，本頁不推定；熱真空浸置試驗的組內變異係數高達 25%，報告也只說有未知因素。 報告的表 7.7-2 標題寫 0.250-28，但其中第 6 組依表 7.7-1 是 0.164-32，本頁依表 7.7-1 敘述。表 7.7-1 與附錄 F 的表 5 在 PDF 中是影像，本站依渲染頁面逐格抄錄；表 7.7-2 可直接擷取文字，並與原表核對。Henkel 的說法是附錄 B 收錄的 2006 年回覆，不一定反映現行產品資料。 表中的預力損失百分比、平均與變異數是報告數值；英制與公制換算、標準差、約 46% 的降幅、通過率與倍數是本站計算；50% 的容許門檻是假設值。「從螺絲這一側帶得走的幾件事」是本站的讀法，不是 NASA 的要求。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步，或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的，見指定一顆螺絲，那篇寫的是順序，以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

塗了螺絲膠，螺絲就不會鬆嗎？

不一定。NASA 工程安全中心的報告 NESC-RP-04-092 裡，上了 Loctite 242 但只鎖到約 500 lb 預力的三支螺絲，振動試驗中一支轉動、兩支完全鬆出。這是該組配置的結果，不是通用的最低預力；報告的結論是預力才是第一道鎖，螺絲膠是加在上面的第二道鎖，而在所試範圍內，預力越高，有沒有上膠的接頭看來都越能抵抗鬆脫。

螺絲膠比防鬆襯套好嗎？

在這份報告附錄 F 的試驗條件與配置下，平均而言是。Junker 橫向振動 2,300 次後，上了 242 的 12 次平均掉 41.7% 預力，鎖定襯套加潤滑脂平均掉 88.8%，標準襯套加潤滑脂全部掉光。但上膠那組從 15% 到 91%，樣本變異數 814（百分點²），是三組裡最散的；12 次裡有 3 次掉了 81% 到 91%。

哪些因素最會讓螺絲膠失效？

報告的零預力試驗中，影響最大的是上膠方式：內外兩側螺紋都上膠的破斷扭矩較高；Henkel 的回覆說，盲孔只塗螺絲時被困住的空氣可能把膠擠出去，導致固化不完全。乾膜潤滑的螺絲平均破斷扭矩只有對照的一半左右、變異數約 4 倍；不用活化劑，報告正文說平均少約一成（依圖表平均值重算約 13% 到 15%）；沾過潤滑脂的襯套即使清洗過，變異也明顯增加。

可以用退出扭矩檢查螺絲膠有沒有固化嗎？

在鎖緊的螺絲上很難。報告第 7.3 節在未經振動的試件上發現，鎖到估計降伏載荷的 100% 時退出扭矩主要隨鎖緊扭矩變動，報告也指出，可能因為試件沒有經過振動，上膠與只上潤滑脂的螺絲之間看不出差異；要量膠本身，NESC 改用楔形夾具先卸掉預力。本站據此認為，退出扭矩不足以單獨確認充分固化；報告另外建議硬體開發者建立驗證固化充分的程序與試驗，本身沒有給出一個通用的方法。

鍍鋅螺絲可以直接上螺絲膠嗎？

這份報告沒有試驗鍍鋅螺絲，但給了一個提醒：附錄 B 中，Henkel 的技術回覆把鍍層與鍍鋅鋼列為惰性表面，說明底劑（活化劑）的作用是讓膠在這類表面上於室溫 24 小時內完全固化；不用時，不鏽鋼上可能要兩到三週，時程高度不可預測。這是 2006 年的回覆。本報告沒有提供鍍鋅螺絲的直接試驗結果，實際製程仍須依產品資料與自己的試驗確認。

參考資料

• Dube, M. J., & Gamwell, W. R.（2011）Performance Characterization of Loctite® 242 and 271 Liquid Locking Compounds (LLCs) as a Secondary Locking Feature for International Space Station (ISS) Fasteners. NASA/TM-2011-217068, NESC-RP-04-092
• 螺絲為什麼會鬆：兩件不同的事共用一個詞
• 螺絲膠解決的是哪一種鬆：兩種失效，它只擋得住一種
• 「它通過振動試驗」這句話裡少了一個數字
• 一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件

試驗資料與結論來自 NESC-RP-04-092 第 1、4、6 節，第 7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.7.1、7.7.2、7.7.3、7.7.4 節，第 8 節的觀察、發現與建議，第 11 節的教訓，附錄 B 的 Henkel 回覆，附錄 F 的 Junker 試驗報告（D. P. Hess，2007 年 7 月），以及附錄 H、I 的規範與製程比對。表 7.7-1 與附錄 F 表 5 在 PDF 中是影像，本站逐格抄錄。預力損失百分比、平均與變異數是報告數值；英制與公制換算、標準差、約 46% 的降幅、通過率與倍數是本站計算；50% 的容許門檻是假設值；「從螺絲這一側帶得走的幾件事」是本站的讀法，不是報告的建議。