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PC+ABS斷裂失效分析

2017-02-04  瀏覽量:3266

摘要:某品牌汽車上用操作桿,塑件材質為PC+ABS,裝配到客戶端上線前發現斷裂失效情況,且斷裂失效主要集中在7月某批次。本文通過外觀檢查、斷口分析、FTIR分析、DSC分析TGA分析、GPC分析、維卡軟化溫度及熔融指數測試分析後發現操作桿塑件斷裂的直接原因為大應力導致的脆性斷裂,操作桿塑件斷裂的根本原因為材料主成分聚碳酸酯(PC)與(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)組分比例不壹致。

 

關鍵詞:PC+ABS;操作桿;斷裂;FTIR

 

五十路

失效樣品為操作桿,塑件材質為PC+ABS,其裝配過程中未發現斷裂失效問題,裝配到客戶端上線前發現斷裂失效情況,且斷裂失效主要集中在7月某批次,該批次失效率具體不詳,其他批次未發現此類斷裂失效問題。

 

2 分析方法簡述

2.1 外觀檢查

NG樣品操作桿塑件斷裂,其斷裂均位於操作桿塑件頭部梅花齒位置,圖中所示其斷裂程度不壹;OK樣品完整,操作桿塑件頭部未發現明顯的斷裂。

 

失效分析失效分析
圖1 NG樣品顯微放大圖片

 

2.2 斷口分析

裂紋起源於內梅花齒的齒根位置,可觀察到多處起源區,為多源模式;起源位置局部可觀察到輕微的塑性變形,但整個斷口無明顯塑性變形;斷口表面主要由起源區和放射區組成,起源區占1/3到1/2的面積,為大應力起源開裂特征;綜上,斷口為大應力導致的脆性斷口。

 

綜合NG與OK樣品EDS分析可知,OK樣品C含量為78.8%,O為21.3%;NG樣品C含量為81.3%,O為18.8%。說明NG與OK樣品元素成分壹致均為C、O元素,但其元素比例存在差異。

 

失效分析失效分析
失效分析失效分析
圖2 NG樣品斷口典型特征圖片(50X/500X)
失效分析
失效分析失效分析
圖3 OK樣品SEM+EDS測試圖片

 

表1.OK樣品EDS測試結果(wt%)

譜圖COTotal
177.722.3100.0
279.820.2100.0
average78.821.3-

 

失效分析
失效分析失效分析
圖4 NG樣品SEM+EDS測試圖片

 

表2 NG樣品EDS測試結果(wt%)

譜圖COTotal
181.618.4100.0
280.919.1100.0
average81.318.8-

 

2.3 FTIR分析

OK樣品、NG樣品及NG樣品-斷口位置有機主成分壹致,均為聚碳酸酯(PC)+(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS),NG樣品斷口處取樣亦未發現明顯的外來汙染成分,樣品各主成分及相似度比對結果如下表:

樣品名稱主成分與OK樣品相似度
OK樣品聚碳酸酯(PC)+(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)-
NG樣品聚碳酸酯(PC)+(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)98.19%
NG樣品-斷口位置聚碳酸酯(PC)+(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)98.56%

 

失效分析

圖5 NG-斷口位置樣品與NG及OK樣品相似度比對圖譜

 

2.4 DSC及TGA分析

OK樣品與NG樣品玻璃化轉變溫度具體如下:

樣品名稱Tg1Tg2
OK樣品111.2141.7
NG樣品115.0139.6

 

OK及NG樣品降解變化數量及灰分具體如下:

樣品名稱壹階降解變化數量(%)二階降解變化數量(%)灰分(%)
OK樣品52.9036.6311.48
NG樣品53.3636.4111.34

 

綜合熱分析可知,其失效樣品與正常樣品玻璃化轉變溫度基本壹致,但失效樣品與正常樣品組分含量存在微量差異且其曲線變化不壹致,結合材料元素的C、O比例差異,說明材料的主成分聚碳酸酯(PC)與(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)組分比例不壹致。

 

失效分析

圖6 OK樣品與NG樣品DSC對比曲線

 

失效分析

圖7 NG樣品與OK樣品TGA對比曲線

 

2.5 GPC分析及熔融指數測試

通過使用熔體流動速率試驗機及電子分析天平,加載負荷為5kg,測試溫度為260℃,得到以下測試結果。

樣品名稱測試結果(g/10min)
OK樣品27
NG樣品26

 

OK及NG樣品數均及重均分子量基本壹致,其具體測試結果詳見下表:

樣品名稱Mn(道爾頓)Mw(道爾頓)
OK樣品69605167551
NG樣品62150163396

 

綜合失效樣品及正常樣品分子量及MFI值測試可知,數均分子量、重均分子量及MFI值基本壹致,說明其材料未發生明顯降解,該部分不是失效的主要原因。

 

失效分析

圖8 NG樣品GPC測試圖譜

 

2.6 維卡軟化溫度

通過使用微機控制熱變形維卡軟化點試驗機,加載負荷為5kg,升溫速率為50℃/hr,得到以下測試結果。

樣品名稱測試結果(℃)
OK樣品107.9
NG樣品107.4

 

3 結果與討論

操作桿塑件斷裂的直接原因為大應力導致的脆性斷裂,操作桿塑件斷裂的根本原因為材料主成分聚碳酸酯(PC)與(苯乙烯-丙烯腈-丁二烯)共聚物(ABS)組分比例不壹致。

 

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