塑料制件開(kāi)裂失效！別忙換原料，3步法查明原因
應(yīng)力開(kāi)裂是指塑料制品在使用過(guò)程中受外界應(yīng)力作用，發(fā)生提前開(kāi)裂而破壞的一種復(fù)雜失效行為，與環(huán)境作用、材料特性、成型方式等多種因素有關(guān)。本文通過(guò)對(duì)一則客戶委托失效分析案例進(jìn)行復(fù)盤(pán)，為大家進(jìn)行制件失效分析提供切實(shí)有效的分析思路及分析方法。
一、制件開(kāi)裂原因調(diào)查
在使用某塑料制件過(guò)程中，制件多個(gè)部位發(fā)生開(kāi)裂（見(jiàn)圖1），需要找到開(kāi)裂的原因，為進(jìn)一步改善提供方向。
圖1 開(kāi)裂制件
圖2 制件開(kāi)裂的影響因素
分析思路
材質(zhì)主成分分析
利用TGA及DSC及FTIR對(duì)于開(kāi)裂制件進(jìn)行分析，結(jié)果表明制件的主要成分為POM。
圖3 制件紅外光譜圖
開(kāi)裂斷面形貌分析
光學(xué)顯微鏡測(cè)試結(jié)果如圖所示，從制件開(kāi)裂面的中部形貌圖看到表面拐角處的裂紋最大，可能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，此結(jié)構(gòu)中有金屬嵌件，導(dǎo)熱系數(shù)存在較大差異引起收縮率的差異容易導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。
從制件開(kāi)裂面局部形貌圖，可以看出部分開(kāi)裂從外部開(kāi)始，與應(yīng)力集中有關(guān)。
圖4開(kāi)裂面光學(xué)顯微鏡形貌圖
從制件的開(kāi)裂面局部放大SEM形貌圖可以明顯看出，制件的開(kāi)裂斷面形貌圖為鱗片狀脆性開(kāi)裂斷面特征形貌，且部分開(kāi)裂斷面存在片狀異物，可能是部分成分相容性不好。
圖5 開(kāi)裂面掃描電子顯微鏡形貌圖
對(duì)樣品拆解過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)制件的開(kāi)裂斷面出現(xiàn)較大空洞和圓形空洞，如圖6所示，而空洞容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂。
圖6 目視化分析圖
開(kāi)裂斷面成分分析
圖7 SEM-EDS分析結(jié)果
從上面SEM-EDS分析結(jié)果可以看出，制件的開(kāi)裂斷面正常區(qū)域主要是C和O組成，片狀區(qū)域除了含有C和O外還含有Na、Si、Cl、K、Ca等元素。
圖8 制件表面GC-MS圖譜分析結(jié)果
對(duì)制件的開(kāi)裂斷面進(jìn)行溶劑抽提，并進(jìn)行GC-MS分析，從質(zhì)譜圖中可以看出表面主要是潤(rùn)滑劑等物質(zhì)。
二、案例分析
1）根據(jù)FTIR及TGA、DSC對(duì)于材質(zhì)成分分析結(jié)果可知：制件的主要成分為POM；
2）根據(jù)光學(xué)顯微鏡、SEM及目視化分析開(kāi)裂斷面的形貌圖可知，制件的開(kāi)裂在拐角處裂紋最大，可能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)；此結(jié)構(gòu)中有金屬嵌件，導(dǎo)熱系數(shù)不同導(dǎo)致收縮率的差異及制件中部存在較多空洞的缺陷容易導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，易引發(fā)開(kāi)裂；
3）根據(jù)SEM-EDS及GCMS對(duì)于開(kāi)裂斷面成分分析結(jié)果可知，斷面存在片狀物質(zhì),片狀物質(zhì)存在較多Na、Si、Cl、K、Ca等元素，可能與樹(shù)脂體系不相容，形成應(yīng)力集中點(diǎn)；
綜上所述，制件的開(kāi)裂原因可能是有金屬嵌件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注塑缺陷及外來(lái)污染物有關(guān)。
建議
1）減少金屬嵌件的設(shè)計(jì)，優(yōu)化制件結(jié)構(gòu)；
2）優(yōu)化工藝條件，減少加工缺陷；
3）管控生產(chǎn)條件，減少外來(lái)污染。
文章來(lái)源：國(guó)高材分析測(cè)試中心
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