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        1. 400-850-4050

          PC開裂失效分析

          2020-09-27  瀏覽量:1902

           

          1、背景

          隨著大型戶外LED顯示屏的廣泛應用,LED小點間距顯示屏技術得到了快速發展。LED顯示屏最小構成單元為模組,每款顯示屏模組均安裝有與之匹配的塑膠底殼,使LED顯示屏能夠安裝在與底殼相對應的LED顯示屏箱體上,并且可以拆裝與維護。此次失效的樣品就是LED顯示屏用塑膠底殼,底殼是用封裝膠進行密封起到防水及固定作用,屏體安裝投入使用4個月后,出現彎曲現象,拆開屏體,發現底殼面罩螺柱位置開裂甚至爆裂,失效比例接近100%。委托方同時提供不同批次未開裂的塑膠底殼及使用的封裝膠進行對比分析,查找塑膠底殼開裂的原因。

           

          2.1 外觀檢查

          對開裂的塑膠底座進行外觀檢查,發現開裂的位置集中于螺紋孔,螺紋孔發生不同程度的開裂甚至有的發生爆裂,詳細圖片如圖1所示。

           

          塑膠底座的開裂位置 塑膠底座的開裂位置
          圖1. 塑膠底座的開裂位置的外觀圖片

           

          2.2形貌觀察

          取塑膠底殼中螺紋孔的開裂面做形貌觀察,宏觀觀察:斷面無明顯塑性變形,屬脆性斷裂;可觀察到從外到內的擴展紋路,起裂源位于斷面的右側,靠近灌封膠的一側;斷面上有少量的玻纖,還有玻纖脫落留下的長條凹坑印記,表明塑膠底殼是用玻璃纖維增強;高倍觀察起裂源無明顯異物存在。

           

          塑膠底殼開裂斷面形貌觀察圖片

           

          塑膠底殼開裂斷面形貌觀察圖片

          圖2. 塑膠底殼開裂斷面形貌觀察圖片

           

          2.3 材質分析

          利用顯微紅外光譜儀對樣品塑膠底殼螺紋孔開裂件的材質進行分析,從紅外譜圖上得知,塑膠底座的材質為雙酚A型聚碳酸酯。雙酚A型聚碳酸酯主鏈上含有剛性的苯環結構,在注塑過程中產生的取向應力不易釋放,易產生應力集中。

           

          樣品塑膠底殼螺紋孔開裂件的FTIR譜圖

          圖3. 樣品塑膠底殼螺紋孔開裂件的FTIR譜圖

           

          2.4 灌封膠成分分析

          結合顯微紅外光譜和氣相-質譜聯用儀對封裝膠A、B組分成分進行分析, 從紅外譜圖上得知A組份為主要成分為羥基封端的硅樹脂,另外還含有氫氧化鋁填料,硅氧烷的環體;B膠為三乙氧基甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷的交聯劑,A、B膠在室溫下反應生成交聯網狀硅膠和乙醇,乙醇脫離體系,交聯網狀硅膠不會對PC造成腐蝕,乙醇及硅氧烷環體小分子短時間不會對PC(聚碳酸酯)造成腐蝕,但會進入聚碳酸酯中促使PC應力釋放。

           

          灌封A膠FTIR譜圖

          圖4. 灌封A膠FTIR譜圖

          灌封B膠FTIR譜圖

          圖5. 灌封B膠FTIR譜圖

          灌封A膠的丙酮萃取液GCMS譜圖

          圖6. 灌封A膠的丙酮萃取液GCMS譜圖

          灌封B膠的丙酮萃取液GCMS譜圖

          圖7. 灌封B膠的丙酮萃取液GCMS譜圖

           

          2.5. 開裂底殼與未開裂底殼材料一致性對比

           

          2.5.1 TGA一致性對比

          從TGA譜圖上看,兩者均有一個失重臺階,為聚碳酸酯主體的降解失重峰;兩者的區別在于起始分解溫度不同,開裂底殼起始降解溫度為419.5℃,未開裂底殼起始降解溫度為433.6℃,開裂底殼比未開裂底殼起始降解溫度降低了近15℃;表明開裂底殼的熱穩定性明顯低于未開裂底殼。

           

          開裂底殼與未開裂底殼TGA對比譜圖

          圖8. 開裂底殼與未開裂底殼TGA對比譜圖

           

          2.5.2 GPC一致性對比  

          利用凝膠滲透色譜(GPC)對開裂底殼與未開裂底殼的相對分子量進行表征,開裂底殼的分子量分布變寬,分子量分布越寬,性能越差,抗應力開裂能力就越弱。

           

          未開裂底殼的GPC譜圖

          圖9. 未開裂底殼的GPC譜圖

          開裂底殼的GPC譜圖

          圖10. 開裂底殼的GPC譜圖

           

          2.5.3 物理性能一致性對比

          切取開裂底殼與未開裂底殼的邊框,制成樣條,測彎曲強度,結果詳見表2:未開裂底殼樣條的彎曲強度為83.66MPa,開裂件底殼樣條彎曲強度為74.82MPa,未開裂底殼樣條彎曲強度遠大于開裂底殼樣條的彎曲強度,彎曲強度越大,抗彎曲能力越強。

           

          表2. 開裂底殼與未開裂底殼樣條彎曲強度對比表

          樣品編號 試樣寬度(mm) 試樣厚度(mm) 彎曲強度(MPa) 平均值(MPa)
          未開裂底殼樣條 15.26 1.76 84.257 83.66
          15.17 1.76 83.060
          開裂底殼樣條 14.84 1.73 78.281 74.82
          15.33 1.8 71.358

           

          開裂底殼與未開裂底殼樣條測試位置及彎曲性能對比譜圖 開裂底殼與未開裂底殼樣條測試位置及彎曲性能對比譜圖
          圖1. 塑膠底座的開裂位置的外觀圖片

           

          2.5.4抗環境應力一致性對比

          取樣品未開裂樣件底殼的螺紋孔和開裂批次未開裂的螺紋孔,放到盛有四氯化碳的燒杯中,浸泡2min,觀察樣品的抗應力開裂能力。未開裂底殼的螺紋孔未發現明顯開裂,而開裂批次的螺紋孔出現開裂,表明開裂批次的螺紋孔抗環境應力腐蝕能力弱。

           

          浸泡前 浸泡后
          浸泡前 浸泡后
          圖12. 未開裂浸泡四氯化碳前后對比圖片
          浸泡前 浸泡后
          浸泡前 浸泡后
          圖13. 開裂件四氯化碳前后的對比圖片

           

          3. 綜合分析

          綜合以上分析,可以得出以下結果:    

          (1)塑膠底殼開裂失效模式是環境應力開裂。

          (2)塑膠底殼開裂的根本原因是塑膠底殼配方中加入了相對分子量低且分子量分布寬的聚碳酸酯回收料,導致塑膠底殼物理性能降低、抗環境應力開裂能力下降。

          (3)建議:避免加入回收料,提高塑膠底殼的抗環境應力腐蝕能力。

           

          *** 以上內容均為原創,如需轉載,請注明出處 ***

           

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