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        1. 400-850-4050

          聚苯醚塑料開裂失效分析與改善對策

          2021-11-29  瀏覽量:179

           

          摘要:通過對比斷裂端子、螺母與未斷裂端子螺紋的形貌觀察(SEM)、成分分析、工業CT分析,得知斷裂的端子表面有擠壓痕跡、對應的螺母的螺紋也有擠壓痕跡、 斷裂端子的螺牙形狀為三角形而未斷裂端子的螺牙形狀是梯形的,結果表明端子斷裂的直接原因是受到螺母螺紋的擠壓,造成應力集中導致開裂;根本原因是斷裂端子螺紋牙頂未進行處理,導致牙底到牙頂距離偏大,螺母對端子公頭螺紋造成擠壓。

           

          背景

          失效樣品為通訊用直流端子,端子由公頭和母頭組成,公頭和母頭兩端都有螺紋,通過螺母固定,使用0.5~1年后,在端子公頭螺紋位置出現開裂,委托方提供開裂的端子(含螺母)與未開裂的端子做對比分析,查找端子斷裂的原因。

           

          1. 分析項目

          1.1 形貌觀察

          利用掃描電子顯微鏡(SEM)對開裂端子斷面進行觀察,宏觀觀察:斷面無明顯塑性變形,屬脆性斷裂;起裂源位于上部邊緣位置,放大起裂源區,起裂源無明顯鑲嵌在樹脂的異物,無明顯溶劑腐蝕后的溶脹或孔洞痕跡;在起裂源正上方,螺牙位置有明顯的壓痕,詳見圖1所示。

           

          開裂端子起裂源位置SEM圖片

          圖1. 開裂端子起裂源位置SEM圖片

           

          對開裂端子對應的螺母螺紋進行形貌觀察,螺紋牙頂區域有不同程度的擠壓痕跡,第二螺紋擠壓痕跡程度較大,詳見圖2所示。

           

          開裂端子螺母SEM圖片

          圖2. 開裂端子螺母SEM圖片

           

          同樣利用掃描電子顯微鏡對開裂端子螺紋與樣品未開裂端子螺紋的表面形貌進行對比分析,發現開裂端子螺紋牙頂呈圓弧狀,俯視單個螺紋圖形呈三角型;而樣品未開裂端子螺紋牙頂比較平,俯視單個螺紋呈梯形,無明顯擠壓痕跡,詳見圖3。

           

          開裂端子與樣品未開裂端子螺紋對比SEM圖片

          圖3. 開裂端子與樣品未開裂端子螺紋對比SEM圖片

           

          1.2 成分分析

          1.2.1 主成分分析

          利用傅里葉顯微紅外光譜儀(FTIR)對開裂端子與樣品未開裂端子的主材質進行分析,如圖4所示:從譜圖上得知,兩者吸收峰位置及強度無明顯區別,均為聚苯乙烯改性的聚苯醚,其中1602cm-1左右歸屬為的骨架振動,3027cm-1 左右歸屬為苯環上C-H振動;1194cm-1和1022 cm-1左右歸屬為聚苯醚上的C-O伸縮振動;756cm-1左右歸屬為聚苯乙烯單取代苯環上C-H伸縮振動。

           

          開裂端子與樣品未開裂端子 FTIR對比譜圖

          圖4. 開裂端子與樣品未開裂端子 FTIR對比譜圖

           

          1.2.2 有機助劑分析

          利用氣相-質譜聯用儀(GC-MS)對開裂端子與樣品未開裂端子有機助劑進行分析,分別取少量樣品玻璃瓶重,加入四氫呋喃,在超聲波振蕩萃取15min后過濾,通過GC-MS測其成分,通過對譜峰分析,除了溶劑峰和色譜柱里面的成分,得知樣品有機成分均含有抗氧劑168(三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯)。

           

          開裂端子與樣品未開裂端子四氫呋喃萃取液GC-MS譜圖

          圖5. 開裂端子與樣品未開裂端子四氫呋喃萃取液GC-MS譜圖

           

          1.3 工業CT分析

          利用工業CT對開裂端子螺紋與樣品未開裂端子螺紋進行對比,開裂端子螺紋牙頂呈圓弧,螺紋截面呈三角形,而樣品未開裂端子螺紋牙頂比較平,螺紋截面形貌呈梯形,詳見圖6。

           

          對螺紋牙底到牙頂的長度進行對比測量,開裂端子螺紋的牙底到牙頂的距離為0.864mm,而樣品未開裂端子螺紋 螺紋的牙底到牙頂的距離僅為0.750mm,即開裂端子螺紋大徑尺寸比樣品未開裂端子螺紋 螺紋大徑尺寸大0.228mm

           

          開裂端子與樣品未開裂端子螺紋對比圖片

          圖6. 開裂端子與樣品未開裂端子螺紋對比圖片

           

          2. 綜合分析

          通過形貌分析得知,開裂端子公頭主斷裂面正上方螺牙位置有明顯壓痕,螺紋螺牙其他位置也有擠壓痕跡,對應的螺母螺紋也有擠壓痕跡;開裂端子公頭螺紋轉角位置最高,擠壓痕跡程度最大。

           

          除此之外,開裂端子螺紋牙頂呈圓弧形,俯視螺紋形貌呈三角型,對比未開裂端子,螺紋無明顯擠壓痕跡,螺牙牙頂平整,俯視螺紋形貌呈梯形,兩者的工藝存在較大差別;工業CT結果可知,開裂端子公頭牙底到牙頂的距離大于未開裂端子公頭牙底到牙頂的距離,兩者大徑尺寸相差0.2mm左右,螺母螺紋會對開裂端子公頭螺紋造成擠壓。

           

          綜合以上結果,可得以下結論:

          1)端子公頭開裂模式是應力開裂;

          2)端子公頭開裂直接原因是受到螺母螺紋的擠壓,造成應力集中導致開裂;端子公頭開裂根本原因是斷裂端子螺紋牙頂未進行處理,導致端子牙底到牙頂距離偏大,螺母對端子公頭螺紋造成擠壓;

          3)建議:加大端子加工工藝環節監督,避免類似此類失效。

           

          *** 以上內容均為原創,如需轉載,請注明出處 ***

           

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