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河北华利机械配件有限公司

电镀塑料汽车手柄件断裂原因分析

2013/7/10 15:47:16

 

    针对部分电镀塑料汽车手柄件在开/关耐久性试验过程中发生断裂的问题开展了试验研究。采  用红外光谱仪(IR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)  断裂手柄和未断裂手柄塑料部分的材质、结构和微观形态等进行分析,查明了断裂原因,并提出了  相应的改进意见。

      中国电器科学研究院  彭坚  陶友季胡利芬

          骆丽琼

    甲公司为乙公司设计、生产塑料汽车手柄,在对手柄件进行开/关耐久性试验过程中发现,少数手柄经耐久性试验2 000次后断裂,而大部分手柄直到试验50 000次都未断裂。为查明问题原因,从手柄上取塑料样品,进行了有关试验研究。

1试验部分

1.1试验样品

    手柄的塑料部分为PC/ABS合金。

1.2试验仪器

    a红外光谱仪( IR)Nexus 670,美国Nicolet公司。

    b差示扫描量热仪( DSC)DSC 204,德国NETZSCH公司。

    c.热重分析仪( TGA)TG 209,德国NETZSCH公司。

    d.扫描电子显微镜(SEM)JEOL JSM-6330F,日本电子株式会社。

1.3试验方法

    a.用Nexus 670测得样品的红外光谱图。仪器的分辨率为4 cm-1,扫措次数为32。采用KBr压片制样(刮取样品与KBr混合、压成片后测红外光谱)。

    bDSC 204测得样品的玻璃化转变温度

Tg)。样品用量为510 mg,在N2(N2的流量为60 mL/min)保护下测试,升温速率为10 0C/min,测试执行IS0 1,I357标准。

    cTG 209进行样品的热失重分析。样品用量为510 mg,保护气和吹扫气均为N2,流量分别为1 0mL/min20 mL/min,升温速率为20 0C/min,测试执行IS0 11358标准。

    d采用SEM研究由开/关耐久性试验造成的断裂面和其他部位的微观形态,除开/关试验造成的断裂面外,其他断面均由液氮冷冻后脆断产生。

2结果与讨论

2.1红外光谱分析

    1是断裂手柄和合格手柄的局部照片,断裂位置见图中标识。

2.2差示扫描量热分析

    3是手柄塑料的DSC曲线,根据该曲线可以得出塑料组分的玻璃化转变温度(Tg),见表1。低温处为ABSTg,高温处为PCTg。由图3可见,断裂手柄和合格手柄的塑料组分的Tg无明显差别,这也证明断裂手柄和合格手柄的塑料组分基本没有大的区别。

2.3热失重分析

4是手柄塑料的TGA曲线,由该曲线可以求出塑料的起始分解温度和820℃时的样品残余量(见表2)。TGA曲线呈反“S”形,只出现一个“阶梯”,表明断裂手柄和合格手柄塑料中无严重相分离。从表2可知,断裂手柄塑料样品的分解残余量比合格手柄的略高,表明两种手柄塑料的组成略有差别。

2.4扫描电子显微镜分析

    将断裂手柄经开/关耐久性试验造成的断裂面命名为断面1,与断面1相应的合格手柄的断面命名为断面3,图5是断面1和断面3SEM照片。由图5可见,虽然是相应部位,但断面形态有很大不同。断裂手柄塑料的分散相呈较大颗粒分散,分散相的分散性、ABSPC界面的粘结性均相对较差,这是导致手柄容易断裂的主要原因。

将断裂手柄的不同于断面1部位的断面命名为断面2,与断面2相应的合格手柄的断面命名为断面4,图6为断面2和断面4SEM照片。由图6可见,合格手柄和断裂手柄的非支撑部位断面都比较均匀;比较同一手柄的不同断面的SEM照片(图5a与图6a,图5b与图6b),可以发现不同断面的形态差别较大,在开/关耐久试验过程中发生断裂的部位(如断面1和断面3)的形态相对较不稳定,这可能与注塑时原料在模具不同位置的流动性不同有关。

3结束语

    无论是断裂手柄还是合格手柄,非支撑部位断面较均匀,说明电镀工艺对塑料件的内部结构没有影响;成型手柄模具的结构不合理导致了原料在模具中心流动不均匀,特别是支撑部位的断裂位置离模具注塑流道口较远,这些均与手柄断裂有关系。为此,建议改变模具流道口位置,使支撑位置离流道口更近;修改模具,使流道弯角更加圆滑;同时,注意控制注塑温度相模具温度,使工艺更加稳定。采取这些措施后,可以使支撑部位的形态更稳定,强度增加,不易断裂。

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