PC塑料腐蚀失效分析

时间:2022-05-11 10:02点击:

PC塑料失效分析背景

聚碳酸酯,又称PC,身居五大工程塑料之一,具有优异的透光性、抗冲击性、电绝缘性、耐候性等。在建材、汽车、电子、航天等行业有广泛的应用。然而,硬币的另一面, PC遇到有机小分子易溶胀、遇到碱性环境易水解、热环境可降解,这些均会导致PC零件、构件、部件的腐蚀、开裂等PC塑料腐蚀失效问题。影响产品质量、使用安全、甚至是商誉。

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图1 某透明产品及其失效照片

确定pc塑料腐蚀分析思路

(1)“白色附着物”是“环境外来物”侵袭还是材料腐蚀的“产物”?

(2)“开裂处”是否有材料的降解、化学腐蚀、物质侵入?

(3)失效位置在空间上与橡胶密封圈或接触或邻近,是否相关,需要获取直接证据。

pc塑料腐蚀分析思考解决方案

(1)分析本案有关的正常PC材料、橡胶密封圈的成分,获得失效分析的基础对标数据。

(2) 分析“白色附着物”重点关注是否有PC的降解产物、是否有不属于3.1的全成分分析结果中的成分。

(3)开裂处电镜分析、物质微萃取分析,查阅开裂与3.1和3.2分析结果的关联。

(4)经过3.1-3.3的分析,针对性地排查橡胶密封圈中的化学物质在本案中的影响。

(5) 综合分析所得数据,对本失效案例做出科学的判断,以便客户在后续研发中避免这些风险因素。

设计、执行、完成pc塑料腐蚀分析实验

3.1 全成分分析获得PC材料、橡胶密封圈的成分,作为基础数据,如下表所示橡胶密封圈成分。

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3.2  分析“白色附着物”和开裂位置

1)SEM-EDS:PC壳体失效处呈现了明显的材料腐蚀的形貌。

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2)FTIR:壳体表面白色物质的红外谱图,除PC外,可见少量的双酚A及双酚A的盐。

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3)NMR:壳体表面白色附着物的NMR谱图,除PC外,可见双酚A的特征出峰。

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4)DSC:正常未老化的PC的Tg-onset为138℃,而老化后的白色物质的Tg-onset为43℃,提示分子量的显著降低。(谱图与对比谱图略)

5)TGA:~400℃前失重占比26.2%,400-430℃失重占比约10.3%,提示了白色物质中低分子PC和单体双酚A的热失重。(谱图与对比谱图略)

6)HS-GCMS:橡胶密封条为偶氮二异丁腈(AIBN)发泡的硅橡胶,产品中残留较高含量的发泡剂及发泡剂片段,其水浸泡液呈弱碱性(pH:8.79)。(谱图与对比谱图略)

pc塑料腐蚀分析结论

1)“白色附着物”为中发现了PC碱性条件下的水解生成的双酚A和双酚A盐。

2)接触的密封条为AIBN发泡的硅橡胶胶条,成品检测到明显的发泡剂及分解片段的残留,呈弱碱性。

3)残留发泡剂、分解或反应产物,在湿气条件下形成弱碱性环境,对PC造成致命性的腐蚀、降解、破坏。PC件力学性能发生大幅下降,在应力作用下出现开裂。

给出优化建议

本例中PC接触零件(发泡的硅橡胶密封圈)中残留的物质具有碱性,使PC发生了水解,产生了宏观的失效现象(出现白色附着物)、易开裂。本产品应主动地、优先地去除掉带有发泡剂残留的密封圈这个典型的不利因素。

通过对样品失效现象的微观探索,可以揭示失效的微观本质,这样可以有效指导生产实践。亦可用于区分清楚各方责任,例如产品设计部门在材料选型的责任,以及橡胶密封圈生产加工方的相关责任。


1、失效分析

失效分析-开裂

失效分析-变色

失效分析-脱漆

失效分析-粘接不良

失效分析-腐蚀

失效分析-轴承失效

失效分析-物理性能改变

失效分析-电学性能改变

失效分析-化学性能改变

汽车零部件失效分析

失效分析-材料合成/加工异常

断面分析及材料验证

断面分析


2、异物分析

异物分析-析出(不用对比正常位置)

异物分析-析出(对比正常位置)

异物分析-夹杂

异物分析-外来污染物

异物分析-工业产线异物

异物定性半定量分析

异物溯源


3、工业问题剖析

离子交换树脂的评价分析

特种材料金属评价(20-22个元素)

特种材料金属评价(60个元素)

验证评价

饮用纯水的物质评价

特种设备用纯水的物质评价

水异味物质分析

材料高温析出物/挥发物评价

材料高温高湿析出物/挥发物评价

材料合成/加工异常评价

工业问题剖析

异常件诊断评估


4、显示领域分析

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显示屏用材料异常的分析

OLED材料个性化分析

OLED器件个性化分析

LED材料失效分析

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