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电缆接头开裂是什么因素导致?电缆失效分析

时间:2017-09-27  来源:深圳市美信分析技术有限公司  浏览次数:94
(需对客户的信息及样品保密,此案例只体现部分信息)

项目背景
某公司生产的电缆线,在出货之前就出现了严重的开裂,失效比例高达80%。造成这次失效的直接原因是,更换了新的材料:注塑接头部分依然是聚醚型TPU,但线缆部分由之前的聚醚型TPU,改成了聚酯型TPU。于此基础,制定了下面的失效分析方案,给予具体的失效原因和建议。

主要测试项目
外观观察
热分析
分子量分析
添加剂分析
老化验证
 
1、外观观察
根据提供的信息,观察整个样品。如图,位置1包覆层为聚醚型TPU,下层为聚酯型TPU线缆外被。包覆层TPU材料性能良好,柔软有弹性,无开裂或发粘现象。下层聚酯型TPU线缆外被可见明显开裂。切开包覆层,可看到,下层聚酯型TPU材料已经发粘,碎裂。位置2为聚酯型TPU线缆外被,其表面光洁,柔软有弹性,无开裂或发粘,弯折也无发白无裂纹。
 
                                                              图1. 聚酯NG样品                                                      图2. 聚醚OK样品

基于观察到的现象:对线缆外被的聚酯型TPU材料,被包覆部分的聚酯型TPU材料物性严重下降,出现开裂;无包覆部分的聚酯型TPU材料物性基本没变化,无裂纹。
 

2、热性能分析
对于聚酯型TPU线缆材料的样品,取位置2的聚酯型TPU材料(正常)与位置1的聚酯型TPU材料(异常),做DSC与TGA分析。结果如下图。
 
                                                                       DSC对比图                                                               TGA对比图

从样品DSC测试谱图来看,位置1部分聚酯TPU材料的玻璃化温度为-40.2℃,位置2部分聚酯TPU材料的玻璃化温度为-32.6℃。从样品TGA测试结果谱图来看,位置1与位置2部分聚酯TPU材料的起始分解温度分别为316.0与272.0。残留质量分别为12.26%与11.22%。表明位置1与位置2的材料的可分解成分含量基本一致,但材料成分有了明显的差异。
 
3、分子量测试
对位置1与位置2部分聚酯TPU材料的分子量做了对比测试,结果如下表:

样品

检测项目

结果

   

Mn

Mw

D

位置1部分TPU

分子量

9995

17772

1.95

位置2部分TPU

分子量

37404

47548

1.27


从相对分子量结果可见,位置1部分的TPU材料的分子量相比位置2部分的TPU材料的分子量有了明显的下降,直接表明位置1部分的TPU材料出现了降解。
 
4、样品增塑剂分析 
用Py-GCMS,对位置1的包覆材料聚醚型TPU材料的添加剂进行分析。
对位置1与位置2部分聚酯TPU材料,也通过萃取分离出添加剂,进行红外分析。
综合两个结果可见,在位置1部分聚酯TPU材料中萃取分离得到了磷酸甲苯二苯酯。而在位置2部分的聚酯TPU材料中未发现磷酸酯类物质。由于位置1与位置2部分聚酯TPU材料为相同的原材料,对比包覆层聚醚型TPU材料的添加剂为磷酸酯类,认为是有包覆层的添加剂渗入到聚酯型TPU材料内。
 



5、老化验证
根据样品加工信息与前述测试结果,位置1部分聚酯型TPU发生了明显降解,位置2部分聚酯型TPU未明显降解。降解的原因可能为:1.水汽降解,2.加工时的热降解,3.渗入的添加剂降解。对于这三种情况,设计了温度加速老化试验。
 
1.水汽降解:取聚酯型TPU接头样品与聚醚型TPU接头样品位置2部分TPU材料,置于温度60℃,湿度90%环境下,14天。每2天检查样品是否有发粘,开裂。
结果:至14天。样品柔软有弹性。表面光洁,无发粘,无明显开裂。
 
2.热降解:取聚酯型TPU接头样品与聚醚型TPU接头样品位置2部分TPU材料,加热到175℃,维持34秒,冷却后,置于温度60,湿度90%环境下,14天。每2天检查样品是否有发粘,开裂。
结果:至14天。聚酯型TPU接头样品材料柔软有弹性,无发粘,表面有微小裂纹。聚醚型TPU接头样品柔软有弹性,表面光洁,无发粘,无明显开裂。
 
3.添加剂降解:取聚酯型TPU接头样品与聚醚型TPU接头样品位置2部分TPU材料,浸入磷酸酯类物质中,48小时后检查样品是否有发粘,开裂。
结果:聚酯型TPU接头样品材料有轻微发粘。聚醚型TPU接头样品材料表面无明显变化。

总结
总结上述测试,从外观与测试观察表明,包覆层下的聚酯型TPU材料发生了明显降解导致开裂,无包覆层的聚酯型TPU材料末发生明显降解。通过添加剂成分分析,可看到,包覆层的聚醚型TPU的磷酸酯类阻燃剂有渗入到下层的聚酯型TPU材料内(无包覆层部分聚酯TPU内无磷酸酯类物质)。
 
通过水汽老化与热老化,暂时没发现有降解现象,进行添加剂的降解老化测试,发现对聚酯型TPU材料有腐蚀作用,对聚醚型材料无明显腐蚀作用。

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