應力開裂是指塑料製品在使用過程中受外界應力作用，發生提前開裂而破壞的一種複雜失效行為，與環境作用、材料特性、成型方式等多種因素有關。
國高材分析測試中心長期提供材料失效分析技術服務，能快速定位材料製件失效原因，為客戶進一步質量改善提供優化方案。本文通過對一則客戶委託失效分析案例進行復盤，為大家進行製件失效分析提供切實有效的分析思路及分析方法。
製件開裂原因調查
客戶在使用某塑料製件過程中，製件多個部位發生開裂（見圖1），需要找到開裂的原因，為進一步改善提供方向。
圖1 開裂製件
圖2 製件開裂的影響因素
分析思路
1
材質主成分分析
利用TGA及DSC及FTIR對於開裂製件進行分析，結果表明製件的主要成分為POM。
圖3 製件紅外光譜圖
2
開裂斷面形貌分析
光學顯微鏡測試結果如圖所示，從製件開裂面的中部形貌圖看到表面拐角處的裂紋最大，可能與結構設計有關，此結構中有金屬嵌件，導熱係數存在較大差異引起收縮率的差異容易導致內應力過大。
從製件開裂面局部形貌圖，可以看出部分開裂從外部開始，與應力集中有關。
圖4開裂面光學顯微鏡形貌圖
從製件的開裂面局部放大SEM形貌圖可以明顯看出，製件的開裂斷面形貌圖為鱗片狀脆性開裂斷面特徵形貌，且部分開裂斷面存在片狀異物，可能是部分成分相容性不好。
圖5 開裂面掃描電子顯微鏡形貌圖
對樣品拆解過程中，發現製件的開裂斷面出現較大空洞和圓形空洞，如圖6所示，而空洞容易導致應力集中，進而發生應力開裂。
圖6 目視化分析圖
3
開裂斷面成分分析
圖7 SEM-EDS分析結果
從上面SEM-EDS分析結果可以看出，製件的開裂斷面正常區域主要是C和O組成，片狀區域除了含有C和O外還含有Na、Si、Cl、K、Ca等元素。
圖8 製件表面GC-MS圖譜分析結果
對製件的開裂斷面進行溶劑抽提，並進行GC-MS分析，從質譜圖中可以看出表面主要是潤滑劑等物質。
案例分析
1）根據FTIR及TGA、DSC對於材質成分分析結果可知：製件的主要成分為POM；
2）根據光學顯微鏡、SEM及目視化分析開裂斷面的形貌圖可知，製件的開裂在拐角處裂紋最大，可能與結構設計有關；此結構中有金屬嵌件，導熱係數不同導致收縮率的差異及製件中部存在較多空洞的缺陷容易導致內應力過大，易引發開裂；
3）根據SEM-EDS及GCMS對於開裂斷面成分分析結果可知，斷面存在片狀物質,片狀物質存在較多Na、Si、Cl、K、Ca等元素，可能與樹脂體系不相容，形成應力集中點；
綜上所述，製件的開裂原因可能是有金屬嵌件的結構設計及注塑缺陷及外來汙染物有關。
建議
1）減少金屬嵌件的設計，優化製件結構；
2）優化工藝條件，減少加工缺陷；
3）管控生產條件，減少外來汙染。
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