應用故事 | DSC方法分析尼龍扎帶斷裂失效原因

尼龍扎帶是尼龍材質的一種扎帶，采用UL認可PA66（Nylon 66）材料注塑而成，防火等級94V-2，具有良好的耐酸、腐蝕、絕緣性，不易老化、承受力強，廣泛應用于電子電器、電線電纜、燈飾、機械設備、船舶建造、建筑等行業。

脫扣力是尼龍扎帶最重要的性能指標，無論斷裂發生在頭部、中部還是反齒，發生斷裂的強度都應高于其標稱拉力值。若斷裂強度小于標稱值，一方面要考慮更換更高拉力規格的產品，另外可能的原因有溫度過高、存放時間過長導致老化脆斷、日光曬過導致水分脫失、采用/摻雜其他低成本原料或回收料、工藝不當等，需要從多方面分析。

本文利用DSC方法，分析了扎帶斷裂的原因，詳細情況如下。

客戶提供了3個扎帶樣品，分別是1#原件、2#庫存件和3#故障件（中部斷裂），如圖1所示，希望通過DSC分析3個樣品所用的材料是否一致，進而判斷故障件斷裂原因是否為原料問題。

由于故障件的斷裂部位在中部，因此統一從中間部位取樣（圖中紅圈位置），取樣量9-10mg，采用升溫-降溫-再升溫的方式測試，溫度范圍為-50℃—300℃，升降溫速率皆為20K/min。

為了對比3個樣品差異，將3個樣品的升溫曲線和降溫曲線分別進行對比，結果如下，圖2為一次升溫和二次升溫曲線，圖3為降溫曲線。

對比一次升溫曲線可以看出，1#樣品（紅色曲線）的熔融溫度（峰值261.9℃）在PA66的熔融溫度范圍內（225℃-265℃），高于2#樣品（綠色曲線）和3#樣品（藍色曲線），后2個樣品的熔融溫度區間基本一致，但峰的形狀有些差別（2#樣品為2個較大的重疊吸熱峰，3#樣品為225.1℃的主峰加2個小的肩峰），可能與3#樣品使用后材料的結構變化有關。

二次升溫過程1#樣品（紫色曲線）的熔融峰形狀與一次升溫基本一致，2#樣品（棕色曲線）和3#樣品（黑色曲線）在消除熱/力學歷史后，二次升溫熔融峰形狀很相近，說明這2個樣品可能為同種材料。

降溫曲線也可以看出，1#樣品的結晶溫度（峰值225.9℃）高于其他2個樣品，2#和3#樣品的結晶溫度比較接近。

結合2次升溫和降溫的結果可以推測，1#樣品為PA66材料，2#和3#樣品的主成分相似，可能為PA系列的其他材料。

為了對2#和3#樣品的材料進行判定，利用Proteus軟件的Identify功能對2#樣品的二次升溫曲線進行匹配，發現與PA610的相似度達到98.37%（下圖中藍色曲線為2#樣品二次升溫曲線，紅色曲線為數據庫中PA610的標準曲線），說明2#和3#樣品的材料很可能為PA610。

綜上，根據DSC測試的樣品熔融和結晶曲線，推斷1#原件樣品材料為PA66，而2#庫存件和3#故障件的熔融溫度與1#差異較大，結合Identify功能，判斷其可能為PA610材料。2種材料熔融溫度不同，若在加工時采樣相同的工藝程序，可能導致熔點低的材料過熱、變性，性能變差，容易斷裂。

作者

王榮

耐馳儀器公司應用實驗室