趙欣

摘 要：車用線束絕緣層長期處于高溫工作環(huán)境中，表面的絕緣層會出現(xiàn)強(qiáng)度下降及開裂等問題。經(jīng)過對車用線束絕緣層開裂位置的微觀形貌觀測、材料成分分析以及環(huán)境性能測試，梳理出車用線束絕緣層開裂失效的主要影響因素，從而為改善車用線束開裂失效問題提供解決思路。

關(guān)鍵詞：車用線束絕緣層 高溫老化 開裂失效

Discussion on Failure Analysis of Insulation Layer Cracking of Automotive Wire Harness

Zhao Xin

Abstract：The insulating layer of automotive wiring harness has been in a high-temperature working environment for a long time， and the insulating layer on the surface will have problems such as strength drop and cracking. After the microscopic observation of the cracking position of the automotive wiring harness insulation layer， material composition analysis and environmental performance testing， the main influencing factors of the automotive wiring harness insulation layer cracking and failure are sorted out， so as to provide solutions for improving the problem of automotive wiring harness cracking failure.

Key words：automotive wiring harness insulation， high temperature aging， cracking failure

1 背景

車用線束就像汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，散布在車身的每個地方，起著電力傳遞和信號傳輸?shù)淖饔?，線束的好壞直接影響到車的品質(zhì)和性能[1]。在變速箱等部位，線束長期處于高溫老化環(huán)境中，其絕緣層會出現(xiàn)強(qiáng)度下降及老化開裂的失效問題[2]。

2 分析目的

基于對失效線束的背景信息探究及形貌觀察，采用合適的分析手段及驗證方案，推測失效線束絕緣層產(chǎn)生開裂的可能原因。

3 分析對象與方法

3.1 分析對象

分析樣品為汽車變速箱內(nèi)傳感器線束，整車運行一段時間后因故障被退回工廠，拆解變速箱后發(fā)現(xiàn)該線束出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，見圖一。根據(jù)背景信息，該線束使用時會被浸入變速箱油中。同時選取了失效件與庫存品實樣，希望了解相關(guān)失效件發(fā)生開裂的原因。共包括四種樣品，其中失效樣品一件，從車輛上拆下來的使用過的未開裂樣品一件，分別標(biāo)記為樣品1#和樣品2#。另外還取用了庫存件兩批樣品，分別標(biāo)記為樣品3#和樣品4#。

3.2 斷面分析

3.2.1 宏觀觀察

由于樣品失效模式為開裂，首先使用體式顯微鏡對失效樣品1#發(fā)生開裂的部位、裂紋特征等方面進(jìn)行宏觀觀察（圖2）。

由以上結(jié)果可以看出，樣品上多處可見與線束軸向垂直的主裂紋，而且存在大量二次裂紋。二次裂紋由主斷口起，延軸向逐漸發(fā)展延伸。

3.2.2 斷口形貌分析

為了更深入地觀察斷面形貌，在圖一中白色線束上任取兩個斷面開裂面1，開裂面2進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察。

測試方法：掃描電子顯微鏡（SEM）;

測試結(jié)果（圖3）：

從失效件開裂面的SEM結(jié)果來看，斷面平整光滑，可見明顯的河流狀紋路，體現(xiàn)出了典型的脆性斷裂特征（圖3A-C）。在圖3D，E，F(xiàn)上可以觀察到一個起泡、發(fā)皺的區(qū)域。根據(jù)背景信息，此線束實際使用時會被浸入到變速箱油，由此推測此線束在一定程度上受到油的影響，產(chǎn)生了起泡、發(fā)皺的現(xiàn)象。

3.3 材質(zhì)分析

3.3.1 主成分定性分析

為了確認(rèn)失效樣品是否因材質(zhì)改變而導(dǎo)致開裂，需進(jìn)一步對四種樣品的材質(zhì)進(jìn)行分析和對比。

利用傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行分析（圖4），測試方法參照ASTM E1252-98（2013）ε1。相關(guān)譜圖及分析結(jié)果如下。

測試結(jié)果（表1）：

由以上分析可知，樣品1#、2#、3#的材質(zhì)相同，均為FEP;樣品4#的主成分為PFA，與其他三種樣品的材質(zhì)存在差異（圖4）。

3.3.2 熔融溫度、熔融焓

測試方法：ISO 11357-3：2011，分析儀器為DSC。

測試結(jié)果（表2）：

以上結(jié)果可以看出，從熔融溫度來講，樣品1#、3#、2#，4#依次升高;而從熔融焓來講1#、3#、2#，4#依次升高（圖5）;樣品4#的熔融溫度、熔融焓要明顯高于其他三種樣品，單與庫存件3#相比，熔融峰溫度高出近20%，以第二次升溫曲線為基準(zhǔn)比較（圖5）。

綜合以上材質(zhì)分析結(jié)果來看，失效樣品1#和樣品2#、3#均采用FEP為主成分，而樣品4#的主成分為PFA，并且與其他三種樣品存在熱性能上的明顯差異。相較于4#來說，樣品1#，2#，3#的材質(zhì)較為不耐高溫而容易導(dǎo)致開裂。

3.4 環(huán)境老化及物理性能分析

為了進(jìn)一步驗證變速箱油在高低溫環(huán)境下對樣品產(chǎn)生的影響，另取庫存件樣品3#、4#放入變速箱油中，并置于環(huán)境箱中以模擬實際使用情況。經(jīng)一定時間的老化處理后，取出樣品進(jìn)行拉伸測試。

環(huán)境老化條件如下（表3）：

測試結(jié)果如下（表4）：

根據(jù)以上測試結(jié)果，可得出如下結(jié)論：樣品3#泡油后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率都比未泡油時有明顯下降，而樣品4#泡油前后變化不大。斷裂伸長率變低通常表明材料的韌性降低。說明相較于4#樣品來說，3#材質(zhì)的樣品更容易在油品環(huán)境中降低強(qiáng)度及韌性。

4 結(jié)論

根據(jù)以上斷面形貌分析及性能測試結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

1）斷面上可見明顯的脆性斷裂特征，此外還存在起泡、發(fā)皺的微觀形貌，結(jié)合樣品的使用環(huán)境，有可能是由于變速箱油浸泡所致;

2）失效樣品1#和樣品2#、3#均采用FEP為主成分，而樣品4#的主成分為PFA，并且與其他三種樣品存在熱性能上的明顯差異。主成分上的差異使得樣品1#，2#，3#相較于4#來說更不耐高溫而容易導(dǎo)致開裂。

3）與樣品4#相比，泡油后樣品3#的強(qiáng)度下降程度更為明顯，而樣品3#與樣品1#、2#的材質(zhì)基本相同，據(jù)此推測在濕熱老化環(huán)境中，由于環(huán)境油品的作用，樣品1#、2#、3#相比樣品4#來說更容易發(fā)生老化，造成強(qiáng)度的降低并最終引發(fā)開裂。

參考文獻(xiàn)：

[1]王婷萍，李春芳. 汽車線束布置的設(shè)計及可靠性淺析[J].商用汽車，2019，（7）：87-88.

[2]張偉 陳鵬 王文岳 錢思宇 汽車線束的加速試驗設(shè)計與疲勞壽命評估[J].汽車專欄，2020（4）：7-10.