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电子产品外壳开裂的原因和措施

发布时间:2021-11-19

3C电子外壳材料需要阻燃性、强韧性平衡、薄壁成型和尺寸稳定性,所以无卤阻燃PC/ABS是最佳选择。


然而,无卤阻燃PC/ABS并不是万能的,当它作为3C电子外壳产品使用时,令人头疼的是塑料螺孔处容易开裂。


那么,螺丝孔为什么会裂开呢?怎么解决?

原因:

①材料配方设计缺陷,其韧性不足

②焊缝强度低

③加工过程中的材料降解

④防锈油等化学物质的影响

⑤金属-塑性收缩系数的差异

⑥螺孔设计不合理


1、阻燃剂析出、韧性不足的材料

先说材料本身的影响。

由于阻燃的需要,无卤阻燃剂PC/ABS必须加入阻燃剂,常用的无卤阻燃剂是多聚物小分子,如有机磷阻燃剂(Mw为几十到几百)。这些小分子物质的加入会影响PC/ABS的韧性。

更重要的是,这些阻燃剂含有尚未完全聚合的单分子或小分子残基(如TPP)。因为它们的分子量小,容易从PC/ABS材料迁移到材料表面,从而在材料表面形成微型裂纹,从而引发开裂。

另外,在无卤阻燃PC/ABS中,PC是缺口敏感材料。当PC中有一个小裂纹没有及时终止时,就会扩展成一个大裂纹。

在PC中加入ABS可以明显减少PC因缺口敏感性而产生的裂纹,因为ABS中的橡胶相丁二烯(B)分散在PC/SAN基体中,形成“海-岛”结构,可以有效防止裂纹的产生和发展。

这是因为材料的韧性性能还与所选用的ABS橡胶粒径、含量和分散相等因素有关。一般来讲,选择的ABS粒径越小,橡胶含量越高,橡胶分散越均匀,螺孔强度越高。


2、熔接线强度低、注塑困气

螺孔处熔接线强度低也是一个重要原因。当注塑成型螺纹孔时,两股材料将会汇合,形成熔接线。如果缺口、橡胶翻面、橡胶分布不均匀出现在汇合料流结合力较弱、边缘位置,会减少相关区域的强度,增加开裂的风险。

此外,在一些工厂中,螺母被预先放置在模腔中,然后注射塑料熔体。由于螺母的边缘一般呈锯齿状,在注塑成型过程中,锯齿中可能会留下气体,导致塑料与螺母结合松动,这种情况常被称为“困气”。这种缺陷可能导致裂纹的产生和生长,需要加强模具中的排气设计。


3、材料降解

无卤阻燃PC/ABS材料中的PC在热量、氧气、剪切,特别是在水、碱性基团的刺激下,容易发生断链反应,ABS在高温下也容易发生降解,从而对PC/ABS造成“内伤”,耐冲击性、耐热性等产品性能会减小。

但提前放置螺母的注塑方式需要较长的注塑周期,材料在桶内停留时间可超过3分钟,也增加了材料降解的风险。

评估材料热稳定性和降解性的一个简单方法是将材料在注塑机中保持一定温度一段时间,然后将它们注入空气中看到烟雾。烟越多,降解越严重。


4、防锈油、螺纹紧固剂等化学品影响

为了防止铁螺丝生锈,螺丝厂家会在螺丝表面涂上防锈油。防锈油一般含有汽油、煤油、脂肪酸、碱土金属盐等酸碱性物质。

为了使螺柱和螺丝的结合更紧密,有些厂家会在螺柱和螺母的连接处滴加螺纹紧固剂,其中含有丙烯酸酯、马来酸、乙酰苯肼等物质。

上述化学物质可能会导致无卤阻燃PC/ABS的腐蚀和开裂。

在用螺纹紧固件涂覆前后对PC/ABS样条表面进行放大后,我们发现涂覆后,表面腐蚀严重,样条表面出现大量裂纹,裂纹会随着时间的推移而增长,造成最终开裂。


5、金属-塑料收缩系数差异

由于塑料和金属的热膨胀系数不同,热膨胀和冷缩过程中不同收缩量引起的应力开裂也是导致螺丝孔开裂的原因之一。

铁的线膨胀系数为11×10-6/℃,无卤阻燃剂PC/ABS的线膨胀系数为75×10-6/℃,后者是前者的7倍多。

自攻螺丝进入螺丝孔时,通常处于过盈状态,也就是说,塑料螺孔处于膨胀状态。当温度变冷时,金属螺丝的收缩量较小,而塑料螺丝孔的收缩量较大,螺丝孔可能因收缩应力而开裂。这也是螺丝孔在冬天更容易开裂的原因。


6、螺丝孔设计不合理

螺孔设计不合理主要体现在导孔设计、螺孔深度、螺孔内径和螺钉过盈量、螺孔厚度等方面。

当我们拧入螺丝时,螺丝经常倾斜进入的情况,导致容易螺孔破裂。为了防止螺丝在引入时由于方向偏差而开裂,必须设计导孔来引导螺丝锁定。

另外,自攻螺丝进入时,会将塑料碎片切掉,这些碎片的挤压可能会导致螺丝孔爆裂,因此螺孔的长度必须比螺丝的长度长,以容纳自攻螺钉切削的塑胶碎片。

而且为了防止背面收缩,螺丝柱的厚度一般设计得比较薄,这也是螺丝柱容易开裂的原因之一。


螺丝孔断裂的原因是多方面的,那么应该如何避免这种情况呢?

1、合理选材

选择韧性可靠的无卤阻燃PC/ABS,尤其是螺丝孔强度的配方设计。如专为螺丝孔开裂进行了特殊的配方设计的无卤阻燃剂PC/ABS AN9000,在PC选择、阻燃剂的选择、橡胶相态和分布、热稳定性等方面加强了设计,确保更高的产品良率。


2、防止降解

设计合理的工艺流程,减少材料在螺杆中的停留时间,禁止使用防锈油、螺纹紧固件等化学试剂腐蚀无卤阻燃PC/ABS,防止材料降解。


3、改进的结构设计

适当加厚螺柱厚度、适当加宽螺柱内径,防止拧紧时出现过盈,增加螺孔深度等。


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