关于车用线束绝缘层开裂的失效分析探讨

赵欣

摘 要：车用线束绝缘层长期处于高温工作环境中，表面的绝缘层会出现强度下降及开裂等问题。经过对车用线束绝缘层开裂位置的微观形貌观测、材料成分分析以及环境性能测试，梳理出车用线束绝缘层开裂失效的主要影响因素，从而为改善车用线束开裂失效问题提供解决思路。

关键词：车用线束绝缘层 高温老化 开裂失效

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

車用线束就像汽车的神经网络，散布在车身的每个地方，起着电力传递和信号传输的作用，线束的好坏直接影响到车的品质和性能[1]。在变速箱等部位，线束长期处于高温老化环境中，其绝缘层会出现强度下降及老化开裂的失效问题[2]。

2 分析目的

基于对失效线束的背景信息探究及形貌观察，采用合适的分析手段及验证方案，推测失效线束绝缘层产生开裂的可能原因。

3 分析对象与方法

3.1 分析对象

分析样品为汽车变速箱内传感器线束，整车运行一段时间后因故障被退回工厂，拆解变速箱后发现该线束出现开裂现象，见图一。根据背景信息，该线束使用时会被浸入变速箱油中。同时选取了失效件与库存品实样，希望了解相关失效件发生开裂的原因。共包括四种样品，其中失效样品一件，从车辆上拆下来的使用过的未开裂样品一件，分别标记为样品1#和样品2#。另外还取用了库存件两批样品，分别标记为样品3#和样品4#。

3.2 断面分析

3.2.1 宏观观察

由于样品失效模式为开裂，首先使用体式显微镜对失效样品1#发生开裂的部位、裂纹特征等方面进行宏观观察（图2）。

由以上结果可以看出，样品上多处可见与线束轴向垂直的主裂纹，而且存在大量二次裂纹。二次裂纹由主断口起，延轴向逐渐发展延伸。

3.2.2 断口形貌分析

为了更深入地观察断面形貌，在图一中白色线束上任取两个断面开裂面1，开裂面2进行扫描电子显微镜观察。

测试方法：扫描电子显微镜（SEM）;

测试结果（图3）：

从失效件开裂面的SEM结果来看，断面平整光滑，可见明显的河流状纹路，体现出了典型的脆性断裂特征（图3A-C）。在图3D，E，F上可以观察到一个起泡、发皱的区域。根据背景信息，此线束实际使用时会被浸入到变速箱油，由此推测此线束在一定程度上受到油的影响，产生了起泡、发皱的现象。

3.3 材质分析

3.3.1 主成分定性分析

为了确认失效样品是否因材质改变而导致开裂，需进一步对四种样品的材质进行分析和对比。

利用傅立叶变换红外光谱仪进行分析（图4），测试方法参照ASTM E1252-98（2013）ε1。相关谱图及分析结果如下。

测试结果（表1）：

由以上分析可知，样品1#、2#、3#的材质相同，均为FEP;样品4#的主成分为PFA，与其他三种样品的材质存在差异（图4）。

3.3.2 熔融温度、熔融焓

测试方法：ISO 11357-3：2011，分析仪器为DSC。

测试结果（表2）：

以上结果可以看出，从熔融温度来讲，样品1#、3#、2#，4#依次升高;而从熔融焓来讲1#、3#、2#，4#依次升高（图5）;样品4#的熔融温度、熔融焓要明显高于其他三种样品，单与库存件3#相比，熔融峰温度高出近20%，以第二次升温曲线为基准比较（图5）。

综合以上材质分析结果来看，失效样品1#和样品2#、3#均采用FEP为主成分，而样品4#的主成分为PFA，并且与其他三种样品存在热性能上的明显差异。相较于4#来说，样品1#，2#，3#的材质较为不耐高温而容易导致开裂。

3.4 环境老化及物理性能分析

为了进一步验证变速箱油在高低温环境下对样品产生的影响，另取库存件样品3#、4#放入变速箱油中，并置于环境箱中以模拟实际使用情况。经一定时间的老化处理后，取出样品进行拉伸测试。

环境老化条件如下（表3）：

测试结果如下（表4）：

根据以上测试结果，可得出如下结论：样品3#泡油后的拉伸强度、断裂伸长率都比未泡油时有明显下降，而样品4#泡油前后变化不大。断裂伸长率变低通常表明材料的韧性降低。说明相较于4#样品来说，3#材质的样品更容易在油品环境中降低强度及韧性。

4 结论

根据以上断面形貌分析及性能测试结果，可以得出以下结论：

1）断面上可见明显的脆性断裂特征，此外还存在起泡、发皱的微观形貌，结合样品的使用环境，有可能是由于变速箱油浸泡所致;

2）失效样品1#和样品2#、3#均采用FEP为主成分，而样品4#的主成分为PFA，并且与其他三种样品存在热性能上的明显差异。主成分上的差异使得样品1#，2#，3#相较于4#来说更不耐高温而容易导致开裂。

3）与样品4#相比，泡油后样品3#的强度下降程度更为明显，而样品3#与样品1#、2#的材质基本相同，据此推测在湿热老化环境中，由于环境油品的作用，样品1#、2#、3#相比样品4#来说更容易发生老化，造成强度的降低并最终引发开裂。

参考文献：

[1]王婷萍，李春芳. 汽车线束布置的设计及可靠性浅析[J].商用汽车，2019，（7）：87-88.

[2]张伟 陈鹏 王文岳 钱思宇 汽车线束的加速试验设计与疲劳寿命评估[J].汽车专栏，2020（4）：7-10.