摘 要：直飲水機(jī)的濾芯在關(guān)閉和開(kāi)啟房屋進(jìn)水閥的過(guò)程中濾芯底蓋發(fā)生爆裂。本文根據(jù)直飲水機(jī)濾芯底蓋的材質(zhì)和成分等特點(diǎn)，運(yùn)用多種儀器設(shè)備對(duì)直飲水機(jī)濾芯進(jìn)行綜合分析，最終闡明了直飲水機(jī)濾芯底蓋爆裂與底蓋改性ABS的無(wú)機(jī)填料具有因果關(guān)系。本文所用的分析方法有助于科技人員根據(jù)失效模式的表象分析出具體的失效原因。

關(guān)鍵詞：直飲水機(jī)；濾芯底蓋；改性ABS；成分分析；失效原因

Abstract：The filter of the water dispenser burst in the process of closing and opening the water inlet valve of the house. This paper， based on the materials and components of direct water dispenser filters bottom cover and etc， by using a variety of instruments and equipment for integrated analysis of the direct water dispenser filters bottom cover， finally illustrates a causal relationship between the burst of water dispenser filters bottom cover and modified ABS inorganic filler of the bottom cover.Theanalysis method used in this paper is helpful for the scientific and technical personnel to analyze the specific failure reason according to the failure mode.

Key words：Water dispenser；Filter bottom cover；Modified ABS；Component analysis；Failure reason

1 引言

直飲水機(jī)，顧名思義，就是對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾凈化，使凈化后的水可以達(dá)到直接飲用水標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器設(shè)備。它是屬于家用電器中的一種，通過(guò)多級(jí)層層凈化，使家庭生活中的自來(lái)水能夠達(dá)到直飲飲用的效果。直飲水機(jī)的使用，給人們帶來(lái)極大的生活便利。直飲水機(jī)的核心部件主要由凈水器濾芯組成，而濾芯的盛水及耐水壓沖擊能力主要看濾芯殼體的材質(zhì)，濾芯殼體一般主要由苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物（即ABS，以下簡(jiǎn)稱ABS）制成。ABS為淺黃色顆粒狀或珠球狀不透明樹(shù)脂，是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三種單體的三元共聚物，三種單體相對(duì)含量可任意變化，制成各種樹(shù)脂，它將聚丁烯，聚丙烯腈，聚苯乙烯的各種性能有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。ABS無(wú)毒、無(wú)味、吸水率低，具有良好的綜合物理機(jī)械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性等，且易于加工成型。因此ABS塑料是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的聚合物之一，在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)及化工中獲得了廣泛的應(yīng)用。伴隨而來(lái)的是ABS在使用過(guò)程中發(fā)生的失效事故也在日益增多，造成了人身、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等損失。研究ABS失效原因?qū)⒂兄谔岣呱a(chǎn)企業(yè)及使用單位的安全使用意識(shí)，防患于未然。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品照片

本文直飲水機(jī)濾芯主要作為過(guò)濾自來(lái)水使用，具體樣品照片詳見(jiàn)圖1（a），濾芯殼體主要材質(zhì)為ABS，濾芯底蓋有兩條明顯裂紋，具體照片詳見(jiàn)圖1（b）。

2.2 檢測(cè)過(guò)程

2.2.1 外觀檢查

根據(jù)樣品背景信息，首先依據(jù)GB/T 19863-2005《體視顯微鏡試驗(yàn)方法》對(duì)樣品進(jìn)行外觀檢查，在體式顯微鏡下發(fā)現(xiàn)樣品底蓋存在2條裂紋，分別標(biāo)注為裂紋A、裂紋B參見(jiàn)附圖1（a），且裂紋均已裂穿，裂紋附近底蓋表面未發(fā)現(xiàn)有明顯損傷，故初步排除濾芯是受到外力損傷導(dǎo)致裂穿。

見(jiàn)附圖2：

2.2.2 硬度檢測(cè)

硬度是各種工具和機(jī)械零件須具備的力學(xué)性能指標(biāo)之一，用于表征材料的軟硬程度，是指材料抵抗局部變形，特別是抵抗塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度測(cè)試是檢測(cè)材料性能的重要指標(biāo)之一。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品底蓋進(jìn)行邵氏硬度檢測(cè)，經(jīng)測(cè)樣品底蓋硬度為77HD，由于未提供凈水器使用材料技術(shù)要求，不作判斷。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2.3 紅外光譜分析

紅外光譜是一種分子吸收光譜，當(dāng)分子收到紅外光輻射，產(chǎn)生振動(dòng)能級(jí)（同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)）的躍遷，在振動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)伴有偶極矩改變者就吸收紅外光，形成紅外光譜。由于不同物質(zhì)的組成不同，對(duì)紅外光吸收也不同，即不同物質(zhì)有不同的紅外光譜，這是物質(zhì)的定性依據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)樣品底蓋取樣，進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)底蓋主要成分與苯乙烯- 丙烯腈-丁二烯共聚物（ABS）的紅外吸收峰的波數(shù)相似、峰形相似，與純ABS紅外光譜圖進(jìn)行比對(duì)，確定了底蓋主要成分為苯乙烯- 丙烯腈-丁二烯共聚物（ABS）（見(jiàn)附圖3）。

2.2.4 熱失重分析

熱失重分析是指在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)樣品底蓋和純ABS材料進(jìn)行熱失重對(duì)比試驗(yàn)（見(jiàn)附圖4），發(fā)現(xiàn)樣品底蓋在632.89℃高溫下仍有0.66%未分解，由于純高分子聚合物一般在500℃左右基本全部分解，因此在600℃以上仍未分解的物質(zhì)一般為聚合物材料中的填充料。由此可知，樣品底蓋使用的ABS材料為含有填充物的改性ABS材料。

2.2.5 斷口分析

斷口及斷口分析是指構(gòu)件斷裂時(shí)的自然面為斷口。斷口上記載著斷裂的全過(guò)程，是失效分析中最寶貴的原始見(jiàn)證，斷口保護(hù)十分重要。以失效原因的分析為目的而對(duì)斷口上的各種特征進(jìn)行分析即為斷口分析，是失效分析的重要內(nèi)容。本實(shí)驗(yàn)將樣品底蓋A、B兩處的裂紋打開(kāi)，依據(jù)GB/T17359-2012《微束分析能譜法定量分析》對(duì)斷口進(jìn)行分析，斷口較為齊平，裂紋A、B均起源于底蓋外壁邊緣類似位置，沿裂紋擴(kuò)展方向存在疲勞輝紋，且兩條裂紋沿外壁擴(kuò)展的長(zhǎng)度比內(nèi)壁擴(kuò)展的長(zhǎng)。由此可知條裂紋斷口由外壁疲勞裂紋擴(kuò)展而來(lái)（見(jiàn)附圖5.1～5.6）。

各種元素具有自己的X射線特征波長(zhǎng)，特征波長(zhǎng)的大小則取決于能級(jí)躍遷過(guò)程中釋放出的特征能量△E。能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行成分分析的。本實(shí)驗(yàn)依據(jù)GB/T17359-2012《微束分析 能譜法定量分析》對(duì)斷口表面進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)疲勞源區(qū)域Ca、O元素含量分別為2.05%、25.98%，基材Ca、O元素含量分別為0.40%、15.63%（見(jiàn)附圖6.1～6.2）。為了進(jìn)一步探討Ca、O元素含量的分布情況，我們對(duì)疲勞源區(qū)域進(jìn)行能譜線掃描。所謂線掃描即將能譜儀固定在所要測(cè)量的某一元素特征X射線能量信號(hào)的位置上，使電子束沿著指定路徑做直線軌跡掃描，便可得到這一元素沿該直線的濃度分布曲線。改變能譜儀的位置，便可得到另一元素的濃度分布曲線。經(jīng)能譜線掃描檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Ca、O元素在掃描區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)明顯的分布不均勻現(xiàn)象（見(jiàn)附圖6.3）。由以上能譜檢測(cè)分析可知在疲勞源區(qū)域中Ca、O元素的含量明顯高于基材中Ca、O元素的含量，且疲勞源區(qū)域存在鈣（Ca）元素含量分布不均勻的現(xiàn)象。ABS的應(yīng)用十分廣泛，而通常許多生產(chǎn)廠家為了達(dá)到某些特殊的性能以符合實(shí)際使用的要求，會(huì)在ABS材料中添加一些無(wú)機(jī)填料，而鈣（Ca）元素就是改性ABS材料的無(wú)機(jī)填料中一種常見(jiàn)的特征元素。因此也驗(yàn)證了我們前面熱失重分析所得到的相關(guān)結(jié)果，即濾芯殼體底蓋材料是一種含有無(wú)機(jī)填充料的改性ABS材料。

3 結(jié)果分析

由前述中外觀檢查可知裂紋附近底蓋表面未發(fā)現(xiàn)有明顯損傷，排除濾芯底蓋是受外部壓力導(dǎo)致的損傷。由紅外光譜分析可知直飲水機(jī)凈水器濾芯底蓋使用的材料主要為ABS ，同時(shí)與純ABS進(jìn)行熱失重分析比對(duì)實(shí)驗(yàn)，可知底蓋使用材料為含有填充物的改性ABS材料，由斷口能譜分析結(jié)果中驗(yàn)證了底蓋材料為含有無(wú)機(jī)填充物的改性ABS材料，由能譜線掃描成分分析可知，濾芯底蓋斷口疲勞源區(qū)域存在無(wú)機(jī)填料鈣（Ca）元素含量分布不均的現(xiàn)象。

由以上檢測(cè)分析可以判斷直飲水機(jī)凈水器濾芯底蓋使用材料為含有無(wú)機(jī)填料的改性ABS，且底蓋疲勞起源位置無(wú)機(jī)填料存在混料不均勻現(xiàn)象，造成該處抗疲勞性能降低。導(dǎo)致直飲水機(jī)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，凈水器濾芯底蓋處產(chǎn)生疲勞裂紋，當(dāng)發(fā)生關(guān)閉、開(kāi)啟入戶水閥等動(dòng)作時(shí)，會(huì)造成水閥至直飲水機(jī)濾芯一段管路形成水錘沖擊，導(dǎo)致直飲水機(jī)凈水器的濾芯底蓋發(fā)生爆裂。綜上所述，直飲水機(jī)凈水器濾芯底蓋發(fā)生爆裂與底蓋的材質(zhì)改性ABS混料不均有因果關(guān)系。

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作者簡(jiǎn)介：

王孝波（1989- ），男，學(xué)士，初級(jí)工程師，從事工作為化工產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。