掃地機器人已經慢慢走入了很多家庭，用科技打造舒適便利的生活環境。但你的掃地機器人是否出現過突然“罷工”的情況？

小編今天帶你了解影響掃地機器人突然“罷工”的原因之一——齒輪箱斷裂。

掃地機器人用齒輪箱斷裂原因分析

背景介紹

此案例失效樣品為掃地機器人，客戶端檢查機器時發現機器內部的中掃齒輪箱塑膠有開裂現象，委托方立即調查庫存產品，發現部分批次出現塑膠開裂。委托方提供斷裂批次、OK批次以及原包裝塑料粒子進行對比分析，查找中掃齒輪箱塑料斷裂的原因。

1 理化分析與結果

1.1 光學觀察

采用體視顯微鏡對NG樣件斷裂位置進行光學觀察，斷面無明顯塑性變形，屬脆性斷裂；斷面表面發亮有油脂（因為是齒輪，會涂抹潤滑脂，減少摩擦），有鑲嵌在內部的線條、薄膜雜質，如圖1所示。

圖1 NG斷面體視顯微鏡圖片

1.2 形貌觀察

采用掃描電子顯微鏡對NG斷面進行觀察，無明顯塑性變形，屬脆性斷裂；起裂源在頂端邊角位置，邊角易產生應力集中如圖2所示。

圖2 NG斷面SEM圖片

1.3 油脂分析

利用裂解-氣相質譜聯用儀對NG斷面的油脂進行300℃和600℃裂解，進行有機成分進行成分分析，得知油脂的成分為烷烴、棕櫚酸、脂肪酸甘油酯、三聚氰胺、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，潤滑脂中的烷烴、棕櫚酸、脂肪酸甘油酯小分子會滲入到促使PC，改變分子間作用力，破壞PC內部凝聚態如圖3所示。

圖3 NG表面油脂的Py-GCMS譜圖

1.4 TGA分析

在TGA譜圖上，樣品NG批次、OK批次及塑料粒子均有一個失重峰，為PC主體分解的導致，但三者的起始分解溫度不同，樣品NG批次起始分解溫度最低為437.7℃，塑料粒子起始分解溫度最高為504.7℃，兩者相差為67℃；OK批次起始分解溫度為489.1℃，與塑料粒子的起始分解溫度相差15.6℃；NG批次比OK批次低51.4℃，NG批次樣品熱分解溫度下降顯著。

1.5 GPC分析

相對分子量是高分子材料最重要的參數之一，特別是重均分子量（Mw），它代表大分子在里面的貢獻，每一次加熱成型會使大分子降解成小分子，加熱成型次數越多，重均分子量就會越小，即回收料越多，重均分子量就會越小，從GPC結果可以看出，NG批次重均分子量是33074，而OK批次重均分子量為46601，NG批次重均分子量相對于OK批次，下降了30%，下降幅度很大。

表1 NG批次與OK批次 GPC結果

1.6 MFR分析

利用熔體流動速率儀對樣品NG、OK批次及塑料粒子的熔融指數進行分析，相對分子量越大，流動速率越小，熔融指數越小。NG批次熔融指數結果為45.662g/10min，OK批次熔融指數為10.566g/10min，塑料粒子的熔融指數為9.566g/10min，NG批次發生較大程度的降解，使得樣品流動速率較快。詳細結果如表2所示：

表2 NG批次、OK批次和塑料粒子的熔融指數結果

2 結論

通常材料中加入回收料，如果回收料處理不干凈，會引入其它雜質；除此之外，由于經過多次注塑，注塑溫度比較高，每一次注塑過程，會引起材料的一次降解，大分子變成小分子，熱分解溫度降低、相對分子量下降，尤其是重均分子量下降較為嚴重；小分子數量增多的同時，流動速率較快，熔融指數變大。

因此掃齒輪箱塑膠支架斷裂的原因是加入了雜質較多的回收料，引起一系列指標下降，在持續受力過程中，在變角應力集中的地方發生脆性斷裂，尤其在含有烷烴等小分子環境下，滲入到材料內部，引起材料凝聚態結構發生變化，發生脆斷。

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