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关于车用线束绝缘层开裂的失效分析探讨
赵欣
上海机动车检测认证技术研究中心有限公司 上海市 201805
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
1　背景
车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#。
（A）失效件正面图
;（B）失效部位特写
图1
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
Discussion on Failure Analysis of Insulation Layer Cracking of Automotive Wire Harness
Zhao Xin
Abstract ：
T he insulating layer of automotive wiring harness has been in a high-temperature working environm
ent 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 infl uencing 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
图2　1#失效样品形貌
（A）主断口的表观形貌图（放大10倍）;（B）扩展裂纹的表观形貌图（放大3倍）（C）扩展裂纹的表观形貌图（放大3倍）
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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
图3　1#失效样品微观结构
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）：
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#、
养车用车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：
（A-C）开裂面1;（D-F）开裂面2。（A）开裂面1的SEM 图（放大100倍）；（B）开裂面1的SEM 图（放大400倍）;（C）开裂面1的SEM 图（放大1000倍）;（D）开裂面2的SEM 图（放大100倍）;
（E）开裂面2上区域2-1的SEM 图（放大400倍）;（F）开裂面2上区域2-2的SEM 图（放大1000倍）
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。
表1
布加迪奇瑞图4　四种样品的FTIR 谱图对比
%R e f l e c  t a n c e
1004#-黑
2#-黑
3#-黑1#-黑
95
908580757065
605550454035302520154000
3500
3000
2500
Wavenumbers(cm-1)
2000
1500
1000
图5　四种样品的DSC 曲线对比（第二次升温）
第二次升温曲线
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
100150200
Temperature(℃)
250
300350
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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。
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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.
表
4
表
5
每循环320min，共30个循环
表3
备注：拉伸速度5mm/min，试样内铜丝断于夹头处
备注：拉伸速度5mm/min，试样内铜丝断于夹头处
但F 和G 结果差异不大，所以很大可能减重导致TVOC 减少的主要来源于 PP-TD20 这个材料。
5.按照测试结果推断，风道TVOC 结果中PP-TD20占比约为30%，HDPE 约为70%。
4　结语
风管总成作为汽车内非金属零部件的一个重要组成部分，而且使用空调的过程中空气都要经过风管，风管总成的TVOC 偏高将会直接影响乘员的健康。重量对风管的TVOC 影响很小，影响风管TVOC 的主要还是风管的材料。改善风管总成的TVOC 性能，应从风管的材料本身入手，而不是考虑不同车型间的风管总成的重量差异。不管是HDPE 还是PP-T20，从基材的聚合制备、混料改性、挤出造粒、干
燥后处理、注塑成型到最终使用，每个过程都会有部分TVOC 释放
[4]
。因此，从以
上几个方面入手，每个环节都增加TVOC 的控制措施，最终风管总成的TVOC 将得到较好的改善。
参考文献：
outlander三菱[1]尤可为，葛蕴珊．轿车内微环境空气污染状况的实验研究，北京理工大学学报，2008，（4）．
[2]刘垚均，张营，达伟伟．车内空气质量开发与管控方式的研究[J]，汽车实用技术，2020，（02）.
[3]张大强，莫国庆．乘用车车内空气质量控
制浅谈[J]，时代汽车，2020（14）.[4]徐伟，李艳华．低VOC 低密度的PP 材料应用于薄壁内饰件的可行性研究，汽车实
用技术，2018，（18）.
作者简介
莫国庆： （1977.10—），男，汉族，广西桂林人，
本科，工程师，任职于上汽通用五菱汽车股份有限公司。研究方向：车内空气质量。
（上接第148页）