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扁形电缆在高温环境下的老化机造是什么？

所属分类：电缆新闻颁布功夫：2025-07-27 08:13:12

扁形电缆在高温环境下的老化是一个复杂的物理化学过程，涉及资料分子结构的变动、相态转变以及界面机能的退化。其老化机造重要萦绕热氧化降解、热机械应力、相分离与迁徙、水解与热裂解等主题作用发展，以下从资料类型、老化机造、影响成分及测试步骤四个维度进行系统分析：

一、资料类型与高温敏感性

扁形电缆通常由导体（铜/铝）、绝缘层（如XLPE、EPR）、护套（如PVC、TPU、TPE）及屏蔽层（如金属编织）组成。分歧资料对高温的响应差距显著：

资料类型	典型耐温等级	高温老化机造
XLPE（交联聚乙烯）	90℃~125℃	热氧化降解、主链断裂、交联结构粉碎
EPR（乙丙橡胶）	90℃~105℃	侧链氧化、主链裂解、增塑剂迁徙
PVC（聚氯乙烯）	70℃~85℃	增塑剂挥发、HCl开释、主链脱氯化氢降解
TPU（热塑性聚氨酯）	80℃~110℃	硬段与软段相分离、氢键断裂、热氧化变色
TPE（热塑性弹性体）	60℃~90℃	填料迁徙、分子链滑移、界面脱粘

二、主题老化机造

1. 热氧化降解（Thermal-Oxidative Degradation）

触发前提：高温（通常＞资料玻璃化转变温度Tg）与氧气共同作用。
过程描述：

自由基引发：资料分子链中的弱键（如C-H、C-C）在热能作用下断裂，天生自由基（R·）。
链式反映：自由基与氧气反映天生过氧自由基（ROO·），进一步篡夺邻近分子链的氢原子，形成氢过氧化物（ROOH）。
分支反映：ROOH分化天生新的自由基（RO·、OH·），加快链断裂和交联结构粉碎。

典型阐发：

绝缘层表表出现裂纹、变色（如XLPE变黄）。
机械机能降落（拉伸强度降低、断裂伸长率锐减）。
电气机能退化（绝缘电阻降落、介电损耗增长）。

2. 热机械应力（Thermo-Mechanical Stress）

触发前提：高温导致资料软化，同时接受机械载荷（如弯曲、振动）。
过程描述：

蠕变与应力松弛：资料在恒定应力下产生不成逆变形，导致导体与绝缘层界面脱粘。
委顿危险：反复热胀冷缩引发微裂纹扩大，尤其在导体压接处或弯曲半径较幼的区域。
相态转变：非晶区与结晶区比例变动，导致资料硬度、弹性模量颠簸。

典型阐发：

护套表表起泡、分层（如PVC增塑剂挥发后形成空穴）。
导体松动导致接触电阻增长，部门过热加剧老化。

3. 相分离与迁徙（Phase Separation & Migration）

触发前提：高温加快分子活动，粉碎资料内部相平衡。
过程描述：

增塑剂迁徙：PVC护套中的邻苯二甲酸酯类增塑剂向表表迁徙，导致资料变硬、脆化。
填料荟萃：TPE中的碳酸钙、二氧化硅等填料在高温下团圆，形成应力集中点。
水解产品迁徙：聚酯类资料（如PET）在湿热环境下水解天生羧酸，侵蚀金属导体。

典型阐发：

护套表表发粘（增塑剂析出）或粉化（填料脱落）。
绝缘层与导体间出现间隙，引发部门放电。

4. 水解与热裂解（Hydrolysis & Thermal Pyrolysis）

触发前提：高温（＞150℃）或湿热协同作用。
过程描述：

水解反映：酯类、酰胺类资料（如TPU）与水反映天生羧酸和醇，导致分子链断裂。
热裂解：资料主链在高温下直接分化为幼分子气体（如CO?、CH?）和焦炭。
协同效应：水解产品（如羧酸）可能催化进一步热裂解，形成恶性循环。

典型阐发：

护套体积收缩、开裂（如硅橡胶在＞200℃时裂解）。
绝缘层击穿电压显著降低（水解导致极性基团增长）。

三、关键影响成分

温杜纂功夫：

遵循Arrhenius方程：老化快率随温度升高呈指数增长（如温度每升高10℃，寿命减半）。
持久高温露出（如数年）可能导致资料齐全失效，而短期高温冲击（如数幼时）可能仅引颁发表危险。

氧气浓度：

富氧环境（如户表电缆）加快热氧化降解，惰性气体（如氮气）可显著延缓老化。

机械应力：

动态应力（如振动）比静态应力更易引发委顿危险。

资料配方：

抗氧化剂（如碰壁酚）、光不变剂（如UV吸收剂）可抑造热氧化降解。
纳米填料（如蒙脱土）可提高资料热不变性，但需解决分散性问题。

四、老化测试与评估步骤

热老化试验：

尺度：IEC 60216、UL 746B。
步骤：将电缆样品置于高温烘箱（如100℃、135℃、155℃），定期取出测试机能。
评估指标：拉伸强度、断裂伸长率、绝缘电阻、介电损耗角正切（tanδ）。

热沉分析（TGA）：

道理：丈量资料质量随温度的变动，确定热裂解温度（Td）和残留物比例。
利用：评估资料热不变性，优化配方（如增长阻燃剂）。

红表光谱（FTIR）：

道理：检测资料表表官能团变动（如羰基指数增长批注氧化降解）。
利用：定量分析热氧化水平，追忆老化机造。

扫描电镜（SEM）：

道理：观察资料微观结构（如裂纹、空穴、相分离）。
利用：验证宏观机能退化与微观危险的关联性。

五、工程利用建议

资料选型：

高温场景优先选用XLPE（耐温125℃）或硅橡胶（耐温180℃），预防使用PVC（耐温＜85℃）。

结构设计：

增长护套厚度（如从1.5mm增至2.0mm）以延缓热渗入。
选取双层护套（如内层TPU+表层玻璃纤维编织）提高热机械机能。

工艺优化：

导体表表镀锡或镍以削减氧化，降低接触电阻。
绝缘层选取辐照交联工艺提高热不变性（如XLPE交联度＞75%）。

守护战术：

定期红表测温监测电缆热点（如接头处），预防部门过热。
在高温环境（如锅炉房、炼钢厂）中装置透风装置或冷却系统。

通过理解高温老化机造并针对性优化资料、结构与工艺，可显著提升扁形电缆在高温环境下的靠得住性与寿命，满足工业、能源、交通等领域对极端前提电缆的需要。

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