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电缆测试，电缆及材料的抗开裂性能

现在人们对电缆的要求越来越高，特别是确保阻燃的一起，不丢失其他机械功能，一起又要确保其抗开裂功能。

一、 电缆的开裂

电缆遭到光照、温差、湿润，乃至动物蛀咬，都或许构成开裂。当电缆在高温、辐射等恶劣环境下运用，就更简单开裂。

郑琪介绍某变电站敷设的35KV大外径电缆，两次发现外护套有开裂现象[1]。王柏东、程仁良、戴忠华等介绍岭澳核电站例行查看中发现主控室照明电缆（核级K3类）运转不到3年，伸入灯管段的电缆芯线绝缘产生变色脆化开裂[2]。邹东、肖明辉在某地铁运转约一年时发现高架桥上的33kV电缆护套有破损，一年后发现更多破损[3]。试想如电缆的开裂不能及时发现，构成短路、焚烧等事端，必将对生命和产业安全构成很大要挟。

二、 电缆开裂判别的规范和办法

已然电缆开裂危险很大，其抗开裂功能的验证就遭到人们的注重。国标GB/T2951-2008《电缆和光缆绝缘和护套资料通用实验办法》中介绍了判别电缆开裂的办法。如14部分低温实验介绍了两种办法，1、低温下用电缆绕棒，并调查电缆外表开裂的状况，即冷弯；2、把电缆彻底冷却后，用重锤冲击电缆，调查外表开裂状况，即冷冲击。第21部分弹性体混合料专用实验办法—耐臭氧实验中，也是用电缆绕棒，于臭氧中放置一段时刻，调查电缆外表开裂状况。而第31部分：聚氯乙烯混合料专用实验办法—高温压力实验－抗开裂实验中，运用电缆绕棒，在标定温度时刻或150℃、1小时，调查电缆外表开裂的状况。其他规范如GB/T19666《阻燃和耐火电线电缆公例》 中聚烯烃电缆抗开裂测验也选用相同电缆绕棒办法，仅仅温度130℃，时刻3小时；GB/T 18015数字通讯用对绞或星绞多芯对称电缆、GB/T 17556船用电力和通讯电缆护套资料等抗开裂测验即引证GB/T2951。国外电缆的抗开裂测验也和此办法相似，GB/T2951即参阅IEC60811规范。

电缆装置、运用中，需曲折、卷绕等，因而检测电缆卷绕后各种条件下抗开裂功能有必定的合理性。但当电缆外表有伤痕，如电缆拖曳时外表擦伤，会使电缆更易开裂。现在还无对电缆有伤痕状况下做抗开裂的规范测验办法。

有些厂家采纳直观法检测电缆抗开裂，把成圈的电缆在恰当条件下放置，如烘箱中、室外暴晒等，一段时刻后调查外表是否有开裂。

三、 电缆的开裂的原因剖析[4-14]

电缆产生开裂的被覆资料，多为高分子原料，其特性影响电缆抗开裂功能。

聚氯乙烯极性大，无增塑剂难加工，该类电缆开裂首要和增塑剂有关。常用增塑剂低温功能较差，气温太低会失掉增塑效果。北方高寒区域冬季达零下30℃或更低，此刻增塑效果就会大打折扣。聚氯乙烯电缆中增塑剂或许搬迁，高温下搬迁速度更快，当增塑剂丢失较大，资料功能会大起伏下降。而跟着PVC低烟阻燃的要求，需参加很多的填料和阻燃剂，也使聚氯乙烯机械功能下降。当聚氯乙烯功能下降，在内应力或外力的效果下，电缆就很简单开裂。

低烟无卤电缆资料多以聚烯烃为基体树脂，并参加很多填料型阻燃剂。该类阻燃剂如氢氧化物、磷氮类等，尽管环保、低烟，但功率低、参加量很大。常用的氢氧化铝、氢氧化镁，参加量50%以上，使资料机械功能下降。阻燃剂外表含有羟基或其他极性基团，和基体树脂相容性差。而填料添加后损坏高分子链间的连续性，削减分子链间的环绕，使资料强度和耐性都下降。树脂和填料的膨胀系数也不一样，热胀冷缩不均匀而产生结构缺点。内应力和外力效果下，填料和基体树脂还会产生相别离。因上述原因，低烟无卤电缆更易开裂。

电缆中应力普遍存在，图一为电缆为加工时产生的应力。左图当电缆挤出时，遭到牵引，特别是高速牵引，分子链拉伸取向，纵向抗拉强度大于横向抗拉强度，此刻沿电缆纵向易开裂；电缆在圆周方向也存在曲折应力；右图为电缆曲折成盘后受力状况，内外侧别离产生压、拉应力，外径越粗拉应力越大；内部绝缘曲折后有侧压力，电缆曲折后绝缘线芯沿纵向位移所产生的力也是不均匀的，部分或许呈现会集，对护套构成向外挤的应力，使外护套挤破。加工时电缆要用水冷却，此刻产生内应力乃至微孔。上述种种原因，都有或许使电缆开裂开裂。

电缆敷设中因走向的需求、空间的约束，要曲折和捆扎，存在曲折应力和外力效果。电缆在夏日盛暑露出于阳光下，向阳面温度很高，温差构成热胀冷缩所产生的应力与拉应力归纳效果，会加快护套开裂。

电缆长时刻和液体触摸也会构成应力开裂，该测验按照GB/T2951-2008第41部分进行检测。环境应力开裂首要是资料和溶剂触摸，溶剂沿着细微裂纹进入资料内部，构成外表能下降，并进一步引起开裂。

铠装电缆曲折时内部钢带会产生更大的侧应力，或存在飞边、缺口、划伤或切入护套使护套受伤，且钢带会与护套粘连等，都会产生部分应力会集，因而铠装电缆的外护套更简单产生开裂。

上述开裂多受应力影响，无化学反响。而室外电缆或恶劣环境下运用的电缆会产生化学键开裂：1、光线中紫外光能量高，日光激烈区域，室外电缆因光氧老化构成高分子链的裂解；2、高分子资料高温状况下会产生降解，特别是氧气存在更易产生热氧老化，使高分子链裂解；3、环境中含高能辐射粒子，进犯高分子链构成裂解。这些高分子链裂解，必定使资料功能下降，构成电缆开裂。

一、 从资料视点判别电缆的开裂功能

做成电缆后再检测其抗开裂功能，消耗周期长，因而从资料自身预先调查电缆抗开裂功能，利于电缆料的开发与出产。电缆的开裂从资料来说有以下原因：1、分子链开裂，此和资料自身特性有关，包含强度、耐性、是否含有简单受自由基进犯的基团，如双键、叔基等。2、应力下相别离而开裂，含同相和异相别离：同相别离是分子链取向，在笔直取向方向，受力会产生撕裂；异相别离是因电缆料中含有多种树脂资料以及无机填料，因相容性差，在力效果下产生。3、资料变性，电缆料是多种资料的混合物，在电缆的加工、运用过程中，如某种成分改动性状或丢失，将会使电缆料功能下降，构成开裂。

和电缆抗开裂功能有关的资料功能，首要有以下几项：

1、 低温冲击

低温脆化冲击是评价电缆料低温功能的重要目标。如GB8815-2008中聚氯乙烯绝缘低温脆化冲击要求是经过-15℃到-20℃，护套经过-20℃到-25℃。JB/T10707-2007中对热塑性低烟无卤聚烯烃电缆料低温脆化冲击要求是绝缘-25℃，护套-40℃。聚氯乙烯电缆料因含增塑剂，低温功能略差。聚烯烃电缆料的低温功能较好，纯的聚烯烃资料低温脆化冲击温度都要在-70℃以下，低烟无卤聚烯烃电缆料根本上都可以经过-40℃低温脆化冲击。刘荣德、王晶等人[15]研讨了PVC原料的轿车电缆的冷弯和PVC资料低温冲击之间联系，发现护套资料的低温冲击脆化温度在-21℃时，电线可以经过-40℃冷弯实验。可见资料的低温脆化冲击和电缆低温抗开裂功能有必定联系。

2、 老化

热老化是把资料放入热老化箱中，调查必定温度、时刻内，机械功能的改动。热老化后资料功能一般都会下降，热老化是电缆料的重要目标，也是判别电缆耐温等级的依据。如电缆的耐温等级70℃、90℃、105℃、125℃等便是依据热老化的条件而区别。老化功能较差或不契合耐温等级，做成的电缆就会开裂。

电缆资料依据其运用场合及特性要求，还会调查其耐油老化，耐泥浆老化，耐紫外老化，耐盐雾老化等不同老化目标。

3、 热冲击

热冲击是调查电缆开裂的办法之一，研讨工作者在此基础上树立查验办法，调查资料的抗开裂功能，以及和电缆抗开裂的联系。如项健以为GB/T2951热冲击办法针对聚氯乙烯资料，并不能彻底反响低烟无卤阻燃护套的抗开裂功能，他在卷绕时加上7Kg负载，如图二所示，130℃加热3小时，调查外表是否有开裂。经过该实验的资料，制成的电缆抗开裂功能不错[16]。笔者调查资料在不同温度、不同负载、不一起间下的抗开裂功能，发现前20分钟如没开裂，今后就不会开裂。这或许是高温条件下，高分子链段重排，对应力进行了消解。

现在该办法及在此基础上改善的办法[17-19]，已成为一些电缆或资料出产厂家评价电缆料抗开裂功能的办法。为了模仿验证电缆外表产生伤痕后的开裂功能，笔者还测验在样条外表人为制作伤痕来测验，一种为压痕，一种为划痕，各为深0.1毫米。测验后发现：压痕对开裂功能影响不大；而划痕对开裂功能影响很大，绝大多数都在划痕处断开，少数几个比较柔软的资料没有断掉，但裂缝增大。这是由于划痕处是个应力会集点，在此处更易产生撕裂。

4、耐环境应力开裂

GB/T2951-2008第41部分聚乙烯和聚丙烯混合料专用实验办法-耐环境应力开裂实验的办法，是评价外表有刻痕的办法。该办法是制备一个长方形的样条，在样条上长度方向刻出划痕，然后曲折180℃置于铜槽中，放在Igepal co-630（一种外表活性剂）溶液中（如图三），在必定温度和时刻内，调查其刻痕的开展方向，并判别耐环境应力开裂功能。

5、高温折弯

为了评价电缆有伤痕后的抗开裂功能，咱们对GB/T2951-2008第41部分聚乙烯和聚丙烯混合料专用实验办法-耐环境应力开裂实验办法进行改善，使其愈加契合电缆料。如图所示原实验办法刻痕是沿着折弯方向，刻痕自身不受力。咱们在该办法的基础上，使刻痕笔直于折弯方向。折弯后，刻痕创伤更简单遭到应力损害。一起咱们可以模仿电缆实际运用的环境，进行受热、低温或其他条件的测验，调查外表开裂状况。

试样尺度参阅GB/T2951-2008第41部分规则，改善如图四，厚度可以运用1mm、2mm、3mm，在试样上划痕深度0.1mm，曲折好的试样固定在规范要求的黄铜槽中，放入模仿环境中测验其抗开裂功能，首要调查受热下是否会进一步延伸、扩展，以模仿电缆外表受伤后是否进一步构成开裂。

一、 怎么从配方视点抗开裂

关于聚氯乙烯电缆料，防止开裂就要挑选合适的增塑剂。如参加低温功能好的DOS，进步电缆在低温下抗开裂功能。参加不易蒸发的聚酯类增塑剂等，可以防止聚氯乙烯电缆在高温环境中因增塑剂搬迁蒸发而构成开裂。别的聚氯乙烯电缆料应防止参加过多填料，构成功能大起伏下降而开裂。

交联可在资料内构成三维网状结构，增强电缆的抗开裂功能。开始的交联即橡胶硫化，现在的以橡胶为包覆资料的电缆依然运用。现常用的交联办法有化学交联、硅烷交联、辐照交联等，交联后的电缆其机械功能有一个较大起伏的进步，应力可以涣散到网络状的结构中，抗应力开裂功能增强，且耐油功能也有适当的进步。但交联后的电缆料在反抗光、热、辐照等方面[20]仍有短缺。

为防止电缆料因遭到光和热产生氧化反响使高分子链开裂，需参加适量的抗氧剂或稳定剂。为防止阳光中紫外线对分子链的损坏，可参加UV吸收剂或炭黑作为紫外光淬灭剂。

低烟无卤阻燃电缆料因高分子的基体树脂和无机填料的两相系统，相容性较差，如产生两相别离就会开裂。为此需求对两相资料进行处理：氢氧化铝、氢氧化镁等无机填料用偶联剂等对外表进行处理，下降极性，进步和基体树脂的相容性；运用接枝、共聚的办法在高分子链上引进马来酸酐、丙烯酸及酯等极性基团，可以添加基体树脂和无机填料的相容性。

低烟无卤阻燃电缆料开展至今已较为老练，首要由总量30-35%左右基体树脂如EVA（或EEA等）、PE、POE等中数种，50-60%左右无机填料如氢氧化铝、氢氧化镁、含磷化合物、其他协效阻燃剂一种或数种组合，适量相容剂如聚烯烃马来酸酐接枝料等，少数加工助剂如抗氧剂、润滑剂等和色粉等，为了某些特别的功能还会参加一些特性资料[17,21-22]。惯例的机械功能、一般的防开裂功能很好满意，但跟着低烟无卤阻燃电缆在大线径电力电缆、铠装电缆上的使用，其抗开裂要求越来越高。

在现在配方根本老练的条件下，科研工作者可以有理论指导下进行配方规划，开发抗开裂低烟无卤阻燃电缆料。如EVA，高VA含量柔耐性好，有利于抗开裂，但强度低。PE有HDPE、MDPE、LDPE、LLDPE、mLLDPE、VLDPE等，其有各自的功能特色；POE有八碳、四碳之分，功能也有差异。相同基体树脂，不同厂家不同商标的功能是有差异的。这些要依据不同产品的要求进行挑选。

针对电缆料抗应力开裂功能，笔者提出了强度补偿、柔性补偿的观点。强度补偿便是进步资料的强度，以对立内应力和外力。如刘倩如用HDPE作为主体骨架资料之一，进步低烟无卤资料在热态时的强度，进步其抗开裂功能，便是运用强度补偿的机理，她用该办法制得的资料可以经过加上7Kg负载，温度为130℃，1小时的热冲击抗开裂实验[18]。笔者也做过屡次实验，在配方整体结构不变的状况下，EVA/LLDPE总量不变，改动EVA/LLDPE的配比，发现当添加LLDPE到达必定值，就能经过上述抗开裂实验。剖析是由于LLDPE的强度大于EVA，契合强度补偿机理。把能经过卷绕抗开裂实验上述相似配方中的LLDPE换成强度更低的DFDA-7042，则不能经过，也契合强度补偿机理。

但关于强度大的资料，相同的变形，其应力更大，而大的应力也是电缆开裂的首要原因。笔者在做热冲击实验时，如操作不当在样条外表构成伤痕，就简单开裂。而一些柔耐性较好的资料，即便外表有小的缺点，对立开裂的影响也没有刚性强的资料大。因而笔者依据高分子链特性，以为柔性补偿机理关于电缆的抗开裂功能愈加有利。笔者测验在配方中参加弹性体资料，如POE、SEBS等，添加资料的柔耐性，在确保必定强度前提下，很简单经过负载热冲击实验，也可经过有刻痕的高温折弯抗开裂实验。能经过刻痕法高温折弯抗开裂实验的资料多在邵D50以下，而惯例的低烟无卤电缆料硬度多大于邵D50。剖析其抗开裂好的原因：柔耐性好的的资料，相同的变形或曲折程度下应力较小；柔耐性好资料其高分子链柔软，活动范围大，可消解部分内应力。

强度补偿和柔性补偿二者功能最佳的结合是TPU资料，用该资料制成的电缆抗开裂功能优秀，惋惜TPU资料阻燃不是太好，且焚烧时烟很大！

笔者依据前述两种资料的抗开裂检测办法，结合强度补偿和柔性补偿进行配方实验，并研讨了和电缆抗开裂功能的联系。对已经过热冲击抗开裂功能的电缆料，进行有刻痕的高温折弯抗开裂实验，发现：1mm厚度的样品都可以经过40℃、60℃、80℃各24小时的实验；当厚度添加到2mm时绝大部分可以经过40℃、60℃各24小时，但不简单经过80℃下24小时的实验；而关于3mm的样品，40℃放置24小时部分有开裂，60℃时大部分开裂。为此，咱们挑选2mm厚度的样品来调查电缆料高温折弯状况下的开裂功能。经过实验发现可以经过高温折弯实验的低烟无卤电缆料，伸长率都在200以上、邵D硬度在48以下，并且经过都可以经过经过热冲击抗开裂实验。用两种不同条件经过抗开裂实验的电缆料，制备成电缆，电缆外径为15mm、厚度1mm，别离为无铠装和有铠装。调查条件为电缆绕成直径为30mm，放入烘箱中，120℃放置一段时刻后发现：无铠装的电缆，两种电缆都可以保持1个月以上不开裂；而仅经过热冲击抗开裂电缆料制得的铠装电缆数天就开裂，而80℃经过有刻痕的高温折弯抗开裂实验的低烟无卤电缆料，保持1个月以上不开裂。