WCA January 2019

解决极端条件下热应力开裂问 题的无卤化合物解决方案

作者: Mark A Jozokos 、 Tanya Artingstall ， Mexichem Specialty Compounds 公司

摘要 低烟无卤( LSHF )化合物在电缆护套领域应用广泛。大多数低 烟无卤化合物为半结晶聚合物系统，其中富含金属水合物阻 燃剂。由于这些化合物的晶体性质，其在储存或现场应用过 程中更容易发生开裂。 Mexichem Specialty Compounds 公 司设计了一个系统分析法，以确定开裂问题是否由化合物性 能/功能引起，或者开裂问题是否能通过优化流程技术而得以 避免。除对这些聚合物类型进行分析并帮助它们确定必要的 流程技术之外， Mexichem 还设计了对热应力断裂更有耐受性 的低烟无卤( LSHF )材料。这些化合物的构成更加稳健，使其 成为在恶劣环境条件下使用的特种电缆的高性能解决方案。 本文将介绍该公司用差示扫描量热( DSC )分析法分析冻结应 力并通过优化流程技术和性能材料来提供解决方案的过程。 1 概述 随着全球线缆行业的技术需求不断扩大，我们使用的各种材 料也再不断增加。其中某些材料，如低烟无卤化合物，具有 独特的行为方式。从可实现最佳性能的生产流程，到各种 针对严苛环境的测试，与聚氯乙烯( PVC )等更传统的材料相 比，低烟无卤电缆需要采用不同的处理方法。根据低烟无卤 电缆的终端应用环境，选择高性能低烟无卤化合物非常重 要。例如，应用于干燥和/或潮湿空间里的电缆，将需要结 构更稳健的化合物。在沙漠环境中，热应力断裂是个值得关 注的问题，因此，选择对热应力断裂具有更高耐受性的化合 物十分重要。除选择最合适的化合物之外，这些材料的加工 流程也是决定终端产品能否具有最佳性能的另一个决定性因 素。很多电缆制造商所面临的一项挑战是，使用为聚氯乙烯 ( PVC )等更传统的材料设计的设备和流程来生产低烟无卤化 合物。聚氯乙烯化合物为非晶质材料，与低烟无卤化合物相 比，具有更宽的加工窗口。使用为聚氯乙烯材料设计的挤出 设备，往往会给低烟无卤电缆造成冻结应力，从而导致开

裂。为了应对上述挑战， Mexichem Specialty Compounds 公司设计了一个系统分析法，以确定断裂问题是否由化合物 性能引起，或者断裂问题是否能通过改变流程技术而得以避 免。 2 断裂电缆疑难解答 当发现开裂电缆时， Mexichem Specialty Compounds 公司 会通过差示扫描量热( DSC )分析法来对其进行分析。由于大 部分低烟无卤化合物均基于具有晶体性质的聚烯烃聚合物系 统，因此在快速冷却的条件下其很容易产生冻结应力。在热 分析技术中，冻结应力被显示为热-冷-热循环中的假熔融峰 值。如果冷却速度过快，电缆护套就无法收缩并获得该聚合 物希望达到的结晶度百分比(平衡态)。该聚合物将随着链移 动性收缩，以达到平衡态，而护套中的应力水平却超过了该 聚合物的强度，从而导致开裂。换言之，由于在低于其熔点 的温度下缺少链移动性，因此无法达到平衡态。通过加热过 程，电缆材料的温度将超过该聚合物的熔点，然后以很慢的 速度冷却，以确保能达到平衡态，该循环的图表能显示最初 循环和后续循环之间的任何差值。通过这些差值可判断是否 需要改进流程技术。当以达到平衡态的目的来加工低烟无卤 化合物时，就能避免断裂现象。 3 开裂电缆分析示例 近期，一家电缆制造商请 Mexichem 分析一根安装在严苛的户 外环境且发生了开裂的电缆。解决这种开裂问题的传统方法 包括分析化合物生产记录，以确定正确的成分和加工步骤。 公司集结人力，在电缆制造商处和化合物生产环境中均探索 了生产历史。尽管该制造商在制造低烟无卤电缆方面已有多 年成功经验，但其仍然决定对以下电缆样本进行差示扫描量 热 ( DSC ) 分析：

❍ 图 1 : 电缆 1 的 DSC 曲线

❍ 图 2 : 电缆 2 的 DSC 曲线

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Wire & Cable ASIA – January/February 2019