1、介绍

随着全球范围内对有线技术需求的扩展，我们使用的各种材料也在相应扩展。这些材料中如低烟无卤(LSHF)化合物，有着它们独一无二的特性。从获得它们最佳性能的加工方式，到测试它们能否适应苛刻环境的方式，我们以往应对加工PVC等传统材料的方法并不适用于低烟无卤电缆。

根据低烟无卤电缆的最终使用环境，选择高性能的低烟无卤化合物非常重要。例如，在干旱和/或潮湿空间中应用的电缆就需要更坚固的化合物。在沙漠环境中，热应力开裂是一个值得关注的问题，因此选择一种具有更好的热应力抗裂性能的化合物是很重要的。

除了选择最适合的化合物外，这些材料的加工方式也是决定产品性能的另一个决定性因素。

许多电缆生产商面临的挑战之一是：如何用现有设备和工艺来制造低烟无卤复合材料，这些现有的设备和工艺是为PVC等更传统的材料设计的。而PVC是一种非晶态材料，与低烟无卤材料相比具有更大的加工市场。在PVC材料周围采用的挤出方法，常常会在低烟无卤电缆上产生冷应力，从而导致开裂。为了回应这些挑战，美希特种化合物公司已经建立了一个分析系统，用来判断开裂失败原因是否归咎于化合物的性能/能力，以及是否可以通过改进加工技术以避免开裂。

2、排除电缆断裂的故障

美希特种化合物可以使用差示扫描测热法(DSC)分析开裂的电缆样品。由于大多数低烟无卤化合物都是基于聚烯烃聚合物体系，而聚烯烃聚合物体系在本质上是结晶体，因此如果冷却过快，它们很容易产生冷应力。通过热分析技术，可以看出在一个热-冷-热循环中，冷应力显示为假熔融峰值。如果冷却过快，就会使护套无法收缩，从而无法获得聚合物想要达到的结晶度百分比(平衡)。聚合物随着循环的流动性而收缩，试图达到平衡状态，而护套中的应力水平一旦超过了聚合物的强度，就会导致开裂。换言之，在低于其熔点的温度下，循环的流动性不足阻碍了平衡。

通过将电缆材料加热到聚合物熔点以上，然后以非常慢的速度冷却以确保平衡的实验，我们即可从循环的图形看出初始循环和后续循环之间的差异。这些差异显示是否需要对加工技术进行改变。因此当加工低烟无卤化合物时，着眼于达到比例的平衡，就可以避免其开裂。

3、电缆断裂分析实例

最近某个电缆制造商要求美希特种化合物公司去分析一根安装在恶劣的户外环境中并已有裂缝的电缆。传统的开裂故障排除方法需要分析复合材料的生产记录，以确保是否使用了正确的成分和程序。我们努力追索了其生产历史，从电缆制造商以及我司综合制造环境两方面来分析。虽然该厂家多年来一直成功生产低烟无卤电缆，但我们还是决定对电缆样品进行差示扫描量测热法分析，具体分析情况如下:

电缆样品1:“合格”电缆，已老化，直径小，壁薄。这种设计已经通过4年多的考验了。

电缆样品2:“合格”电缆，直径较大，壁厚，无开裂。

电缆样品3:“不合格”电缆，现场破裂。其直径和壁厚与电缆样品2相同。

我们使用热-冷-热测试循环，对不合格电缆和“合格”电缆进行了差示扫描测热法分析。在第一个热循环中，温度从25°C开始，以每分钟10°C的升温速率上升到200°C。紧接着的循环，则是一个缓慢的冷却过程，以每分钟5°C的速率把温度从200°C下降到-25°C。第二个热循环则使温度以每分钟10°C的速度从-25°C回升到200°C。

电缆样品4没有明显的冷应力，第一和第二热循环曲线非常接近。然后对电缆样品4进行热循环测试，以确定其在恶劣环境下是否会开裂。电缆样品4则通过了所有的抗裂测试要求。

根据3号和4号电缆样品的DSC差示扫描测热法分析，这两根电缆是相同的结构，并且是采用相同的低烟无卤化合物制成的。

4、结论

差示扫描测热法(DSC)分析是一个有用的工具，以确定电缆是否包含由于加工过程而产生的冷应力，如果有这个问题则会导致发生热应力开裂现象。这种分析方法也有助于确定电缆制造过程的变化是否影响了冷应力水平，从而导致电缆现场开裂和失败。

除了能够精确找到确定这类聚合物的最佳加工技术，美希特种化合物公司还设计了低烟无卤(LSHF)材料，从而更能抵抗热应力开裂。这些化合物的配制得更坚固，使它们成为能在恶劣环境条件下使用于特殊电缆的高性能解决方案。

美希特种化合物公司开发的电缆评价方法已成为确定低烟无卤电缆开裂失败的关键。了解开裂失败的原因，可以为厂家如何处理这类问题提供解决方案，从而使厂家生产出更不易受热应力开裂影响的产品。

由于低烟无卤化合物市场持续增长进入各种电缆设计和环境，电缆制造商一样也面临着改善电缆野外现场性能和优化加工技术的问题。而供应商在可供的聚合物类型和分析方法具有深度知识，是一种帮助扩大电线电缆市场非常宝贵的手段。

杨祚昌编译自IWCS 2018  

作者： 迈克 奥.久佐考斯，坦娅. 阿婷斯托尓  （美希特种化合物公司）