setTimeout(() => { document.getElementById('dynamic-text').innerHTML = '彩排电子线耐高温老化性能测试与材料改性加工实践分享

在现代电子电气系统中,彩排电子线作为信号传输和电力分配的关键组件,其长期运行稳定性直接关系到设备安全与系统可靠性。尤其在高温、高湿、强辐射等严苛工况下,电子线绝缘层及护套材料易发生热氧老化、交联结构降解、机械强度下降等问题。因此,开展耐高温老化性能测试,并结合材料改性技术提升其服役寿命,已成为材料工程与电线电缆制造领域的研究重点。

一、耐高温老化性能测试方法

1. 热空气老化试验(依据GB/T 2951.12-2008 / IEC 60811-3-1)

将标准制备的彩排电子线试样(长度200mm,截面积0.5mm²)置于强制通风热老化箱中,设定温度分别为105℃、125℃、150℃,持续老化时间分别为7天、14天、21天。老化前后分别测定抗张强度(TS)与断裂伸长率(EB),计算性能保留率:

- 抗张强度保留率(%)=(老化后TS / 初始TS)×100

- 断裂伸长率保留率(%)=(老化后EB / 初始EB)×100

实验数据显示:常规PVC绝缘电子线在125℃老化14天后,TS保留率降至62.3%,EB保留率仅为48.7%;而采用交联聚烯烃(XLPO)材料的电子线,在相同条件下TS保留率为89.5%,EB保留率为81.2%,表现出显著优越的热稳定性。

2. 高温压力试验(IEC 60811-3-1)

在温度121℃±2℃下,施加0.4N/mm²压痕力,持续6小时,冷却后测量压痕深度。要求压痕深度不超过试样厚度的50%。实测数据表明,经硅烷交联处理的PE材料压痕深度为0.12mm(初始厚度0.3mm),合格率100%;未交联PE样品压痕深度达0.28mm,超出限值。

3. 热失重分析(TGA)

采用同步热分析仪(STA 449 F3 Jupiter),升温速率10℃/min,氮气氛围(50mL/min),温度范围30–800℃。记录材料失重5%时的温度(Td₅%)作为热分解起始温度。测试结果如下:

- 普通PVC:Td₅% = 238℃

- 辐照交联EVA:Td₅% = 312℃

- 硅橡胶(VMQ):Td₅% = 385℃

- 氟塑料(FEP):Td₅% = 462℃

表明含氟聚合物具有最优热稳定性。

二、材料改性技术路径

1. 交联改性

采用过氧化二异丙苯(DCP)作为自由基引发剂,对低密度聚乙烯(LDPE)进行化学交联。DCP添加量控制在1.5–2.0 phr(每百份树脂),交联温度170℃,时间10min。交联度通过二甲苯萃取法测定,目标凝胶含量≥75%。实测凝胶含量达78.6%,交联网络形成完整,显著提升高温尺寸稳定性。

2. 纳米复合增强

引入表面硅烷偶联剂KH-550改性的纳米SiO₂(粒径15–20nm),添加量为3–5 wt%。通过双螺杆挤出机(L/D=40,转速200rpm)实现均匀分散。透射电镜(TEM)显示纳米粒子呈岛状分布,无明显团聚。复合材料在150℃老化21天后,TS保留率由纯XLPE的76.4%提升至85.1%,EB保留率由70.3%提升至82.6%。

3. 抗氧体系优化

复配主抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)与辅助抗氧剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯),质量比为1:2,总添加量0.3–0.5 phr。通过差示扫描量热法(DSC)测定氧化诱导期(OIT),测试条件:200℃,氧气流速50mL/min。改性后OIT由原始材料的68min延长至153min,抗氧化能力提升125%。

4. 阻燃协同改性

为满足UL94 V-0阻燃等级,采用氢氧化铝(ATH,粒径1–2μm)与有机磷系阻燃剂FR-2100复配,添加比例ATH:FR-2100 = 60:15 phr。极限氧指数(LOI)测试值达32.5%,垂直燃烧通过V-0评级。热释放速率峰值(PHRR)由未阻燃材料的420kW/m²降至186kW/m²(锥形量热仪,35kW/m²辐照)。

三、加工工艺参数控制

1. 挤出成型工艺

- 螺杆组合:输送段→压缩段→混炼段→计量段,压缩比2.5:1

- 温区设置(φ45mm单螺杆挤出机):

- 区1:140℃

- 区2:155℃

- 区3:165℃

- 区4:170℃

- 机头:175℃

- 主机转速:45rpm,牵引速度:25m/min

- 冷却水槽温度:15–20℃,采用二级冷却

2. 辐照交联参数

采用电子加速器(能量3.0MeV,束流3.5mA),剂量控制在120–150kGy,扫描宽度600mm,传送带速度12m/min。剂量不均匀度≤±8%。交联后产品体积电阻率≥1×10¹⁴ Ω·cm,介电强度≥25kV/mm(50Hz,油浸法)。

四、综合性能指标对比

| 材料体系 | 长期使用温度(℃) | 短时耐温(℃) | TS(MPa) | EB(%) | OIT(min) | Td₅%(℃) |

|----------|------------------|--------------|----------|--------|------------|-----------|

| PVC | 70 | 105 | 15.2 | 180 | 35 | 238 |

| XLPE | 90 | 135 | 12.8 | 450 | 68 | 320 |

| XLPO+3%SiO₂ | 125 | 150 | 13.5 | 420 | 153 | 345 |

| FEP | 200 | 260 | 21.0 | 300 | >200 | 462 |

五、结论

通过系统化的热老化测试方法(热空气老化、TGA、OIT)可准确评估彩排电子线材料的耐温性能。结合化学交联、纳米复合、抗氧体系优化及阻燃协同改性技术,可显著提升材料的热稳定性和使用寿命。关键工艺参数如挤出温度曲线、辐照剂量、填料分散度等需严格控制,以确保产品性能一致性。最终改性XLPO/SiO₂复合材料在150℃下老化21天后,TS与EB保留率均高于80%,满足IEC 60216-1中耐热等级125℃(Class B)要求,具备在高端电子装备中推广应用的技术基础。'; }, 10);