扁电缆在紫外线（UV）照射下会因光氧化反应导致质料性能劣化 ，泛起开裂、变色、绝缘电阻下降等问题 ，严重影响使用寿命和清静性。其老化性能与质料类型、UV波长及情形因素亲近相关 ，而抗紫外线步伐需从质料改性、结构设计和使用维护三方面综合施策。以下是详细剖析：
一、紫外线照射下的老化性能
1. 老化机制
光氧化反应：
主链断裂：UV（尤其是UV-B ，280-315nm）能量高于C-C键（347kJ/mol）和C-H键（414kJ/mol）的键能 ，直接引发聚合物主链断裂 ，导致质料脆化。
自由基天生：UV照射使质料中的杂质（如金属离子）或添加剂（如增塑剂）吸收能量 ，爆发自由基（如·OH、·O??） ，进一步攻击聚合物链 ，形成微孔或裂纹。
添加剂失效：
抗氧化剂消耗：UV加速抗氧化剂（如受阻酚BHT）的剖析 ，失去抑制氧化链式反应的能力 ，质料颜色逐渐变黄（如PVC从白色变为棕黄色）。
增塑剂迁徙：UV使增塑剂（如DOP）分子量降低 ，挥发性增强 ，导致质料变硬（如PVC硬度从65 Shore A升至80 Shore A以上）。
2. 性能劣化体现
机械性能下降：
拉伸强度：在UV照射下 ，聚乙烯（PE）的拉伸强度可能从20MPa降至10MPa以下（仅需500小时UV-B照射）。
断裂伸长率：聚氯乙烯（PVC）的断裂伸长率可能从300%降至50%以下（300小时UV-A照射后）。
电性能劣化：
绝缘电阻：UV照射使质料外貌形成导电通路 ，绝缘电阻从1000MΩ降至10MΩ以下（如XLPE在UV-B照射200小时后）。
介电消耗：聚氨酯（TPU）的介电消耗因数（tanδ）可能从0.001升至0.01（UV-A照射500小时后） ，导致信号传输消耗增添。
外观转变：
变色：聚丙烯（PP）在UV照射下可能从白色变为黄色或棕色（因共轭双键天生）。
粉化：质料外貌逐渐剥落 ，形成粉末状物质（如橡胶在UV照射1000小时后泛起显着粉化）。
3. 情形协同效应
温度加速：
纪律：温度每升高10℃ ，UV老化速率加速2-3倍。例如 ，在UV-B照射下 ，硅橡胶在60℃时的老化速率是25℃时的4倍。
湿度增强：
机制：水分渗透至UV爆发的微裂纹中 ，形成“水-光协同老化”效应 ，加速质料降解。例如 ，PVC在UV+RH 85%情形下的老化速率是纯粹UV情形下的2倍。
臭氧协同：
影响：UV照射可能引发臭氧（O?）天生 ，臭氧进一步攻击质料中的不饱和键（如橡胶中的C=C键） ，导致裂纹扩展速率提升50%-100%。
二、抗紫外线步伐与手艺计划
1. 质料改性
基体树脂选择：
交联聚乙烯（XLPE）：
热塑性聚氨酯（TPU）：
要领：通过硅烷交联或过氧化物交联提高分子链密度 ，镌汰UV渗透路径。
效果：交联后XLPE的UV老化速率降低50%-70%（如未交联XLPE在UV-B照射500小时后断裂伸长率下降80% ，交联后仅下降30%）。
要领：引入芳香族二异氰酸酯（如MDI）提高主链刚性 ，镌汰UV引发的链段运动。
效果：芳香族TPU的UV老化寿命比脂肪族TPU延伸2-3倍（如芳香族TPU在UV-A照射1000小时后仍坚持80%的拉伸强度）。
氟塑料（如PTFE、FEP）：
硅橡胶：
优势：C-F键键能高（485kJ/mol） ，对UV险些不吸收 ，户外使用寿命可达20年以上（如PTFE电缆在沙漠情形中运行15年无老化迹象）。
局限：本钱是PVC的5-8倍 ，加工需高温高压（380℃、20MPa）。
优势：Si-O键键能高（460kJ/mol） ，且主链为螺旋结构 ，UV难以引发链断裂 ，户外使用寿命达10-15年。
局限：机械强度较低（拉伸强度≤10MPa） ，需与碳纤维或玻璃纤维增强。
耐UV树脂：
改性通用树脂：
抗UV添加剂：
机制：吸收UV并转化为热能 ，同时形成物理屏障层。
用量：通常为质料重量的2%-5%（如橡胶中添加3%炭黑可使UV-A照射500小时后的粉化时间从100小时延伸至500小时以上）。
局限：颜色为玄色 ，不适用于需要透明或浅色的电缆。
类型：哌啶衍生物（如Chimassorb 944）。
机制：捕获UV爆发的自由基 ，终止氧化链式反应。
协同效应：与UVAs联用可使质料UV老化寿命延伸3-5倍（如PE中同时添加0.2% UV-326和0.1% Chimassorb 944 ，UV-B照射1000小时后拉伸强度坚持率从40%提升至85%）。
类型：苯并三唑类（如UV-326）、二苯甲酮类（如UV-9）。
机制：吸收UV能量并转化为热能释放 ，�；ぞ酆衔锪�。
用量：通常为质料重量的0.1%-0.5%（如PVC中添加0.3% UV-326可使UV-B照射500小时后的断裂伸长率坚持率从30%提升至70%）。
紫外线吸收剂（UVAs）：
受阻胺光稳固剂（HALS）：
炭黑：
2. 结构设计优化
屏障层设计：
计划：接纳碳黑填充半导电层（如碳黑含量15%-20%的XLPE） ，吸收UV并转化为热能。
效果：半导电屏障层可使绝缘层UV老化寿命延伸2-3倍（如碳黑屏障XLPE在UV-A照射1000小时后击穿电压坚持率从60%提升至90%）。
计划：在导体与绝缘层间增添铝箔或铜带屏障层 ，反射90%以上的UV（反射率≥0.9）。
效果：屏障层可使绝缘层UV老化速率降低80%-90%（如XLPE绝缘电缆在有铝箔屏障时 ，UV-B照射500小时后绝缘电阻仍＞500MΩ ，无屏障时仅＞10MΩ）。
金属屏障：
非金属屏障：
护套结构：
计划：护套外貌设计波纹结构 ，增添UV反射面积（反射率从平面结构的0.3提升至0.6）。
效果：波纹护套可使护套外貌温度降低10-15℃ ，减缓UV热协同老化效应。
计划：内层为耐UV质料（如PTFE） ，外层为高耐磨质料（如聚氨酯） ，外层吸收UV并�；つ诓�。
效果：双层护套电缆的UV老化寿命比单层护套电缆延伸3-5倍（如双层护套硅橡胶电缆在UV-B照射2000小时后仍坚持完整 ，单层护套电缆在1000小时后已泛起裂纹）。
双层护套：
波纹护套：
3. 外貌处置惩罚手艺
涂层防护：
优势：C-F键键能高 ，耐UV性能优异 ，户外使用寿命＞15年。
应用：适用于极端户外情形（如沙漠、高原） ，涂层厚度10-20μm ，可遭受-40℃至150℃温度循环。
优势：透光率＞90% ，同时吸收90%以上的UV-B（如添加0.5% UV-326的丙烯酸涂层）。
应用：适用于需要透明或浅色的电缆（如光伏电缆） ，涂层厚度20-50μm ，寿命达5-8年。
丙烯酸涂层：
氟碳涂层（如PVDF）：
等离子处置惩罚：
机制：通过等离子体（如O?/Ar混淆气体）轰击质料外貌 ，引入含氧官能团（如-COOH、-OH） ，提高涂层附着力。
效果：等离子处置惩罚可使丙烯酸涂层与PVC护套的附着力从1N/mm提升至5N/mm以上 ，涂层寿命延伸2-3倍。
4. 使用维护战略
情形控制：
遮阳设计：在电缆敷设路径上方装置遮阳棚（如镀锌钢板或UPVC板） ，镌汰直接UV照射时间（如遮阳后UV照射强度从1000W/m?降至200W/m?以下）。
温度治理：阻止电缆恒久处于高温情形（如＞60℃） ，须要时接纳散热设计（如增添散热片或强制透风）。
按期检测：
外观检查：每季度检查电缆外貌是否有裂纹、变色或粉化 ，重点检查弯曲部分和讨论处。
性能测试：每年举行1次拉伸强度、断裂伸长率和绝缘电阻测试 ，当拉伸强度下降＞30%或绝缘电阻＜1MΩ时需替换电缆。
清洁维护：
要领：用干燥压缩空气（压力≤0.2MPa）吹扫电缆外貌灰尘 ，阻止使用湿布擦拭（水分可能加速UV老化）。
频率：每季度清洁1次 ，沙尘暴频发地区每月1次。
三、典范应用场景与抗UV计划
1. 光伏电站直流汇流电缆
情形挑战：户外恒久袒露于UV-A（320-400nm）和UV-B（280-315nm） ，温度规模-40℃至85℃ ，且需遭受机械弯曲（弯曲半径≤6倍外径）。
抗UV计划：
质料：导体接纳镀锡铜合金（抗氧化） ，绝缘层为交联硅橡胶（耐UV+耐高温） ，护套为PTFE/碳黑共混物（UV吸收+物理屏障）。
结构：双层护套（内层PTFE+外层聚氨酯） ，外层添加5%炭黑 ，外貌涂覆20μm丙烯酸涂层。
测试：通过IEC 61215 UV老化测试（1000小时UV-A照射 ，波长340nm ，强度0.68W/m?/nm） ，拉伸强度坚持率＞80%。
2. 户外广告牌照明电缆
情形挑战：都会情形中UV-A照射为主 ，但陪同高温（夏日外貌温度可达70℃）和污染（如酸雨、灰尘）。
抗UV计划：
质料：绝缘层为XLPE+0.3% UV-326+0.1% Chimassorb 944 ，护套为热塑性聚氨酯（TPU）+3%炭黑。
结构：单层护套 ，外貌设计波纹结构（波距2mm、波高1mm） ，反射率0.6。
维护：每半年清洁1次 ，每年检测1次绝缘电阻（≥10MΩ）。
3. 农业浇灌泵站电缆
情形挑战：农村情形中UV-B照射较强（因臭氧层较�。� ，且电缆需频仍浸泡在水中（湿度靠近100%）。
抗UV计划：
质料：绝缘层为低烟无卤XLPE（阻燃品级IEC 60332-1） ，护套为HDPE/纳米TiO?共混物（TiO?含量2% ，吸收UV并反射可见光）。
结构：单层护套 ，厚度1.5mm ，外貌涂覆10μm氟碳涂层（PVDF）。
测试：通过IEC 60068-2-5 UV+湿热老化测试（1000小时UV-B+RH 85%+40℃） ，断裂伸长率坚持率＞70%。
四、性能验证与标准参考
测试要领：
IEC 60060-1：在500V直流电压下丈量绝缘电阻。
IEC 60811-201：丈量拉伸强度、断裂伸长率等参数。
IEC 61343：划定UV-A（340nm）或UV-B（313nm）照射条件 ，测试质料颜色转变（ΔE）、拉伸强度坚持率等。
ASTM G154：接纳荧光紫外灯模拟自然UV ，测试周期可为200-2000小时。
UV老化测试：
机械性能测试：
电性能测试：
标准要求：
UV老化寿命：户外电缆需通过1000小时UV-A照射测试（如IEC 61215） ，拉伸强度坚持率≥70% ，断裂伸长率坚持率≥50%。
颜色稳固性：ΔE≤3（CIE 1976色差公式） ，阻止因变色影响标识识别。
总结
扁电缆的紫外线老化性能体现为机械性能下降、电性能劣化和外观转变 ，其速率受质料类型、UV波长及情形因素（温度、湿度、臭氧）的协同影响� ？棺贤庀卟椒バ璐又柿细男裕ㄈ缣砑覷VAs/HALS/炭黑）、结构设计（如屏障层/双层护套）、外貌处置惩罚（如涂层/等离子处置惩罚）及使用维护（如遮阳/按期检测）四方面综合施策。例如 ，光伏电站电缆通过PTFE/碳黑护套+丙烯酸涂层的组合 ，可在UV-A照射1000小时后坚持拉伸强度＞15MPa（初始值20MPa） ，寿命达15年以上。现实应用中需凭证详细工况选择抗UV计划 ，并严酷遵照相关标准举行测试验证。
相关内容