隨著線纜材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)其熱性能的要求也日益提高。從普通的聚氯乙烯(PVC)到高性能的交聯(lián)聚乙烯、三元乙丙橡膠等，各種新型線纜材料的開發(fā)與質(zhì)量監(jiān)控都離不開熱重分析技術(shù)的支持。熱重分析技術(shù)憑借其高靈敏度和定量能力，已經(jīng)成為分析電纜絕緣層，護(hù)套等高分子材料熱行為的重要工具。線纜材料的穩(wěn)定性直接關(guān)系到電力傳輸?shù)陌踩煽啃?，在高溫環(huán)境下，材料的熱分解可能導(dǎo)致絕緣性能下降甚至引發(fā)火災(zāi)事故，因此準(zhǔn)確評(píng)估線纜材料的熱失重特性具有重要的意義。

    一、實(shí)驗(yàn)的操作流程

    PVC作為傳統(tǒng)線纜護(hù)套材料，具有代表性本次實(shí)驗(yàn)主要通過測試PVC去觀察通過熱重分析技術(shù)去檢測線纜的熱分解行為。

    1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DZ-TGA201熱重分析儀

    2、樣品制備：采用冷凍磨研或者準(zhǔn)確切割切取樣品約10-20mg的小片樣品。樣品量過小易導(dǎo)致信號(hào)微弱，過大則可能引發(fā)熱傳遞不均熱解不充分。對(duì)于多層保護(hù)電纜，需逐層剝離測試以區(qū)分各層材料特性，避免交叉干擾。

    3、實(shí)驗(yàn)設(shè)置：根據(jù)材料類型設(shè)置升溫范圍，常規(guī)絕緣材料采用室溫至700℃，耐高溫材料的可延申至1000℃；升溫速率通常選擇5-20℃/min，速率過快易導(dǎo)致熱滯后效應(yīng)，過慢則降低測試效率。本次我們PVC材料在10的速率下較為合適。

    4、氣氛選擇：氮?dú)鈿夥樟魉贋?0ml/min用于模擬惰性環(huán)境下的熱裂解行為，空氣或者氧氣則用于評(píng)估熱氧化講解特性。PVC測試實(shí)驗(yàn)通常采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測。

    5、實(shí)驗(yàn)圖譜分析：

    圖1

    PVC作為傳統(tǒng)線纜護(hù)套材料，其熱失重呈現(xiàn)典型的兩階段特征(圖1)

    第一階段（室溫—430°左右）：此實(shí)驗(yàn)樣品失重率約為21%，對(duì)應(yīng)氯化氫(HCI)反應(yīng)，分解溫度在300度左右。通過DTG曲線在320度左右出現(xiàn)第一峰值，如果與紅外光譜儀聯(lián)用，釋放的HCI氣體可通過紅外設(shè)備檢測到特征吸收峰。此階段也是形成的共軛多稀緊鏈段是材料發(fā)黃發(fā)脆的原因。

    第二階段（430—700°左右）；失重率約為77%，為共軛雙鍵鏈段的進(jìn)一步裂解，生成大量CO2，甲烷等小分子產(chǎn)物，在520°左右達(dá)到zui大的失重速率。采用紅外聯(lián)用技術(shù)(TG-IR）可以分析分解產(chǎn)物的紅外光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)材成分的更準(zhǔn)確識(shí)別。Zui終殘余1%左右的殘余量。

    二、TG-IR聯(lián)用技術(shù)—分解產(chǎn)物的原位識(shí)別

    針對(duì)含復(fù)雜組分或填料的線纜材料，TG-IR聯(lián)用可突破單一質(zhì)量監(jiān)測的局限。例如多層橡膠電纜護(hù)套因含大量炭黑無法直接紅外表征，通過TG-IR聯(lián)用發(fā)現(xiàn)其三階段失重對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)物：15分鐘（200℃）釋放CH?基團(tuán)（添加劑揮發(fā)），24分鐘（500℃）生成甲烷與乙烯（主鏈裂解），29分鐘（600℃）檢測到CO?（氧化終產(chǎn)物），成功識(shí)別出基材為氯丁橡膠。

    三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

    熱重分析儀憑借其準(zhǔn)確的質(zhì)量監(jiān)測能力，已成為線纜材料熱穩(wěn)定性評(píng)估的核心工具。通過解析TG/DTG曲線的特征參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PVC、EVA、ETFE等典型線纜材料的分解階段劃分、耐熱性能評(píng)級(jí)與降解機(jī)理揭示。TG-IR、TG-MS聯(lián)用技術(shù)進(jìn)一步拓展了測試深度，能夠原位識(shí)別分解產(chǎn)物與微量組分，為配方優(yōu)化與失效溯源提供分子級(jí)證據(jù)。