扁型电缆的耐寒性能评估是确保其在低温情形下（如-40°C至-70°C）仍能坚持机械强度、电气性能和柔韧性的要害测试，尤其适用于航空航天、极地科考、新能源汽车等场景。评估需团结质料特征剖析、标准测试要领和现实工况模拟，以下是详细评估框架：
一、耐寒性能的焦点影响因素
1. 质料类型与配方
绝缘层质料：
聚氯乙烯（PVC）：低温脆化温度通常为-15°C至-30°C（配方依赖），低于此温度易开裂。
交联聚乙烯（XLPE）：脆化温度低至-70°C，但需添加抗冻剂（如聚烯烃弹性体）改善柔韧性。
硅橡胶：使用温度规模宽（-60°C至+180°C），但本钱较高（是PVC的3-5倍）。
热塑性弹性体（TPE）：如TPU（聚氨酯），脆化温度可达-50°C，且耐磨性好。
屏障层质料：
铜丝编织：低温下电阻增添约0.4%/°C（如-40°C时电阻上升16%），需评估信号衰减转变。
铝箔屏障：低温脆性显著，需与TPE或硅橡胶复合以阻止开裂。
护套质料：
聚乙烯（PE）：低密度PE（LDPE）脆化温度约-70°C，高密度PE（HDPE）为-40°C。
氟塑料（PTFE）：耐低温至-200°C，但本钱高且硬度大（需添加增塑剂）。
2. 结构设计
导体截面：低温下导体电阻增添（如铜在-40°C时电阻率上升18%），需增大截面积（如从1.5mm?增至2.5mm?）以赔偿消耗。
屏障层密度：高密度编织（如95%笼罩率）可镌汰低温缩短导致的屏障间隙，维持衰减性能。
护套厚度：增厚护套（如从1.0mm增至1.5mm）可提高抗攻击性，但会降低柔韧性。
3. 情形条件
温度波动：频仍冻融循环（如-40°C至+20°C）会加速质料老化，需增添测试循环次数（如从10次增至50次）。
机械应力：低温下弯曲或拉伸可能导致护套开裂，需团结动态测试（如弯曲半径≤5D，D为电缆直径）。
湿度：低温高湿情形（如-20°C/85% RH）可能引发冰晶形成，需评估吸水率（如硅橡胶吸水率<1%）。
二、耐寒性能测试要领
1. 低温脆化试验（静态测试）
目的：确定质料在低温下从韧性转变为脆性的临界温度。
标准：
IEC 60811-50-1：Insulating and sheathing materials of electric cables – Part 50-1: Methods for general application – Low-temperature test.
ASTM D746：Standard Test Method for Brittleness Temperature of Plastics and Elastomers by Impact.
测试办法：
样品准备：
截取长度≥100mm的扁型电缆试样，去除两头护套（保存绝缘层和屏障层）。
将试样笔直牢靠在低温试验箱中，温度从室温以1°C/min速率降至目的温度（如-40°C）。
攻击测试：
使用摆锤攻击试验机（如Instron CEAST 9050），以5J能量攻击试样中部。
视察是否泛起裂纹或断裂，纪录无损伤的最高温度（即脆化温度）。
效果判断：
若脆化温度≤应用情形最低温（如极地科考电缆要求脆化温度≤-70°C），则及格。
案例：
某新能源汽车充电电缆（TPE护套）通过IEC 60811-50-1测试，脆化温度为-55°C，知足-40°C使用要求。
某航空航天电缆（PTFE护套）脆化温度为-190°C，远超-70°C设计指标。
2. 低温弯曲试验（动态测试）
目的：评估电缆在低温下的柔韧性和抗开裂能力。
标准：
IEC 60227-2：Polyvinyl chloride insulated cables of rated voltages up to and including 450/750 V – Part 2: Test methods.
UL 1581：Reference Standard for Electrical Wires and Cables – Section 1200 (Cold Bend Test).
测试办法：
样品预处置惩罚：
将电缆试样（长度≥1m）置于低温箱中，在目的温度（如-40°C）下坚持4小时。
弯曲测试：
使用弯曲试验机（如Zwick Roell Z010），以弯曲半径=3D（D为电缆直径）举行正反向弯曲各10次。
弯曲速率≤10次/分钟，阻止热效应滋扰。
效果检查：
弯曲后目视检查护套和绝缘层是否开裂、起泡或变色。
使用显微镜（如Olympus BX53）视察微裂纹（长度≥0.1mm视为失效）。
案例：
某工业机械人扁型电缆（XLPE绝缘+TPE护套）在-40°C下弯曲20次后无裂纹，通过UL 1581测试。
某光伏逆变器电缆（PVC护套）在-25°C下弯曲10次后泛起裂纹，需改用TPE护套。
3. 低温拉伸试验（机械性能测试）
目的：量化低温对电缆抗拉强度和断裂伸长率的影响。
标准：
IEC 60811-1-4：Insulating and sheathing materials of electric cables – Part 1-4: Methods for general application – Tensile strength and elongation at break after conditioning at low temperature.
ASTM D638：Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
测试办法：
样品制备：
截取哑铃型试样（宽度6mm，标距25mm），从电缆护套或绝缘层中冲切。
低温处置惩罚：
将试样置于低温箱中，在目的温度（如-50°C）下坚持2小时。
拉伸测试：
使用万能试验机（如Instron 5967），以50mm/min速率拉伸至断裂。
纪录抗拉强度（MPa）和断裂伸长率（%）。
效果判断：
低温后断裂伸长率应≥室温值的50%（如室温为300%，低温需≥150%）。
案例：
某核电站电缆（硅橡胶护套）在-60°C下断裂伸长率为200%（室温为400%），知足IEC 60811-1-4要求。
某通讯电缆（PVC护套）在-30°C下断裂伸长率仅为80%（室温为350%），需刷新配方。
4. 低温电气性能测试（功效验证）
目的：确保低温不导致绝缘电阻下降或信号衰减增添。
测试项目：
绝缘电阻测试：
标准：IEC 60243-1（Electric strength of insulating materials – Test methods – Part 1: Power-frequency tests）。
要领：在-40°C下，对电缆施加500V DC电压，丈量绝缘电阻（应≥100MΩ·km）。
屏障衰减测试：
标准：IEC 62153-4-3（三同轴法，低频）或IEC 61000-4-20（GTEM小室法，高频）。
要领：在-40°C下测试屏障衰减，应与室温值误差≤3dB。
案例：
某新能源汽车高压电缆（XLPE绝缘+铜丝编织屏障）在-40°C下绝缘电阻为500MΩ·km（室温为1GΩ·km），屏障衰减为60dB（室温为62dB），均切合要求。
三、国际测试标准比照
| 标准编号 | 标准名称 | 测试项目 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| IEC 60811 | Insulating and sheathing materials of electric cables | 低温脆化、拉伸、弯曲 | 通用电缆质料评估 |
| UL 1581 | Reference Standard for Electrical Wires and Cables | 低温弯曲、耐电压 | 北美市场认证 |
| ISO 6722 | Road vehicles – 60 V and 600 V single-core cables – Dimension, test methods and requirements | 低温弯曲、耐磨 | 汽车电缆 |
| MIL-STD-810G | Department of Defense Test Method Standard for Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests | 低温存储、低温事情 | 军工、航空航天 |
| GB/T 2951 | Common test methods for insulating and sheathing materials of electric cables | 低温拉伸、热攻击 | 中国国家标准 |
四、耐寒性能优化战略
质料改性：
添加增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯）降低PVC脆化温度。
使用纳米填料（如SiO?）提高XLPE的低温韧性。
结构设计优化：
接纳螺旋纠葛屏障层镌汰低温缩短应力。
增添护套厚度（如从1.0mm增至1.5mm）提高抗攻击性。
工艺控制：
优化挤出温度（如TPE护套挤出温度控制在180-200°C）阻止质料降解。
控制冷却速率（如水冷速率≤5°C/s）镌汰内应力。
五、典范应用案例
| 应用场景 | 电缆结构 | 耐寒要求 | 测试效果 |
|---|---|---|---|
| 极地科考船 | 铜导体+XLPE绝缘+TPE护套+铝箔屏障 | -70°C，弯曲半径≤4D | 脆化温度-75°C，-70°C弯曲20次无裂纹 |
| 新能源汽车电池包 | 铝导体+TPU绝缘+硅橡胶护套+铜丝编织 | -40°C，动态弯曲10万次 | 断裂伸长率180%（-40°C），屏障衰减60dB |
| 航空航天装备 | 镀银铜导体+PTFE绝缘+FEP护套+双层屏障 | -65°C，真空情形 | 脆化温度-190°C，-65°C绝缘电阻>10GΩ |
总结
扁型电缆的耐寒性能评估需从质料选择、结构设计、测试要领和标准合规四方面综合考量：
质料是基础：优先选择脆化温度低于应用情形最低温的质料（如极地科考用TPE护套）。
测试需周全：团结静态（脆化）、动态（弯曲）、机械（拉伸）和电气（绝缘/屏障）测试。
标准需匹配：凭证应用场景选择对应标准（如汽车用ISO 6722，军工用MIL-STD-810G）。
优化需迭代：通过质料改性、结构设计和工艺控制一连提升耐寒性能（如某新能源汽车电缆通过添加纳米填料将脆化温度从-40°C降至-55°C）。
现实应用建议：
研发阶段：重点测试脆化温度和低温弯曲性能，快速筛选质料。
产品认证：按行业标准完成完整测试周期（如UL 1581要求-40°C弯曲测试）。
要害项目：对寿命要求高的场景（如航空航天），需团结加速老化测试验证恒久耐寒性。
相关内容