助劑體系的微妙影響。 抗氧劑、光穩(wěn)定劑等對于保證材料在加工和使用過程中的穩(wěn)定性至關(guān)重要。若抗氧體系效能不足，TPE在擠出機中經(jīng)歷高溫剪切時，會發(fā)生熱氧降解，分子鏈斷裂，直接表現(xiàn)為熔體強度下降、擠出表面粗糙、且成品韌性劣化。這種降解產(chǎn)物往往更脆，耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力大幅降低。

下表從材料配方角度，總結(jié)了導(dǎo)致開裂的關(guān)鍵因素及其影響機制：

在我處理的一個案例中，某數(shù)據(jù)線生產(chǎn)商生產(chǎn)的TPE無鹵線纜在插頭注塑后放置一段時間出現(xiàn)細(xì)密裂紋。經(jīng)實驗室傅里葉變換紅外光譜和熱重分析發(fā)現(xiàn)，其使用的TPE材料中，增塑油為廉價的石蠟油，與SEBS相容性不佳，且在注塑時的高溫下部分揮發(fā)和遷移，導(dǎo)致材料局部收縮、脆化。同時，阻燃劑氫氧化鋁未經(jīng)過表面處理，在基體中團聚明顯。最終通過更換為相容性更好的高粘度環(huán)烷油，并使用硅烷偶聯(lián)劑處理的超細(xì)氫氧化鋁，問題得到根本解決。

二、 擠出加工工藝：溫度、剪切與內(nèi)應(yīng)力的隱形推手

即便擁有了一個優(yōu)良的TPE配方，不當(dāng)?shù)臄D出加工工藝足以將其所有優(yōu)點摧毀，并在電線絕緣層內(nèi)部埋下開裂的種子。擠出過程是一個涉及熱、剪切和拉伸的復(fù)雜物理化學(xué)過程，每一步都需要精確控制。

溫度控制的精確藝術(shù)。 溫度是擠出工藝中最核心的參數(shù)。TPE對溫度極其敏感。溫度過低，物料塑化不良，熔體中所含的未熔融顆?；蛩芑痪膮^(qū)域會成為物理缺陷，嚴(yán)重降低絕緣層的致密性和力學(xué)性能，裂紋易沿這些缺陷擴展。更常見且危害更大的是溫度過高。過高的加工溫度（特別是超過TPE的熱分解起始溫度）會導(dǎo)致聚合物分子鏈的熱氧降解和交聯(lián)。降解使分子鏈斷裂，平均分子量下降，材料變脆；而交聯(lián)則使材料失去熱塑性，變得硬而脆。這兩種情況都會導(dǎo)致材料的沖擊強度和斷裂伸長率急劇下降，耐環(huán)境應(yīng)力開裂能力喪失。實際生產(chǎn)中，各段溫區(qū)的設(shè)置需遵循遞進原則，且模頭溫度尤為關(guān)鍵，應(yīng)使熔體達到最佳流動性和表面質(zhì)量。

剪切應(yīng)力的破壞性。 在擠出機螺桿的壓縮段和計量段，物料承受著強烈的剪切作用。適當(dāng)?shù)募羟杏兄谖锪系幕旌虾退芑?，但過度的剪切（如螺桿轉(zhuǎn)速過快、螺桿設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致局部剪切過熱）會產(chǎn)生大量的機械能，轉(zhuǎn)化為熱能，使物料局部溫度遠(yuǎn)超設(shè)定值，引起熱降解。同時，高剪切力會破壞聚合物的分子鏈，尤其是對剪切敏感的分子鏈，導(dǎo)致分子量下降。對于填充大量無機阻燃劑的TPE體系，高剪切還可能導(dǎo)致阻燃劑顆粒的破碎，或破壞其表面的處理層，加劇與基體的不相容性。

冷卻過程與內(nèi)應(yīng)力的凍結(jié)。 擠出成型的絕緣層立即進入冷卻水槽進行冷卻定型。這個過程是內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。如果冷卻水溫過低（如低于15°C）或冷卻速度過快，TPE熔體表面迅速冷卻固化，而內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部逐漸冷卻收縮時，會受到已固化外層的約束，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的拉伸內(nèi)應(yīng)力（主要是凍結(jié)取向應(yīng)力）。這種內(nèi)應(yīng)力被“凍結(jié)”在絕緣層中，極大地降低了材料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。一旦線纜在后續(xù)的彎曲、纏繞或遇到某些化學(xué)介質(zhì)（如酒精、油脂）時，這些內(nèi)應(yīng)力就會釋放，成為裂紋擴展的驅(qū)動力。水槽中的水位落差、導(dǎo)輪摩擦等也會產(chǎn)生額外的拉伸應(yīng)力。

模具設(shè)計與拉伸比。 擠出口模的設(shè)計（如承線區(qū)長徑比）影響熔體的壓力分布和出口膨脹。拉伸比（即口模截面積與絕緣層截面積之比）設(shè)置不當(dāng)，會導(dǎo)致熔體在出口后承受過度的拉伸取向，分子鏈被拉直并沿軸向排列。這種取向結(jié)構(gòu)在快速冷卻下被固定下來，導(dǎo)致線纜絕緣層在軸向和徑向上的性能各向異性，橫向強度顯著減弱，更易發(fā)生縱向開裂。

下表概括了關(guān)鍵擠出工藝參數(shù)不當(dāng)如何引致開裂：

我曾協(xié)助一家線纜廠解決其無鹵TPE電源線絕緣層在成卷存放后表面出現(xiàn)“龜裂”的問題。通過工藝排查，發(fā)現(xiàn)其為了追求產(chǎn)量，將螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定過高，且冷卻水直接使用地下水，水溫常年低于10°C。我們將其螺桿轉(zhuǎn)速降低至最佳范圍，并增加了溫水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，將水溫控制在30-40°C，使冷卻變得平緩。同時，調(diào)整了收線張力，避免過緊纏繞。經(jīng)過這些調(diào)整，線纜內(nèi)應(yīng)力大幅降低，龜裂現(xiàn)象完全消失。

三、 線纜設(shè)計、使用環(huán)境與后期老化：外因的誘發(fā)與加速

電線電纜最終需要在實際環(huán)境中使用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用條件與材料本身一樣，共同決定了其抗開裂的能力。許多開裂問題，并非在出廠時發(fā)生，而是在特定的使用場景下被誘發(fā)和加速的。

線纜結(jié)構(gòu)設(shè)計的力學(xué)考量。 導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)（如絞合節(jié)距）、絕緣層和護套的厚度，決定了線纜的彎曲性能。絕緣層厚度與導(dǎo)體直徑的比值是一個重要參數(shù)。過厚的絕緣層，雖然有利于電氣絕緣，但會顯著增加線纜的彎曲剛度。當(dāng)線纜進行反復(fù)彎曲時，過厚的絕緣層外部承受最大的拉伸應(yīng)力，內(nèi)部則承受壓縮應(yīng)力，容易在表面產(chǎn)生裂紋。反之，絕緣層過薄，則易被導(dǎo)體絞合縫隙所刺傷，形成應(yīng)力集中點。對于多芯線纜，芯線之間的填充物、成纜節(jié)距以及護套的材料硬度，都會影響線纜整體的柔軟性和抗扭性。設(shè)計不合理的線纜，在固定場合下的反復(fù)彎曲（如設(shè)備連接線）、扭曲（如耳機線）或振動下，極易發(fā)生疲勞開裂。

化學(xué)介質(zhì)的侵蝕：環(huán)境應(yīng)力開裂。 TPE材料，尤其是非極性的SEBS基TPE，對某些化學(xué)介質(zhì)非常敏感，特別是在存在內(nèi)應(yīng)力的情況下。環(huán)境應(yīng)力開裂是指材料在特定化學(xué)介質(zhì)和應(yīng)力的共同作用下，在低于其屈服強度的應(yīng)力下發(fā)生提前開裂的現(xiàn)象。日常生活中常見的化學(xué)物質(zhì)，如酒精（清潔用品）、精油（化妝品）、防蚊液、某些皂液、甚至人手分泌的汗液，都可能成為誘發(fā)TPE無鹵電線開裂的介質(zhì)。這些介質(zhì)能溶脹或軟化TPE表面，降低其表面能，并促進內(nèi)部微裂紋的萌生和擴展。無鹵TPE中大量使用的無機阻燃劑，其與基體的界面在某些介質(zhì)作用下也可能被破壞。

熱老化與氧化老化。 電線在長期使用過程中會經(jīng)歷熱老化和氧化老化。高溫環(huán)境（如汽車發(fā)動機艙、燈具內(nèi)部）會加速TPE分子鏈的運動和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致增塑劑揮發(fā)、氧化降解交聯(lián)，使材料逐漸變硬變脆，失去彈性?？寡躞w系的消耗殆盡會加速這一過程。脆化的材料在同樣大小的應(yīng)力下，更容易發(fā)生脆性斷裂。

臭氧龜裂。 雖然SEBS是飽和烴，其耐臭氧性遠(yuǎn)優(yōu)于不飽和橡膠（如NR，SBR），但在高濃度臭氧環(huán)境和動態(tài)拉伸應(yīng)力的共同作用下，仍有可能發(fā)生臭氧龜裂。裂紋方向通常垂直于應(yīng)力方向，特征明顯。

安裝與使用不當(dāng)。 在線纜的安裝和使用過程中，過小的彎曲半徑、尖銳邊緣的切割、過度的拉伸、頻繁的扭折，都會在局部產(chǎn)生遠(yuǎn)超材料承受能力的應(yīng)力，導(dǎo)致機械性開裂。這種開裂往往發(fā)生在應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位。

下表列出了外部環(huán)境因素對TPE無鹵電線開裂的誘發(fā)作用：

一個典型的案例是某品牌筆記本電腦的電源適配器連接線，在靠近適配器端的彎折處頻繁開裂。經(jīng)分析，該位置是彎曲應(yīng)力最大的點，且TPE材料耐疲勞性一般。更關(guān)鍵的是，用戶習(xí)慣將線纜 tightly wound 纏繞在適配器上，造成了額外的扭應(yīng)力。解決方案是：一方面，與材料供應(yīng)商合作，換用耐疲勞性和耐蠕變性更優(yōu)的高性能TPE牌號；另一方面，重新設(shè)計線纜保護套的形狀，增加其柔性和支撐，并在產(chǎn)品說明中引導(dǎo)用戶避免緊纏繞。這種系統(tǒng)性的解決方案，同時考慮了材料、設(shè)計和使用習(xí)慣，才能從根本上解決問題。

四、 系統(tǒng)性的解決方案：從材料篩選到壽命管理

面對TPE無鹵電線的開裂問題，頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的方式往往難以根治，必須采取一套系統(tǒng)性的、預(yù)防性的綜合策略。這套策略應(yīng)貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、材料選擇、加工制造、質(zhì)量控制和最終使用的全生命周期。

材料層面的根本性優(yōu)化。 源頭管控是最有效的手段。在選擇或指定TPE材料時，應(yīng)進行嚴(yán)格的評估，而非僅關(guān)注成本和基本阻燃等級。評估應(yīng)包括：分子量及其分布（GPC測試）、熔指（反映加工流動性）、力學(xué)性能（拉伸強度、斷裂伸長率、永久變形）、熱老化性能（在烘箱中老化規(guī)定時間后性能保持率）、以及最關(guān)鍵的環(huán)境應(yīng)力開裂性能測試。對于ESCR測試，可以參考ASTM D1693標(biāo)準(zhǔn)，使用一定彎曲應(yīng)變下的標(biāo)準(zhǔn)試條，浸泡在特定試劑（如Igepal溶液）中，觀察規(guī)定時間內(nèi)出現(xiàn)開裂的比率。選擇那些ESCR性能優(yōu)異的材料。與可靠的材料供應(yīng)商建立戰(zhàn)略合作，要求其提供完整的技術(shù)數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)表，并保持配方穩(wěn)定性。

加工工藝的精細(xì)化控制。 建立科學(xué)的工藝窗口并嚴(yán)格執(zhí)行。通過DSC（差示掃描量熱法）分析確定TPE的加工溫度范圍。在生產(chǎn)中，使用熔體壓力傳感器和溫度傳感器實時監(jiān)控擠出狀態(tài)。優(yōu)化螺桿組合設(shè)計，避免過度剪切。嚴(yán)格控制冷卻工藝，采用梯度降溫或溫水冷卻，最大限度減少內(nèi)應(yīng)力。定期校準(zhǔn)溫控儀表和測量設(shè)備。對操作工進行系統(tǒng)培訓(xùn)，使其理解每個工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的深遠(yuǎn)影響。

完善的質(zhì)量控制與檢測體系。出廠檢驗不能僅僅停留在導(dǎo)通性和耐壓測試上。應(yīng)建立更全面的檢測項目：熱延伸試驗評估交聯(lián)度（如果適用）和耐熱變形性；卷繞試驗或彎曲試驗評估柔韌性；針對性的環(huán)境應(yīng)力開裂試驗（可用實際可能接觸的介質(zhì)進行模擬）；以及長期老化壽命評估。對每批來料進行熔指和基本物性測試，確保材料穩(wěn)定性。利用顯微鏡定期抽查絕緣層截面，觀察是否有氣泡、雜質(zhì)或塑化不均現(xiàn)象。

科學(xué)的線纜結(jié)構(gòu)設(shè)計與使用引導(dǎo)。 在線纜設(shè)計階段，充分利用CAE軟件模擬線纜在彎曲、扭曲狀態(tài)下的應(yīng)力分布，優(yōu)化絕緣厚度和導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在容易應(yīng)力集中的部位（如連接器端口）設(shè)計合理的應(yīng)變消除結(jié)構(gòu)。在產(chǎn)品說明書和用戶指南中，明確告知用戶正確的使用、收納和清潔方法，避免接觸有害化學(xué)物質(zhì)和機械濫用。

預(yù)防TPE無鹵電線開裂，是一個需要多部門協(xié)作的系統(tǒng)工程。它要求設(shè)計工程師懂材料，工藝工程師懂設(shè)計，質(zhì)量工程師懂失效分析。通過構(gòu)建這樣一個閉環(huán)的質(zhì)量管理體系，才能持續(xù)生產(chǎn)出可靠耐用的電線電纜產(chǎn)品，贏得市場信任。

常見問題

問：如何快速判斷電線開裂是材料問題還是工藝問題？

答：一個初步的判別方法是觀察開裂的形態(tài)和位置。如果開裂具有普遍性，同一批次的多根線纜在同一位置或隨機位置出現(xiàn)類似裂紋，且裂紋形態(tài)相似，則材料本身存在問題（如配方缺陷、批次不穩(wěn)定）的可能性較大。如果開裂僅發(fā)生在個別線纜的特定位置（如固定距離的節(jié)疤處、靠近連接器處），且與加工過程中的張力、冷卻或模具結(jié)構(gòu)有明顯關(guān)聯(lián)，則工藝問題（如內(nèi)應(yīng)力過大、機械損傷）的概率更高。最可靠的方法是對開裂樣品和同批次完好樣品進行對比性實驗室分析，如熱重分析、紅外光譜、力學(xué)性能測試，觀察材料本身是否已發(fā)生降解或性能劣化。

問：為什么有些電線在冬天更容易開裂？

答：這主要與TPE材料的低溫脆性有關(guān)。TPE和其他高分子材料一樣，存在一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于其Tg時，材料從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，柔韌性大大降低，變得硬而脆。此時，線纜在彎曲、扭折或受到?jīng)_擊時，材料無法通過形變來吸收能量，更容易發(fā)生脆性斷裂，產(chǎn)生裂紋。因此，對于可能在低溫環(huán)境下使用的線纜，在選擇TPE材料時，必須特別關(guān)注其低溫彎曲性能或脆化溫度，選擇Tg更低的材料牌號。

問：回收料的使用對TPE電線開裂有影響嗎？

答：有顯著影響，通常是不利的。回收料通常已經(jīng)經(jīng)歷過一次甚至多次的熱歷史和剪切歷史，其分子鏈可能已經(jīng)發(fā)生了一定程度的降解，分子量下降，力學(xué)性能（尤其是韌性和伸長率）會劣化。同時，回收料中可能混有雜質(zhì)或其他不相容的聚合物，這些都會成為應(yīng)力集中點，顯著增加開裂的風(fēng)險。在可靠性要求高的無鹵電線產(chǎn)品中，應(yīng)嚴(yán)格限制或避免使用回收料。如果必須使用，需要進行嚴(yán)格的性能評估和驗證，并控制添加比例。

問：有沒有一些簡單的實驗可以現(xiàn)場評估TPE材料的抗開裂性能？

答：有幾種相對快速的方法。一是手動彎曲試驗：取一段擠出的線芯，在其最薄弱的部位（如分線處）進行反復(fù)彎折（如90度或180度），觀察需要多少次彎折才會出現(xiàn)裂紋，與已知性能良好的樣品進行對比。二是溶劑測試：用棉簽蘸取少量可能接觸的化學(xué)介質(zhì)（如一定濃度的酒精溶液），涂抹在線纜表面，并在一定張力下（如將線纜繞在一定直徑的圓棒上）放置一段時間，觀察表面是否出現(xiàn)發(fā)白、溶脹或裂紋。這些方法雖然不能替代標(biāo)準(zhǔn)的實驗室測試，但可以作為現(xiàn)場快速篩選和問題初步判斷的有效手段。

問：針對耐油、耐化學(xué)性要求高的場合，應(yīng)選擇哪種類型的TPE？

答：標(biāo)準(zhǔn)SEBS基的無鹵TPE的耐油性和耐化學(xué)藥品性通常較差。對于要求較高的場合，應(yīng)考慮其他類型的TPE。TPV（熱塑性動態(tài)硫化橡膠），特別是EPDM/PP型的TPV，通常具有優(yōu)于SEBS基TPE的耐油、耐化學(xué)品性能。更高級的選擇是TPU（熱塑性聚氨酯），其對油、脂和許多溶劑的耐受性非常出色。但需要注意的是，TPU的硬度通常較高，手感不如SEBS基TPE柔軟，且可能更容易產(chǎn)生濕氣水解問題。選擇材料必須基于具體的應(yīng)用場景，在耐化學(xué)性、柔韌性、成本等因素之間取得平衡。

本文基于大量現(xiàn)場失效分析案例的總結(jié)，旨在為讀者提供一個分析問題和解決問題的系統(tǒng)性框架。每個具體的開裂案例都有其獨特性，建議在采取重大變更前，進行充分的實驗驗證。