額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線和電纜老化后護套的機械性能檢測

交聯(lián)聚烯烴材料因其優(yōu)異的電氣性能、耐熱性和機械強度，廣泛應(yīng)用于額定電壓450/750V及以下的電線和電纜中。作為電纜結(jié)構(gòu)的外層，護套直接承受外界環(huán)境的各種應(yīng)力，其長期性能，特別是在經(jīng)歷熱、氧等老化因素后的機械性能保持率，是評估電纜使用壽命和安全可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。

1. 檢測項目與方法原理

老化后護套機械性能檢測的核心是評估其在模擬長期使用條件（加速老化）后，抗拉強度和斷裂伸長率的保留程度。

1.1 熱空氣老化試驗

• 方法概述：將護套啞鈴試片或管狀試段置于規(guī)定溫度和時間的老化箱中，使其在高溫和空氣循環(huán)作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，模擬長期熱老化過程。

• 原理：聚烯烴材料在熱和氧氣的作用下會發(fā)生分子鏈的斷裂（降解）和/或交聯(lián)，導(dǎo)致材料變脆或變硬。通過比較老化前后試樣的機械性能，可以評估材料的耐熱老化能力。

• 關(guān)鍵參數(shù)：老化溫度通常根據(jù)材料類型在100℃至135℃之間選擇；老化時間通常為7 x 24 h（168 h）或10 x 24 h（240 h），具體依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.2 機械性能測試
老化試驗結(jié)束后，在標(biāo)準(zhǔn)實驗室環(huán)境下調(diào)節(jié)試樣，隨后進行拉伸試驗。

• 抗拉強度測試：

  • 方法：將啞鈴狀試樣夾持在拉力試驗機的上下夾具中，以恒定的速度拉伸直至斷裂。

  • 原理：記錄試樣在斷裂過程中承受的大拉力，除以試樣的原始小橫截面積，得到抗拉強度（單位：MPa）。該指標(biāo)反映材料抵抗拉伸破壞的能力。

• 斷裂伸長率測試：

  • 方法：在拉伸試驗的同時，測量試樣斷裂時標(biāo)線間的伸長量。

  • 原理：斷裂伸長率是試樣斷裂時的伸長量與原標(biāo)距長度的百分比（%）。它反映了材料在斷裂前的韌性或塑性變形能力。

• 老化后性能變化率計算：

  • 分別計算老化后與老化前的抗拉強度和斷裂伸長率的中間值。

  • 抗拉強度變化率 = [(老化后值 - 老化前值) / 老化前值] x 100%

  • 斷裂伸長率變化率 = [(老化后值 - 老化前值) / 老化前值] x 100%

  • 標(biāo)準(zhǔn)通常對變化率的允許范圍有明確規(guī)定（例如，±25%或±30%）。

2. 檢測范圍與應(yīng)用領(lǐng)域

該檢測適用于所有使用交聯(lián)聚烯烴（如交聯(lián)聚乙烯XLPE、交聯(lián)聚烯烴XLPO）作為護套材料的450/750V及以下電纜，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：

• 建筑布線：用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑的固定敷設(shè)用電纜，如阻燃電纜（ZR）、無鹵低煙電纜（WDZ）。老化后性能直接影響火災(zāi)情況下線路的完整性。

• 控制電纜：用于電器、儀表接線，在變電站、工廠自動化系統(tǒng)中大量使用，要求護套在長期運行溫度下保持柔韌性。

• 設(shè)備內(nèi)部接線：家用電器、小型電動工具等設(shè)備的內(nèi)部連接線，工作環(huán)境可能存在持續(xù)溫升。

• 軌道交通車輛用電纜：機車車輛內(nèi)部的配電和控制電纜，需承受振動和較高環(huán)境溫度，對老化后機械性能有嚴(yán)格要求。

• 新能源領(lǐng)域：如光伏電纜，長期暴露于戶外紫外線和高溫環(huán)境中，耐老化性能至關(guān)重要。

3. 檢測標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

檢測活動嚴(yán)格遵循國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的可比性和性。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60811-501：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 - 第501部分：機械性能試驗 - 熱老化試驗。

  • IEC 60811-1-1：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 - 第1-1部分：一般應(yīng)用 - 厚度和外形尺寸測量 - 機械性能試驗。

  • EN 50395：低壓電纜的電氣試驗方法。

  • EN 50396：低壓電纜的非電氣試驗方法。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 2951.11：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法—厚度和外形尺寸測量—機械性能試驗（等同采用IEC 60811-1-1）。

  • GB/T 2951.12：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法—熱老化試驗方法（等同采用IEC 60811-501）。

  • GB/T 5023：額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜。

  • JB/T 10491：額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線和電纜（針對特定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）。

標(biāo)準(zhǔn)中詳細規(guī)定了試樣的制備、老化條件、試驗步驟、結(jié)果計算和驗收要求。

4. 檢測儀器與設(shè)備

完成上述檢測需依賴一系列專用儀器。

• 熱空氣老化箱：

  • 功能：提供恒定、均勻的高溫環(huán)境，并伴有強制空氣循環(huán)，以確保箱內(nèi)溫度場均勻，加速試樣氧化。

  • 技術(shù)要求：溫度控制精度需達到±1℃或更高；具備超溫保護功能；空氣置換率符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

• 拉力試驗機：

  • 功能：用于測量護套材料的抗拉強度和斷裂伸長率。

  • 技術(shù)要求：具有合適的負荷量程；夾具能有效夾持試樣且防止打滑或損傷；橫梁移動速度可調(diào)并能保持恒定（通常為250 mm/min ± 50 mm/min）；配備精度滿足要求的力值傳感器和伸長測量裝置（如引伸計或大變形跟蹤器）。

• 測厚儀：

  • 功能：精確測量啞鈴試片的厚度，用于計算橫截面積。

  • 技術(shù)要求：可采用千分尺或光學(xué)測厚儀，分辨率至少達到0.01mm，測量壓力符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以避免壓縮試樣。

• 標(biāo)距劃線器/沖片機：

  • 功能：在啞鈴試樣上標(biāo)記原始標(biāo)距，或直接從護套上沖裁出標(biāo)準(zhǔn)啞鈴試片。

  • 技術(shù)要求：劃線器刻線清晰、精確；沖片機刀口鋒利，能沖出邊緣光滑、無毛刺的標(biāo)準(zhǔn)試樣。

• 試樣裁刀：

  • 功能：用于從扁平電纜護套上裁取標(biāo)準(zhǔn)尺寸的啞鈴狀試樣。

  • 技術(shù)要求：尺寸和公差嚴(yán)格符合GB/T 2951.11或IEC 60811-1-1的規(guī)定。

通過系統(tǒng)性地執(zhí)行上述檢測項目，并嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可以科學(xué)、準(zhǔn)確地評估額定電壓450/750V及以下交聯(lián)聚烯烴絕緣電線和電纜護套材料的長期耐久性，為產(chǎn)品質(zhì)量控制、材料研發(fā)和工程選型提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。