额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电梯电缆和挠性连接用电缆护套老化后抗张强度、断裂伸长率检测

额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电梯电缆和挠性连接用电缆护套老化后抗张强度与断裂伸长率检测技术研究

聚氯乙烯（PVC）护套作为额定电压450/750V及以下电梯电缆和挠性连接用电缆的关键组成部分，其力学性能的耐久性直接关系到电缆的使用寿命和安全性。在长期使用过程中，护套材料会受到热、氧气、光照等多种环境因素的作用而发生老化，导致其抗张强度和断裂伸长率下降，进而引发开裂、脆化等失效现象。因此，对护套材料进行人工加速老化后的力学性能检测，是评估其质量与可靠性的核心环节。

1. 检测项目：方法与原理

检测项目主要聚焦于护套材料在经过规定条件的热空气老化试验后，其抗张强度和断裂伸长率的变化。

• 1.1 热空气老化试验

  • 原理：模拟材料在长期使用环境中受热和氧作用的老化过程。将试样置于规定温度（如电缆标准中常采用的80℃±2℃、100℃±2℃或135℃±2℃）和空气流速的恒温老化箱内，持续一段规定的时间（通常为7天 x 24小时 = 168小时）。在此过程中，聚合物分子链可能发生断链、交联或氧化反应，从而导致其力学性能发生不可逆的劣化。

  • 方法：从成品电缆上小心剥离护套，或使用与电缆护套相同配方的混炼胶压片制成的标准试片，悬挂于老化箱中，确保试样间有足够间距以保证空气流通。老化结束后，取出试样在标准实验室环境下（通常为23℃±2℃，50%±10%相对湿度）放置至少16小时，以进行状态调节。

• 1.2 抗张强度与断裂伸长率测试

  • 原理：

    • 抗张强度：指试样在拉伸试验中，直至断裂时所承受的大拉伸应力，单位为N/mm²或MPa。它反映了材料抵抗拉伸破坏的能力。

    • 断裂伸长率：指试样在拉断时，标线间的伸长量与原始标距的百分比。它反映了材料的柔韧性和韧性。

  • 方法：

    1. 制样：将状态调节后的老化试样及未经老化的对比试样，用哑铃状裁刀冲裁成标准形状（如IEC 60811系列标准中规定的哑铃片）。

    2. 测量：使用厚度计精确测量试样标距内的小厚度。在试样平行部分划出两条初始标线，间距通常为20mm或25mm。

    3. 测试：将试样对称地夹持在电子拉力试验机的上下夹具中。启动试验机，以恒定的夹头分离速度（对于PVC，通常为250mm/min ± 50mm/min）拉伸试样，直至断裂。

    4. 计算：

       • 抗张强度 TS = Fm / (w * t)
         (其中，Fm为大拉力，N；w为试样狭窄部分平行宽度，mm；t为试样小厚度，mm)

       • 断裂伸长率 E = 100% * (L - L0) / L0
         (其中，L为试样断裂时标线间的距离，mm；L0为原始标距，mm)

    5. 结果处理：通常取至少5个有效试样测试结果的中位数作为终结果。计算老化后抗张强度与断裂伸长率相对于老化前值的变化率（老化变化率%），并与标准要求进行比对。

2. 检测范围与应用需求

此项检测广泛应用于对电缆柔韧性、耐反复弯曲和耐环境老化有严格要求的领域。

• 电梯电缆：电梯随行电缆在运行中需要频繁弯曲、扭曲，并可能暴露于电梯井道中可能存在的较高温度环境。检测护套老化后的力学性能，可评估其在长期动态使用下是否仍能保持良好的机械保护性能和柔韧性，防止因护套脆化开裂导致内部绝缘损坏。

• 挠性连接用电缆：广泛应用于工业机器人、自动化设备、机床拖链、便携式电动工具等需要频繁移动、弯曲的场合。此类电缆护套必须承受极高的弯曲循环次数，老化后若抗张强度保留率不足或断裂伸长率大幅下降，极易在动态应力下产生裂纹，终导致电缆整体失效。

• 其他柔性设备电缆：如舞台灯光电缆、矿用移动电缆等，其护套的耐老化与耐机械疲劳性能同样至关重要。

3. 检测标准与规范

国内外标准对此类电缆护套的老化后性能均有明确规定。

• 标准：

  • IEC 60227（聚氯乙烯绝缘电缆） 和 IEC 60245（橡皮绝缘电缆） 系列标准中的相关部分，规定了电缆的一般测试要求。

  • IEC 60811-501：电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 - 第501部分：机械性能试验 - 拉伸强度和断裂伸长率试验。

  • IEC 60811-502：电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 - 第502部分：机械性能试验 - 聚乙烯和聚丙烯化合物专用试验 - 拉伸强度和断裂伸长率 after ageing。

  • 针对具体电缆类型，如电梯电缆，需参考 IEC 60245-4 等产品标准中对护套混合料的具体要求（如IE4型护套料）。

• 国内标准：

  • GB/T 5023（额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆） 和 GB/T 5013（额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆） 系列标准，等同采用IEC标准。

  • GB/T 2951.11：电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第11部分：通用试验方法—厚度和外形尺寸测量—机械性能试验。

  • GB/T 2951.12：电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第12部分：通用试验方法—热老化试验方法。

  • 对于电梯电缆，GB/T 5013.5 对电梯电缆用乙丙橡皮绝缘和氯丁橡胶或其他等效合成弹性体护套的性能要求做出了规定，其中包含了护套老化后的性能指标。

• 典型性能要求示例（以PVC护套为例，参考相关标准）：

  • 老化条件：通常为100℃ ± 2℃, 168小时。

  • 抗张强度变化率：|TS变化率| ≤ 25%。

  • 断裂伸长率变化率：|E变化率| ≤ 25%，且老化后断裂伸长率小值通常不低于150%。

  • （注：具体限值需根据电缆标准中规定的护套混合料类型严格执行。）

4. 检测仪器与设备

完成整套检测流程需要以下核心仪器：

• 热空气老化箱：

  • 功能：提供持续、稳定、均匀的高温环境。箱体应配备强制空气循环系统以确保温度均匀性（通常要求温度偏差≤±2℃），精确的温控系统（精度±1℃），以及必要的超温保护装置。老化箱内壁及支架应由耐腐蚀、不易催化材料制成。

• 电子拉力试验机：

  • 功能：用于进行拉伸试验。应具备足够的负荷容量（通常0.5kN至5kN范围即可满足），高精度的力值传感器（精度不低于1级）和位移测量系统。夹具应能有效夹持哑铃试样而不产生滑移或过早断裂。驱动系统应能提供恒定、无冲击的移动速度，速度可调范围需涵盖标准规定速度（如25mm/min至500mm/min）。

• 制样设备：

  • 哑铃状裁刀：用于冲裁标准形状的试样，其尺寸精度必须符合相关标准（如IEC 60811-501）的规定。

  • 测厚仪：用于精确测量试样的小厚度，通常为指针式或数显式千分尺，分辨率至少0.01mm，精度满足标准要求。

  • 标线器：用于在试样上划出清晰、准确的平行标线。

通过上述系统的检测方法、严格的标准依据和精密的仪器操作，可以科学、准确地评估额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电梯电缆和挠性连接用电缆护套材料的耐热老化性能，为电缆产品的质量控制、材料研发与选型提供关键的数据支持，确保其在预期使用寿命内的安全可靠运行。