额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电线和软线固定布线用电缆电线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线和软线固定布线用电缆电线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）因其优异的电气绝缘性能、耐化学腐蚀性和加工灵活性，广泛应用于额定电压450/750V及以下的电缆电线和软线的绝缘及护套材料。然而，PVC在长期使用过程中会受到热、氧、光等环境因素的影响而发生老化，导致其力学性能，特别是抗张强度和断裂伸长率下降，直接影响电缆的使用寿命和安全可靠性。因此，对护套材料进行老化后的力学性能检测至关重要。

1. 检测项目：方法与原理

本检测项目核心为“护套老化后抗张强度”与“护套老化后断裂伸长率”。检测流程通常包括制样、老化处理、状态调节和力学测试四个主要环节。

1.1 热老化试验

• 原理：模拟材料在长期使用过程中因热效应导致的氧化降解过程。将试样置于规定温度的老化箱内，保持规定时间，加速材料的老化。高温会促使PVC分子链发生断裂和交联，并可能导致增塑剂的挥发或氧化，从而改变其力学性能。

• 方法：从成品电缆上小心剥离护套，制备成规定的哑铃试片。将试片悬挂于空气循环老化箱中，根据标准要求设定老化温度（如80℃±2K、100℃±2K、113℃±1K等）和老化时间（通常为7x24h=168h）。老化结束后，取出试片在标准实验室环境（如23℃±2℃，相对湿度50%±10%）下进行状态调节，不少于16小时。

1.2 抗张强度与断裂伸长率测试

• 原理：

  • 抗张强度：指试样在拉伸试验过程中，单位截面面积上所承受的大拉力。它反映了材料抵抗拉伸破坏的能力。计算公式为：δ = F / (b * d)，其中δ为抗张强度（MPa），F为大拉力（N），b为试片狭窄平行部分的宽度（mm），d为试片厚度（mm）。

  • 断裂伸长率：指试样在拉断时，标线间距的伸长量与原始标距的百分比。它反映了材料的韧性或塑性变形能力。计算公式为：ε = (L - L₀) / L₀ * 100%，其中ε为断裂伸长率（%），L为试样断裂时标线间的距离（mm），L₀为原始标距（mm）。

• 方法：将经过状态调节的老化后试片，以及作为对比的未老化试片，在拉力试验机上进行测试。在试片的平行部分标记标线，将其两端夹持在试验机的夹具上。启动试验机，以恒定的速度（如250mm/min ± 50mm/min）拉伸试片，直至断裂。试验过程中，设备自动记录拉力-位移曲线，并据此计算出抗张强度和断裂伸长率。终结果通常取一组试样的中位数。

2. 检测范围与应用领域

此检测适用于所有使用PVC作为护套材料的额定电压450/750V及以下的电缆电线产品，其主要应用领域及检测需求包括：

• 建筑布线：用于建筑物内固定安装的电力配送线路，如BV线、BVR线等。检测需求在于确保电缆在长期敷设于墙内、管道中，承受环境温度变化时，护套仍能保持必要的机械强度和保护作用。

• 电器内部配线：用于各种家用电器、办公设备的内部固定布线。需要验证其在设备长期运行产生的内部热量环境下，护套材料不会过早脆化开裂。

• 控制电缆与信号电缆：用于控制系统和信号传输的固定敷设电缆。护套的力学性能完整性对于防止外部机械损伤、保障系统稳定运行至关重要。

• 软线（Cables for flexible use）：虽然用于移动场合，但其护套同样需要评估耐热老化性能，以应对使用中可能接触的热源（如靠近发热体）或自身电流热效应。

3. 检测标准：国内外规范

检测活动必须严格遵循相关标准规范，以确保结果的可比性和性。

• 标准：

  • IEC 60227（聚氯乙烯绝缘电缆电线系列标准）和 IEC 60245（橡皮绝缘电缆系列标准，部分包含PVC护套）。其中引用的 IEC 60811-501 详细规定了绝缘和护套材料的通用试验方法——机械性能试验，而热老化试验方法则参照 IEC 60811-402。

• 中国标准：

  • GB/T 5023（额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆）和 JB/T 8734（额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电线和软线）。这些产品标准直接引用了 GB/T 2951.11 和 GB/T 2951.12（等同采用IEC 60811-501和IEC 60811-402），作为老化后力学性能检测的试验方法依据。

  • GB/T 1040（塑料 拉伸性能的测定）提供了塑料材料拉伸试验的通用原则，可作为方法理解的补充。

• 标准核心要求：标准不仅规定了试验步骤，还明确了老化条件（温度、时间）的选择依据，以及老化后性能变化的考核指标。例如，标准通常要求老化后的抗张强度和断裂伸长率相对于老化前的保留率不能低于规定值（如抗张强度变化率|ΔTS| ≤ 25%，断裂伸长率变化率|ΔEB| ≤ 40%，且老化后断裂伸长率小值不低于150%等具体数值，需依据具体产品标准）。

4. 检测仪器：主要设备及功能

4.1 空气循环热老化试验箱

• 功能：提供均匀、稳定且可控的高温环境，用于加速试样的热氧老化过程。

• 关键参数：

  • 温度范围：至少覆盖室温至300℃。

  • 温度波动度：通常要求≤±1K或±2K（根据标准选定）。

  • 温度均匀性：箱内各点温度差异需在规定范围内（如≤±2K）。

  • 空气置换率：保证箱内空气持续更新，带走老化产生的挥发性物质，通常为每小时8至20次。

  • 转盘系统（可选）：使试样在箱内旋转，进一步增强温度均匀性。

4.2 拉力试验机（电子式）

• 功能：对标准哑铃试片施加恒定速度的轴向拉伸力，直至其断裂，并精确测量过程中的力值和位移。

• 关键部件与参数：

  • 负荷传感器：测量施加的拉力，量程和精度需满足测试要求（通常精度优于±1%）。

  • 位移编码器/引伸计：精确测量夹具间距或试片标距内的真实变形。对于精确测量断裂伸长率，使用非接触式视频引伸计或接触式夹持引伸计是推荐做法。

  • 控制系统：能够设定并保持恒定的横梁移动速度。

  • 数据采集与处理软件：自动记录力-位移曲线，识别大拉力、断裂点，并依据输入的试样尺寸自动计算抗张强度和断裂伸长率。

4.3 辅助设备

• 测厚仪：用于精确测量哑铃试片狭窄平行部分的厚度，精度通常要求达到0.01mm。

• 冲片机：用于从电缆护套上冲裁出标准形状的哑铃试片。

• 标线器：用于在试片平行部分划上精确的原始标距线。

综上所述，对额定电压450/750V及以下PVC电缆电线护套进行老化后的抗张强度与断裂伸长率检测，是一个系统化的质量评估过程。它通过模拟长期热老化，定量评估材料关键力学性能的衰减程度，为预测电缆使用寿命、保障电力传输安全以及指导材料配方改进提供了不可或缺的科学依据。严格的检测必须依托于规范的试验方法、明确的考核标准以及可靠的检测仪器。