额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆二芯或多芯屏蔽和非屏蔽软电缆高温压力试验检测

额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆二芯或多芯屏蔽和非屏蔽软电缆高温压力试验检测技术研究

高温压力试验是评定聚氯乙烯绝缘电缆在高温环境下绝缘层和护套抗变形能力的关键项目。该试验模拟电缆在长期高温使用或短期过载条件下，绝缘材料在机械压力作用下的性能稳定性，对于确保电缆在复杂工况下的安全运行至关重要。

1. 检测项目与方法原理

高温压力试验主要评估电缆的绝缘和护套在高温与机械压力共同作用下的抗压痕性能。其核心检测项目为高温压力下的压痕试验。

1.1 试验原理
将规定形状的冲头在特定温度下，以恒定压力垂直作用于静止状态下电缆的试样表面，保持规定时间。卸除压力并冷却后，测量试样上产生的压痕深度，或检查其恢复程度。压痕深度直接反映了聚氯乙烯材料在高温下的热塑性变形能力，深度越大，表明材料在高温下的抗变形能力越差，长期使用中因挤压导致绝缘变薄、电气性能下降的风险越高。

1.2 试验方法详述

• 试样制备： 从成品电缆上截取长度不小于150mm的直线段试样。对于绝缘线芯，需去除所有护层和屏蔽（如有时），直接对绝缘表面进行试验。对于护套，应在成品电缆的护套表面进行。

• 试验条件设定：

  • 试验温度： 根据电缆聚氯乙烯材料的型号确定。通常，PVC/C型为（80±2）℃，PVC/D型为（90±2）℃，PVC/E型为（105±2）℃。具体应依据产品标准规定。

  • 负载压力： 施加在冲头上的总压力根据试样直径计算，计算公式通常为：F = k × √(2δ - δ²)。其中，F为总压力（N），k为系数（N/mm），δ为绝缘或护套的平均厚度（mm）。系数k的值在相关标准（如GB/T 2951.31）中有明确规定。

  • 加压时间： 标准试验时间为（240±2）min，或根据特殊要求设定。

  • 冲头刀口尺寸： 冲头作用于试样的刀口宽度通常为（0.70±0.01）mm。

• 试验步骤：

  1. 将试样置于预热到规定温度的空气烘箱中，试样应水平放置在金属板上。

  2. 将装有冲头的压力装置一同放入烘箱预热。

  3. 待温度恢复稳定后，将压力装置对准试样表面的标记位置，平稳施加全部负载。

  4. 在规定的加压时间结束时，迅速（防止冷却过程中发生恢复）将试样从烘箱中取出，浸入冷水中冷却至接近室温。

  5. 卸除压力装置，从水中取出试样并擦干。

• 结果评定：

  • 压痕深度测量： 立即测量压痕深度，精确到0.01mm。其值不应超过产品标准规定的大允许值（例如，绝缘和护套厚度δ ≤ 0.6mm时，压痕深度不超过0.06mm；δ > 0.6mm时，不超过0.10mm）。

  • 恢复检查（可选）： 某些标准可能要求测量冷却规定时间（如1小时）后的压痕深度，以评估材料的弹性恢复性能。

2. 检测范围与应用领域

高温压力试验广泛应用于使用聚氯乙烯作为绝缘和/或护套材料的各类软电缆和硬电缆的质量控制与型式检验。

• 建筑布线系统： 检测用于住宅、商业楼宇和工业厂房内部布线的固定安装电缆（如GB/T 5023系列中的BV线、BVV线等）及其软电缆变体，评估其在电缆槽、管道中密集敷设时，长期承受上部电缆压力及环境高温（如屋顶空间）下的性能。

• 设备内部连接： 检测用于家用电器、办公设备、仪器仪表内部的二芯或多芯连接线，评估其在设备内部狭小空间、可能靠近热源（如电机、变压器）条件下，抵抗结构件挤压的能力。

• 动力与控制电缆： 检测用于机械设备、自动化生产线的屏蔽和非屏蔽软电缆，评估其在拖链、移动使用中与其它部件摩擦、挤压，并伴随自身发热时的耐久性。

• 信息传输电缆： 检测用于数据传输的聚氯乙烯护套电缆，确保其护套在安装和使用环境中的机械保护能力。

• 特殊环境应用： 对于预期用于高温环境（如锅炉房、热带地区）的电缆，此试验是验证其材料耐热等级和结构稳定性的必要手段。

3. 检测标准与规范

高温压力试验严格遵循和标准，确保检测结果的一致性和可比性。

• 标准：

  • IEC 60811-501: 《电缆和光缆的非金属材料试验方法 第501部分：机械性能试验—绝缘和护套通用热压试验》是上广泛接受的方法标准。

• 标准：

  • GB/T 2951.31: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第31部分：聚氯乙烯混合料专用试验方法—高温压力试验—抗开裂试验》 该标准等同于IEC 60811-501，是中国境内的核心执行标准。

• 产品标准引用：

  • GB/T 5023 《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》

  • GB/T 9330 《塑料绝缘控制电缆》

  • 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》
    这些产品标准在其“型式试验”项目中明确规定，电缆的绝缘和护套必须通过GB/T 2951.31规定的高温压力试验，并给出了具体的合格判据。

4. 检测仪器与设备功能

完成高温压力试验需要一套专用的检测系统。

• 高温压力试验装置：

  • 功能： 这是核心设备，用于在高温环境下对试样施加精确的机械压力。

  • 组成：

    1. 冲头组件： 包括一个带有规定宽度（如0.7mm）硬质金属刀口的冲头，以及施加负载的砝码或机械施力机构。

    2. 试样支架： 用于水平固定试样的金属平台或V形槽。

    3. 杠杆系统（可选）： 用于放大和精确传递砝码重量，实现对试样压力的微调。

• 电热空气烘箱：

  • 功能： 提供并维持稳定、均匀的试验环境温度。

  • 要求： 温度控制精度应达到±2℃或更高，内部空气应能循环以确保温度均匀性。容积需足够容纳压力装置和多个试样。

• 测量显微镜或数字式压痕深度仪：

  • 功能： 精确测量加压后试样表面的压痕深度。

  • 要求： 测量精度至少达到0.01mm，带有照明系统以便清晰观察压痕轮廓。数字式仪器通常具有更高的读数精度和便捷性。

• 试样制备工具：

  • 功能： 用于截取和预处理试样。

  • 组成： 包括电缆切割刀、厚度测量仪（用于测量δ值以计算负载）、标尺等。

综上所述，高温压力试验作为一项重要的材料机械-热性能检验，为额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆，特别是二芯或多芯屏蔽和非屏蔽软电缆的设计验证、生产控制和入网验收提供了科学依据，有效保障了电缆产品在预期使用寿命内的可靠性与安全性。