额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆软线和软电缆绝缘老化后抗张强度、断裂伸长率检测

额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆软线和软电缆绝缘老化后抗张强度与断裂伸长率检测技术

橡皮绝缘电缆因其优异的柔韧性、耐热性和弹性，广泛应用于各种移动设备和固定敷设场合。绝缘材料在长期运行过程中会受到热、氧、臭氧等环境因素的作用而发生老化，导致其力学性能下降，进而影响电缆的使用寿命和安全性。因此，绝缘老化后的抗张强度与断裂伸长率是评价其耐久性和可靠性的关键性能指标。

1. 检测项目：方法与原理

本检测项目核心是评估橡皮绝缘材料在经过加速热老化试验后，其力学性能的保留程度。检测分为老化前性能测试、老化试验、老化后性能测试以及结果计算。

1.1 检测方法及原理

• 取样与制备：从成品电缆上小心剥取绝缘层，避免损伤。采用哑铃状试片（如IEC 60811-2014中规定的Type 1）或管状试片作为试样。哑铃状试片用于测试抗张强度和断裂伸长率，管状试片通常仅用于测试断裂伸长率。试样厚度应符合标准规定，通常为1.0mm±0.2mm。若绝缘厚度不足，可采取多层叠合的方式，但需确保各层之间紧密接触且无空气隙。

• 原始性能测试：在老化处理前，取一部分试样在（23±2）℃的标准环境下调节至少3小时后，进行抗张强度和断裂伸长率的测试，作为性能变化的基准值。

• 热空气老化试验：这是核心的加速老化程序。

  • 原理：利用高于正常工作温度的热空气，在密闭的烘箱中模拟材料在长期使用过程中的热氧化老化过程。通过提高温度（通常在70℃至135℃之间，根据材料类型选择）来加速材料内部聚合物的降解和交联反应，从而在较短时间内获得与长期自然老化相关的性能变化趋势。

  • 程序：将其余试样悬挂于热空气老化箱内，试样间应保持适当距离，确保空气自由流通。根据电缆标准（如GB/T 5013, IEC 60245）规定的老化温度和持续时间（通常为7 x 24小时 = 168小时）进行试验。老化箱内温度应均匀，波动范围控制在±2℃以内。老化结束后，取出试样并在（23±2）℃环境下冷却并调节至少16小时，方可进行下一步测试。

• 老化后性能测试：对经过热老化并调节后的试样，使用相同的测试条件进行抗张强度和断裂伸长率的测试。抗张强度（TS）是试样拉伸至断裂过程所受的大拉力除以试样原始截面积，单位MPa。断裂伸长率（EB）是试样断裂时标距的增量与原始标距的百分比。

• 结果计算与评定：

  • 抗张强度变化率（ΔTS）：ΔTS = [(TS₁ - TS₀) / TS₀] × 100%

  • 断裂伸长率变化率（ΔEB）：ΔEB = [(EB₁ - EB₀) / EB₀] × 100%

  • 中间值计算：对每组有效试样（通常不少于5个）的测试结果，分别计算抗张强度和断裂伸长率老化前后的中间值。

  • 评定：将计算出的ΔTS和ΔEB的中间值与产品标准（如GB/T 5013.1-2008, IEC 60245-1:2003）中规定的允许变化范围进行比较。例如，对于一般橡皮绝缘，断裂伸长率变化率的绝对值通常要求不超过±40%，抗张强度变化率不超过±25%。

1.2 其他相关检测方法

• 空气弹老化试验：在特定压力（如0.55 MPa）和温度的氧气或空气环境中进行老化，条件更为严酷，用于评估材料在高压富氧环境下的耐老化性能。

• 氧弹老化试验：在纯氧高压环境下进行，是评估耐油橡皮绝缘或特定合成橡胶耐老化性的方法。

2. 检测范围：应用领域与需求

额定电压450/750V及以下的橡皮绝缘软线和软电缆广泛应用于以下领域，各领域对绝缘材料的老化后性能有特定要求：

• 重型移动设备：如港口机械、矿山机械、建筑工地用电缆（如YCW型）。这些电缆频繁移动、弯曲并暴露于恶劣气候和机械应力下，要求绝缘在高温和臭氧老化后仍能保持足够的柔韧性和伸长率，防止开裂。

• 家用电器和电动工具：电源连接线和内部配线（如GB/T 5013中的YZ、YZW系列）。要求绝缘在长期发热和可能的过载情况下，力学性能不急剧劣化，确保使用安全。

• 轨道交通：机车车辆用电缆。除了耐热老化，还需考虑耐油、阻燃等特殊要求，老化后性能是评估其使用寿命的重要依据。

• 临时供电与舞台灯光：频繁收放和拖拽，要求电缆绝缘具有极佳的耐曲挠性和抗老化能力，断裂伸长率的保持率是关键指标。

• 船舶和近海设施：船用电缆需耐受高温、高湿和盐雾环境，其橡皮绝缘的老化性能直接影响船舶的电气安全。

3. 检测标准：国内外规范

检测活动必须严格遵循相关标准（GB/T）、标准（IEC）或其他区域性标准。

• 基础方法标准：

  • GB/T 2951.11-2008 / IEC 60811-1-1:2001：《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》。此标准详细规定了绝缘和护套的抗张强度与断裂伸长率的试验方法，包括哑铃试片和管状试片的制备、试验步骤和结果计算。

  • GB/T 2951.12-2008 / IEC 60811-1-2:1985：《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》。此标准规定了热空气老化试验的设备、条件和程序。

• 产品标准：

  • GB/T 5013-2008 / IEC 60245-1:2003：《额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆》。该系列标准是橡皮绝缘电缆的产品标准，其第1部分：一般要求（GB/T 5013.1 / IEC 60245-1）中明确规定了各种型号电缆的橡皮绝缘在经过热老化试验后，抗张强度和断裂伸长率变化率的允许极限值。

  • 其他地区标准：如UL 62（美国）、EN 50525（欧洲）等也包含了针对橡皮绝缘电缆的相关老化与机械性能要求。

4. 检测仪器：主要设备及功能

• 热空气老化箱：

  • 功能：提供持续、稳定且均匀的高温环境，用于试样的加速热老化。

  • 关键要求：温度控制精度高（如±1℃至±2℃），箱内空气循环良好以确保温度均匀性，具有超温保护和计时功能。老化箱的材质应耐腐蚀，且不应使用铜或铜合金制造内胆，以防催化橡胶老化。

• 电子拉力试验机：

  • 功能：用于拉伸试样直至断裂，并精确测量过程中的拉力和伸长量。

  • 关键要求：具有合适的量程（通常0-500N或1kN）和精度（不低于1级）。配备能自动计算并显示抗张强度、断裂伸长率等结果的软件。夹具应能有效夹持哑铃试片或管状试片，防止打滑或夹伤试样。试验速度应可调，并符合标准规定（通常哑铃试片为250 mm/min ± 50 mm/min，管状试片为25 mm/min ± 5 mm/min）。

• 测厚仪：

  • 功能：精确测量哑铃状试片狭窄平行部分的厚度或管状试片的壁厚，用于计算截面积。

  • 关键要求：分辨率至少达到0.01mm，测量压力符合标准（如1N至8N之间）。对于哑铃试片，需使用圆柱形测头；对于薄试片，可使用光学投影仪或激光测厚仪以获得更高精度。

• 标线器/冲片机：

  • 功能：标线器用于在哑铃试片上标记原始标距（通常为20mm或25mm）。冲片机用于从绝缘片材上冲裁出标准尺寸的哑铃状试片。

  • 关键要求：冲裁出的试片边缘应光滑、无毛刺，尺寸符合标准要求。标线应清晰、不易脱落且对试样无损伤。

通过上述系统的检测方法、严格的标准遵循和精密的仪器操作，可以科学、准确地评估额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆的绝缘材料在热老化条件下的耐久性能，为产品质量控制、材料研发和工程选型提供关键的技术依据。