0.6/1kV電力電纜用阻燃聚乙烯護套機械性能試驗初探

安徽宇測線纜質(zhì)檢技術(shù)有限公司 周光亞 華齊東 張榮鵬 田兆云

隨著國家西北部工業(yè)化推進帶動了低壓電力電纜的需求，低壓電力電纜在設(shè)計時會考慮到地理環(huán)境因素和環(huán)保要求，比如耐低溫、防水、阻燃等方面因素。因此，阻燃聚乙烯護套近年來被廣泛應(yīng)用。阻燃聚乙烯護套在進行成品機械性能試驗時，往往會因取樣、試樣制備、拉伸速度以及設(shè)備等因素影響試驗結(jié)果，本文就針對影響阻燃聚乙烯護套啞鈴試件機械性能試驗結(jié)果穩(wěn)定性進行分析。

1 阻燃聚乙烯護套機械性能試驗方法

1.1 試驗方法

試驗方法總體上按照GB/T2951.11-2008/IEC 60811-1-1:2001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》標準進行，即：在制取好的試件上（有效試件5個）進行機械拉力試驗，通過計算獲得結(jié)果。抗張強度σ=P/S，P 為試件拉伸至斷裂時最大負荷N，S 為試件截面、mm。

斷裂伸長率：測量斷裂時的兩個標記間的距離再除以原始標記距離。即ε=L1-L0/L0，L0為拉力前試件上標志線間距離（原始距離）、mm，L1為斷裂時試件標志線間距離、mm，然后分別取中間值。當有效數(shù)據(jù)的個數(shù)為奇數(shù)時中間值為正中間一個數(shù)值，當有效數(shù)據(jù)的個數(shù)為偶數(shù)時中間值為中間兩個數(shù)值的平均值。

1.2 試驗條件和設(shè)備

試驗室應(yīng)有空調(diào)控制空間的溫濕度，試驗室內(nèi)應(yīng)明亮（光照度應(yīng)≥250lux）；試件應(yīng)在護套擠出后存放至少16h，在（23±5）℃溫度下存放至少3h，有疑問時應(yīng)在（23±2）℃溫度下存放至少3h；使用的主要設(shè)備有JDL-500N 型電子拉力試驗機、削片機、啞鈴刀、伸率尺、直尺、標記章。

1.3 試驗步驟

1.3.1 取樣

從每個被測試電纜或軟線試樣或取自電纜的護套試樣上切取足夠長度的樣段，供制取老化前機械性能試驗用試件至少5個、和供電纜標準對護套材料規(guī)定老化后試驗用所需試件至少5個的數(shù)量。應(yīng)注意制備每個試件的取樣長度要求100mm。有機械損傷的任何試樣均不得用于試驗。因為由于受到機械損傷會導致試驗計算數(shù)據(jù)的偏差，最終因試驗數(shù)據(jù)的偏差，造成檢驗結(jié)果不合格。

1.3.2 試件制備及處理

試件在做老化前后試驗時，根據(jù)成品電線電纜的外徑制備樣品試件，盡可能采用啞鈴試件。外徑偏小時制備管樁試片，外徑偏大時制備啞鈴片。制備啞鈴試件時，沿電纜軸線方向切開護套，剝離導電線芯。切取一窄條，將窄條內(nèi)的所有電纜元件全部除去。如果窄條內(nèi)有凸脊或壓印則應(yīng)磨平或削平。磨平或削平后試條的厚度應(yīng)不小于0.8mm、不大于2.0mm。如果不能獲得0.8mm 的厚度、允許最小厚度為0.6mm。而對于PE 和PP 護套，阻燃聚乙烯護套屬于PE 材料，只能采取削平（即放入削片機中先粗削后細削），如果護套比較厚且兩面均光滑，啞鈴試件無需削到2.0mm。

拉力試驗前，在每個啞鈴試件的中間部位應(yīng)印上兩條標志線。其標志線之間的距離：I 號大啞鈴試件標志線之間的距離為20mm；II 號小啞鈴試件標志線之間的距離為10mm。制取啞鈴試片，提高試驗結(jié)果的可靠性，建議采用下列措施：啞鈴刀要求非常鋒利、不能有缺口，以減少試件的缺陷；在試條和底板之間放置一硬紙板或其他適當?shù)膲|片。墊片在沖切過程中可能被沖破。但不會被啞鈴刀完全切斷；應(yīng)避免試件兩邊的毛刺。對于有可能沖出帶毛刺的啞鈴試件的材料，建議采取下列方法：沖模（特制的啞鈴刀）兩端應(yīng)有一個2.5mm 寬、2.5mm 高的凹槽；沖制的啞鈴片兩端仍與要求制備的試條連接在一起；采用相關(guān)設(shè)備，切掉多余的0.1mm 到0.15mm厚度以除去由啞鈴沖模引起可能出現(xiàn)的毛刺。

1.3.3 截面積的測量

啞鈴試件：每個試件的截面積是試件寬度和測量的最小厚度的乘積，試件的寬度和厚度應(yīng)按如下方法測量。

寬度：任意選取三個試件測量它們的寬度，取最小值作為該組啞鈴試件的寬度；如果對寬度的均勻性有疑問，則應(yīng)在三個試件上分別取三處測量其上、下兩邊的寬度,計算上、下測量處測量值的平均值。取三個試件的9個平均值中的最小值為該組啞鈴試件的寬度。如還有疑問，應(yīng)在每個試件上測量寬度（因啞鈴試件寬度在測量中有誤差，建議可對啞鈴刀的寬度進行校準控制）。

厚度：每個試件的厚度取拉伸區(qū)域內(nèi)三處測量值的最小值。應(yīng)使用光學儀器或指針式測厚儀進行測量，測量時接觸壓力不超過7N/cm2。測量厚度的誤差應(yīng)不大于0.01mm，測量寬度時的誤差應(yīng)不大于0.04mm。或者也可使用接觸壓力不大于2N/cm2的指針式測厚度儀。

1.3.4 試樣的處理、試驗

熱塑性材料試件存放溫度（23±2）℃，如果有疑問，制備試件前所有材料或試條應(yīng)在（70±2）℃溫度下放置24h；使用試驗機的夾頭把試件兩端分別夾在試驗機的夾頭上，設(shè)置好夾頭的移動速度，夾頭移動速度（25±5）mm/min，試件對稱并垂直地夾在拉力機，按下開始鍵、直至每個試件在標志線內(nèi)斷裂為止。分別依次拉斷5個試樣，測量并記錄最大拉力和斷裂時的兩標志線距離。在夾頭處拉斷的任何試件的試驗結(jié)果均應(yīng)作廢，必須在標志線內(nèi)拉斷方可有效。同時計算抗張強度和斷裂伸長率至少需4個有效數(shù)據(jù)，否則試驗失敗并重新制樣重做。

按照GB/T2951.11-2008/IEC60811-1-1:2001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》標準給定的方法計算。

2 試驗過程中容易影響試驗結(jié)果的常見問題

2.1 取樣及樣品制備對試驗結(jié)果影響

護套是擠包在電纜半成品上的，主要作用是保護線芯絕緣不受外力破壞，阻燃聚乙烯在擠塑過程中，因粘性大且緊密的包覆在電纜半成品上，特別是帶有金屬帶（鋼帶）鎧裝的電纜，護套內(nèi)側(cè)會有不平整現(xiàn)象，同時阻燃聚乙烯護套冷卻時材質(zhì)較硬，在制備樣品時常規(guī)的削片機受自身功率、刀片老化及滾輪等諸多因素影響，容易造成制備的樣品表面不平整或有滾輪印（圖1，a 削片后樣品），樣品的品質(zhì)會直接影響試驗的結(jié)果，特別是伸長率的結(jié)果（表1為同根樣品削平后有橫紋啞鈴試樣C 結(jié)果與表面平整光滑啞鈴試樣D 的試驗結(jié)果對比）。

圖1 削片后試樣

表1 一根電纜上取樣有橫紋與表面平整光滑的試驗結(jié)果對比

表1為同段樣品、同一位試驗員、同臺拉力機在同一個試驗環(huán)境下所測出的數(shù)據(jù)，只是試樣外觀表面處理不同，兩者測試結(jié)果明顯不一樣，平整光滑的試樣D 測試數(shù)據(jù)明顯優(yōu)越帶有橫紋啞鈴試樣C。

2.2 試樣標記線對試驗結(jié)果影響

做75mm 啞鈴試件的斷裂伸長率和抗張強度時，通常采用記號筆或油漆筆來標記20mm 的標記線（圖2，a 標記線），由于阻燃聚乙烯的伸長率好、由于標記線較粗，導致標記線會隨著材料拉伸而不斷的伸長，最終導致很難找到原始標記點，從而影響伸長率的讀數(shù)。對此也進行了伸長率試驗，試件用記號筆作標記線和用銅質(zhì)標記模作標記線試驗結(jié)果對比，記號筆試樣a、銅質(zhì)試樣b 標記線的斷裂伸長率(%)分別為415/402、405/404、412/408、410/397、418/401，其中間值分別為410、402。不難看出，檢測結(jié)果能夠反映數(shù)據(jù)讀取的變化。

圖2 試樣上標記線

通過對比不難看出，記號筆粗的標記線斷裂伸長率高于銅質(zhì)用標記線，這樣就給試驗數(shù)據(jù)的解讀帶來了誤差，容易造成數(shù)據(jù)的不客觀和試驗數(shù)據(jù)不科學性。所以，進行此類試驗時要求試驗員要正確處理試件的制備工作，做到檢測數(shù)據(jù)的客觀性和科學性。

2.3 試驗設(shè)備對試驗結(jié)果影響

通常電線電纜廠家會根據(jù)企業(yè)的規(guī)模或由對產(chǎn)品質(zhì)量的重視程度選擇配備相關(guān)試驗設(shè)備，當做具有阻燃聚乙烯護套物理機械性能時（斷裂伸長率和抗張強度），因拉伸速度較慢影響效率，有時會為了趕進度，會使用不同型號的拉力機來進行試驗，由于拉力機本身存在力值誤差，同時拉力機在校準時基本只校準力學性能，基本上沒有考慮到設(shè)備垂直的效果，加上有部分拉力機絲桿設(shè)計不同（圖3a，螺紋絲桿）以及拉伸速度不同導致拉伸時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，以上設(shè)備相關(guān)要求也可能影響試驗結(jié)果。

圖3 拉力試驗機機絲桿

通過表3數(shù)據(jù)的對比（試樣均在同一試件上制取）看出，傾斜試樣斷裂伸長率和抗張強度與對稱垂直試樣出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的差異。因此進行此類試驗時，試驗員要認真正確處理試樣在試驗過程中的細節(jié)工作，做到試驗數(shù)據(jù)的準確性、客觀性和科學性。

表3 對稱垂直試件和傾斜不對稱試驗結(jié)果對比

表4（試樣均在同一試件上制取）反映試件在試件進行拉伸試驗時應(yīng)設(shè)備或地面不平整狀態(tài)下和試件應(yīng)設(shè)備和地面平整狀態(tài)下所測量斷裂伸長率、抗張強度的結(jié)果，也可以看出測試結(jié)果出現(xiàn)變化。所以，進行拉伸試驗時，一定要選用質(zhì)量穩(wěn)定的設(shè)備且試驗環(huán)境良好的條件，只有這樣提供的檢測數(shù)據(jù)才能夠代表試驗的客觀性及準確性。

表4 抖動拉伸和平穩(wěn)拉伸試驗結(jié)果對比

3 影響試驗結(jié)果的預防控制措施

取樣及樣品制備的控制措施。在成品電纜上應(yīng)該選擇無任何損傷的護套作為樣品來取樣，同時阻燃聚乙烯冷卻后護套較硬，應(yīng)選用功率大且傳輸穩(wěn)定的削片機，且應(yīng)有粗削和細削功能，確保樣品削片后內(nèi)外表面平整光滑（圖1b，削片后樣品）；試樣標記線的控制措施。制備定尺為20mm 的銅質(zhì)標記模，在做標記時先沾白色或紅色印油后再蓋在啞鈴試件上（圖2，b 標記線），此標記線細，可降低拉伸后的讀數(shù)誤差。

試驗設(shè)備的控制措施。根據(jù)阻燃聚乙烯塑料最大拉力需要，設(shè)備應(yīng)選用500N 的拉力試驗機，且要求配備滾珠絲桿作為拉伸傳動來增加拉伸穩(wěn)定性（圖3，b 滾珠絲桿），在設(shè)備安裝后應(yīng)用水平儀進行測量平面和垂直水平；檢驗人員通過對標準的學習，對試驗有影響因素進行了必要的預防控制措施，阻燃聚乙烯護套機械性能試驗?zāi)芰γ黠@提升，經(jīng)過多次實驗室內(nèi)比對試驗，阻燃聚乙烯護套機械性能試驗結(jié)果準確、可靠有效。

綜上，通過多次試驗總結(jié)阻燃聚乙烯護套在進行老化前抗張強度和斷裂伸長率時，影響試驗結(jié)果的主要幾個控制點，希望對從事電線電纜試驗的人員提供參考。為確保試驗結(jié)果準確性、可靠性、科學性,建議定期與具有CNAS 實驗室或其他單位進行比對試驗或能力驗證，以不斷地提高試驗整體水平。