額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線固定布線用電纜電線護套老化后抗張強度與斷裂伸長率檢測技術研究

聚氯乙烯（PVC）因其優異的電氣絕緣性能、耐化學腐蝕性和加工靈活性，廣泛應用于額定電壓450/750V及以下的電纜電線和軟線的絕緣及護套材料。然而，PVC在長期使用過程中會受到熱、氧、光等環境因素的影響而發生老化，導致其力學性能，特別是抗張強度和斷裂伸長率下降，直接影響電纜的使用壽命和安全可靠性。因此，對護套材料進行老化后的力學性能檢測至關重要。

1. 檢測項目：方法與原理

本檢測項目核心為“護套老化后抗張強度”與“護套老化后斷裂伸長率”。檢測流程通常包括制樣、老化處理、狀態調節和力學測試四個主要環節。

1.1 熱老化試驗

• 原理：模擬材料在長期使用過程中因熱效應導致的氧化降解過程。將試樣置于規定溫度的老化箱內，保持規定時間，加速材料的老化。高溫會促使PVC分子鏈發生斷裂和交聯，并可能導致增塑劑的揮發或氧化，從而改變其力學性能。

• 方法：從成品電纜上小心剝離護套，制備成規定的啞鈴試片。將試片懸掛于空氣循環老化箱中，根據標準要求設定老化溫度（如80℃±2K、100℃±2K、113℃±1K等）和老化時間（通常為7x24h=168h）。老化結束后，取出試片在標準實驗室環境（如23℃±2℃，相對濕度50%±10%）下進行狀態調節，不少于16小時。

1.2 抗張強度與斷裂伸長率測試

• 原理：

  • 抗張強度：指試樣在拉伸試驗過程中，單位截面面積上所承受的大拉力。它反映了材料抵抗拉伸破壞的能力。計算公式為：δ = F / (b * d)，其中δ為抗張強度（MPa），F為大拉力（N），b為試片狹窄平行部分的寬度（mm），d為試片厚度（mm）。

  • 斷裂伸長率：指試樣在拉斷時，標線間距的伸長量與原始標距的百分比。它反映了材料的韌性或塑性變形能力。計算公式為：ε = (L - L?) / L? * 100%，其中ε為斷裂伸長率（%），L為試樣斷裂時標線間的距離（mm），L?為原始標距（mm）。

• 方法：將經過狀態調節的老化后試片，以及作為對比的未老化試片，在拉力試驗機上進行測試。在試片的平行部分標記標線，將其兩端夾持在試驗機的夾具上。啟動試驗機，以恒定的速度（如250mm/min ± 50mm/min）拉伸試片，直至斷裂。試驗過程中，設備自動記錄拉力-位移曲線，并據此計算出抗張強度和斷裂伸長率。終結果通常取一組試樣的中位數。

2. 檢測范圍與應用領域

此檢測適用于所有使用PVC作為護套材料的額定電壓450/750V及以下的電纜電線產品，其主要應用領域及檢測需求包括：

• 建筑布線：用于建筑物內固定安裝的電力配送線路，如BV線、BVR線等。檢測需求在于確保電纜在長期敷設于墻內、管道中，承受環境溫度變化時，護套仍能保持必要的機械強度和保護作用。

• 電器內部配線：用于各種家用電器、辦公設備的內部固定布線。需要驗證其在設備長期運行產生的內部熱量環境下，護套材料不會過早脆化開裂。

• 控制電纜與信號電纜：用于控制系統和信號傳輸的固定敷設電纜。護套的力學性能完整性對于防止外部機械損傷、保障系統穩定運行至關重要。

• 軟線（Cables for flexible use）：雖然用于移動場合，但其護套同樣需要評估耐熱老化性能，以應對使用中可能接觸的熱源（如靠近發熱體）或自身電流熱效應。

3. 檢測標準：國內外規范

檢測活動必須嚴格遵循相關標準規范，以確保結果的可比性和性。

• 標準：

  • IEC 60227（聚氯乙烯絕緣電纜電線系列標準）和 IEC 60245（橡皮絕緣電纜系列標準，部分包含PVC護套）。其中引用的 IEC 60811-501 詳細規定了絕緣和護套材料的通用試驗方法——機械性能試驗，而熱老化試驗方法則參照 IEC 60811-402。

• 中國標準：

  • GB/T 5023（額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜）和 JB/T 8734（額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線）。這些產品標準直接引用了 GB/T 2951.11 和 GB/T 2951.12（等同采用IEC 60811-501和IEC 60811-402），作為老化后力學性能檢測的試驗方法依據。

  • GB/T 1040（塑料 拉伸性能的測定）提供了塑料材料拉伸試驗的通用原則，可作為方法理解的補充。

• 標準核心要求：標準不僅規定了試驗步驟，還明確了老化條件（溫度、時間）的選擇依據，以及老化后性能變化的考核指標。例如，標準通常要求老化后的抗張強度和斷裂伸長率相對于老化前的保留率不能低于規定值（如抗張強度變化率|ΔTS| ≤ 25%，斷裂伸長率變化率|ΔEB| ≤ 40%，且老化后斷裂伸長率小值不低于150%等具體數值，需依據具體產品標準）。

4. 檢測儀器：主要設備及功能

4.1 空氣循環熱老化試驗箱

• 功能：提供均勻、穩定且可控的高溫環境，用于加速試樣的熱氧老化過程。

• 關鍵參數：

  • 溫度范圍：至少覆蓋室溫至300℃。

  • 溫度波動度：通常要求≤±1K或±2K（根據標準選定）。

  • 溫度均勻性：箱內各點溫度差異需在規定范圍內（如≤±2K）。

  • 空氣置換率：保證箱內空氣持續更新，帶走老化產生的揮發性物質，通常為每小時8至20次。

  • 轉盤系統（可選）：使試樣在箱內旋轉，進一步增強溫度均勻性。

4.2 拉力試驗機（電子式）

• 功能：對標準啞鈴試片施加恒定速度的軸向拉伸力，直至其斷裂，并精確測量過程中的力值和位移。

• 關鍵部件與參數：

  • 負荷傳感器：測量施加的拉力，量程和精度需滿足測試要求（通常精度優于±1%）。

  • 位移編碼器/引伸計：精確測量夾具間距或試片標距內的真實變形。對于精確測量斷裂伸長率，使用非接觸式視頻引伸計或接觸式夾持引伸計是推薦做法。

  • 控制系統：能夠設定并保持恒定的橫梁移動速度。

  • 數據采集與處理軟件：自動記錄力-位移曲線，識別大拉力、斷裂點，并依據輸入的試樣尺寸自動計算抗張強度和斷裂伸長率。

4.3 輔助設備

• 測厚儀：用于精確測量啞鈴試片狹窄平行部分的厚度，精度通常要求達到0.01mm。

• 沖片機：用于從電纜護套上沖裁出標準形狀的啞鈴試片。

• 標線器：用于在試片平行部分劃上精確的原始標距線。

綜上所述，對額定電壓450/750V及以下PVC電纜電線護套進行老化后的抗張強度與斷裂伸長率檢測，是一個系統化的質量評估過程。它通過模擬長期熱老化，定量評估材料關鍵力學性能的衰減程度，為預測電纜使用壽命、保障電力傳輸安全以及指導材料配方改進提供了不可或缺的科學依據。嚴格的檢測必須依托于規范的試驗方法、明確的考核標準以及可靠的檢測儀器。