聚氯乙烯絕緣電纜電梯電纜和撓性連接用電纜絕緣老化前抗張強度與斷裂伸長率檢測

一、檢測原理

抗張強度與斷裂伸長率是評價聚氯乙烯（PVC）絕緣材料力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，直接關(guān)系到電纜在安裝、使用過程中承受機(jī)械應(yīng)力（如拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)）的能力。

1. 抗張強度：指試樣在拉伸試驗過程中，單位初始橫截面積上所承受的大拉力。其物理本質(zhì)是材料抵抗斷裂的大能力，反映了材料的內(nèi)聚強度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如分子鏈間作用力、結(jié)晶度、填充劑分散性）的完整性?？茖W(xué)依據(jù)在于材料在單軸拉伸應(yīng)力下，應(yīng)力-應(yīng)變曲線達(dá)到峰值時的應(yīng)力值。

2. 斷裂伸長率：指試樣在拉斷時，標(biāo)線間的伸長量與原始標(biāo)距的百分比。它表征材料的柔韌性和延展性，即材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。其原理在于高分子聚合物分子鏈在應(yīng)力作用下從卷曲狀態(tài)逐漸伸展、滑移，直至終斷裂的宏觀表現(xiàn)。對于電梯電纜和撓性連接電纜，高斷裂伸長率意味著優(yōu)異的耐反復(fù)彎曲、扭撓性能。

檢測通過在恒速運動的拉力試驗機(jī)上對標(biāo)準(zhǔn)化的啞鈴狀或管狀絕緣試樣施加軸向拉伸載荷，連續(xù)記錄力值與位移變化，直至試樣斷裂，從而計算得出上述兩項參數(shù)。

二、檢測項目

本檢測主要聚焦于絕緣材料在未經(jīng)歷人工熱老化前的初始力學(xué)性能，核心項目為：

1. 老化前抗張強度：測定絕緣材料在未經(jīng)老化處理時的大拉伸應(yīng)力。

2. 老化前斷裂伸長率：測定絕緣材料在未經(jīng)老化處理時的極限伸長變形能力。

作為關(guān)聯(lián)項目，通常在相同試驗中亦可獲得：
3. 定伸應(yīng)力：試樣拉伸至規(guī)定伸長率（如，200%）時所需的應(yīng)力，用以評價材料的模量特性。
4. 應(yīng)力-應(yīng)變曲線：完整描繪材料從彈性變形、屈服、塑性變形直至斷裂的全過程，提供更全面的力學(xué)行為信息。

三、檢測范圍

此項檢測適用于額定電壓450/750V及以下各類采用聚氯乙烯作為絕緣材料的電纜，特別是在動態(tài)使用場景下對柔韌性有高要求的電纜：

1. 電梯電纜：用于電梯、升降機(jī)等隨行移動設(shè)備的供電和控制，需承受頻繁彎曲、懸掛自重及可能的扭力。絕緣材料的抗張強度與斷裂伸長率直接影響其抗機(jī)械疲勞壽命和安全性。

2. 撓性連接用電纜：廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、自動化設(shè)備、機(jī)床、起重設(shè)備等需要頻繁移動、彎曲或扭轉(zhuǎn)的場合。高斷裂伸長率是保證其在復(fù)雜運動軌跡下絕緣層不開裂、不破損的關(guān)鍵。

3. 其他柔性設(shè)備線纜：如電焊機(jī)電纜、手持電動工具電纜等，同樣要求絕緣具備優(yōu)良的柔韌性和機(jī)械耐久性。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對PVC絕緣電纜的力學(xué)性能均有嚴(yán)格規(guī)定，但具體要求存在差異。

• 標(biāo)準(zhǔn)（IEC）：

  • IEC 60227-1（額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜 第1部分：一般要求）及后續(xù)各部分對絕緣料規(guī)定了老化前抗張強度中值不小于12.5 N/mm²，斷裂伸長率中值不小于150%。

  • IEC 60245-1（額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜 第1部分：一般要求）雖主要針對橡膠，但其對柔性電纜的測試方法有參考價值。對于特定柔性電纜如電梯電纜（IEC 60245-4中的YYY型），可能引用類似要求。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：

  • GB/T 5023（額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜）系列標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC 60227系列，因此技術(shù)要求與IEC一致。

  • 對于電梯電纜，GB/T 5013（額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜）系列等同采用IEC 60245系列。對于PVC絕緣的電梯和撓性連接電纜，具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 5013.8等）會明確其絕緣應(yīng)符合GB/T 5023.1或類似對絕緣料的要求，即抗張強度≥12.5 N/mm²，斷裂伸長率≥150%。

• 歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）：通常與IEC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，如EN 50214（電梯扁平隨行電纜）等會引用相關(guān)絕緣材料標(biāo)準(zhǔn)的要求。

• 美國標(biāo)準(zhǔn)（UL/ANSI）：如UL 62（軟線和電纜）等，對PVC絕緣材料的力學(xué)性能要求可能有所不同，例如對某些類型線纜可能要求更高的抗張強度或不同的測試條件。

對比分析：核心要求（如IEC與GB/T的12.5/150）在范圍內(nèi)趨于統(tǒng)一，但具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的適用類別、試樣制備細(xì)節(jié)、試驗環(huán)境條件（溫度、濕度）及允差可能存在細(xì)微差別。檢測時需嚴(yán)格依據(jù)產(chǎn)品宣稱符合的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

五、檢測方法

1. 試樣制備：

   • 絕緣啞鈴試片：從成品電纜上小心剝離絕緣層，用沖片機(jī)在絕緣薄片（厚度約0.8mm-2.0mm）上沖制標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀試片（通常為1型或2型）。確保試片表面平整、無缺陷、厚度均勻。

   • 管狀試樣：對于小截面電纜，可直接將一段適當(dāng)長度的絕緣線芯作為試樣，兩端加強以防夾持處滑脫或損壞。此時需精確測量絕緣的平均外徑和內(nèi)徑以計算截面積。

2. 標(biāo)距標(biāo)記：在啞鈴試片平行部分，或管狀試樣的中間部位，用標(biāo)線器劃兩條平行的標(biāo)線，間距通常為20mm或25mm。

3. 厚度測量：使用指針式或數(shù)字式厚度計，在啞鈴試片平行部分或管狀試樣標(biāo)距內(nèi)多點測量厚度，取小值或平均值用于計算截面積（寬度×厚度或π×（外徑-厚度）×厚度）。

4. 夾持與拉伸：

   • 將試樣對稱地夾持在拉力試驗機(jī)的上下夾具中，確保受力軸線與試樣中心線重合。

   • 啟動試驗機(jī)，以（250±50）mm/min的恒定速度拉伸試樣。對于彈性體材料速度可能不同，但PVC通常采用此速度。

   • 連續(xù)記錄拉力-伸長曲線，或至少記錄大拉力和斷裂時兩標(biāo)線間的距離。

5. 計算：

   • 抗張強度 TS (N/mm²) = F_max / A
     (F_max: 大拉力，N； A: 試樣初始小截面積， mm²)

   • 斷裂伸長率 E (%) = (L - L0) / L0 ×
     (L: 斷裂時標(biāo)距， mm； L0: 原始標(biāo)距， mm)

六、檢測儀器

1. 電子拉力試驗機(jī)：

   • 技術(shù)特點：采用伺服電機(jī)驅(qū)動，確保速度精確、平穩(wěn)。配備高精度力值傳感器（通常精度優(yōu)于±0.5%），和精密位移測量系統(tǒng)（光電編碼器或引伸計）。具有過載保護(hù)、自動返程等功能。

   • 數(shù)據(jù)采集與處理：內(nèi)置微處理器或連接計算機(jī)，能實時顯示應(yīng)力-應(yīng)變曲線，自動計算并輸出抗張強度、斷裂伸長率、定伸應(yīng)力等結(jié)果。

2. 制樣設(shè)備：

   • 啞鈴刀（沖片機(jī)）：硬度高、刃口鋒利，能沖裁出邊緣光滑、無毛刺的標(biāo)準(zhǔn)啞鈴試片。

   • 切片機(jī)：用于制備厚度均勻的絕緣薄片。

   • 測厚儀：分辨率至少0.01mm，測量面平整，壓力符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3. 標(biāo)線器：能精確控制標(biāo)距，劃線清晰不損傷試樣。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：每組有效試樣通常不少于5個。計算抗張強度和斷裂伸長率的中值（或平均值，視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）。剔除因夾持處附近斷裂或存在明顯缺陷導(dǎo)致的異常數(shù)據(jù)。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 直接比對：將計算出的抗張強度中值和斷裂伸長率中值與適用標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 5023.1）規(guī)定的低要求（如12.5 N/mm²和150%）進(jìn)行比對。兩項指標(biāo)均不低于規(guī)定值即為合格。

   • 趨勢分析：觀察應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀。理想的PVC絕緣曲線應(yīng)呈現(xiàn)明顯的彈性區(qū)、屈服點、塑性變形區(qū)和細(xì)頸拉伸區(qū)。若曲線出現(xiàn)早期斷裂、無屈服點或模量異常，可能預(yù)示材料配方不當(dāng)、塑化不均或存在內(nèi)應(yīng)力。

   • 離散性分析：若一組試樣的測試結(jié)果離散性過大（如標(biāo)準(zhǔn)偏差或變異系數(shù)過高），可能表明材料均勻性差、加工工藝不穩(wěn)定或制樣操作不規(guī)范。

3. 不合格項分析：

   • 抗張強度偏低：可能原因包括PVC樹脂分子量偏低、增塑劑過量或遷移、填充劑過多或分散不均、塑化不良。

   • 斷裂伸長率偏低：主要原因是增塑劑含量不足或揮發(fā)、劣質(zhì)增塑劑、過度交聯(lián)（降解）、填料過多或塑化不完全。

   • 兩項均不合格：通常指向嚴(yán)重的材料劣化或配方錯誤。

結(jié)論需基于標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合具體數(shù)據(jù)和曲線特征進(jìn)行綜合判定，為材料質(zhì)量控制、工藝改進(jìn)和產(chǎn)品認(rèn)證提供可靠依據(jù)。