額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣軟線和軟電纜通用橡套軟電纜絕緣老化后抗張強度與斷裂伸長率檢測

一、 檢測原理

絕緣材料，特別是橡皮類材料（如天然-丁苯橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠等），在長期使用過程中會受到熱、氧、臭氧、紫外線等多種環(huán)境因素的綜合作用，導(dǎo)致聚合物分子鏈發(fā)生斷裂、交聯(lián)或氧化等化學(xué)變化，此過程即為老化。老化會致使材料變硬、變脆，力學(xué)性能下降。

抗張強度是指單位截面積的試樣在拉伸斷裂前所能承受的大應(yīng)力。斷裂伸長率是指試樣在拉斷時的長度增量與原標距長度的百分比。檢測絕緣老化后的這兩項性能，其科學(xué)原理在于：

1. 模擬加速老化：通過實驗室的熱空氣老化試驗，在高于正常使用溫度但低于材料變形溫度的苛刻條件下，加速材料的老化過程，以在較短時間內(nèi)評估材料在長期使用后的力學(xué)性能保持情況。

2. 表征材料劣化程度：抗張強度變化率反映了材料承載能力的保持性，正值為強度增加（通常因過度交聯(lián)而變脆），負值為強度下降（主鏈斷裂為主）。斷裂伸長率變化率則直接反映了材料柔韌性和延展性的喪失程度，是材料脆化的敏感指標。二者結(jié)合，可全面評判絕緣橡皮的老化狀態(tài)與剩余壽命。

二、 檢測項目

此類檢測主要分為兩大項目：

1. 老化前性能檢測：

   • 原始抗張強度

   • 原始斷裂伸長率
     此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用于計算老化后的性能變化率。

2. 老化后性能檢測：

   • 老化后抗張強度

   • 老化后斷裂伸長率

   • 抗張強度變化率（老化前后差值相對于老化前值的百分比）

   • 斷裂伸長率變化率（老化前后差值相對于老化前值的百分比）
     這是評價材料耐熱老化性能的核心項目。

三、 檢測范圍

此檢測適用于所有使用橡皮絕緣和橡皮護套的軟線和軟電纜，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，檢測要求覆蓋各行各業(yè)：

• 重型橡套軟電纜（YCW等）：用于港口、礦山、戶外移動設(shè)備，要求優(yōu)異的機械強度和耐候性，老化后性能保持率要求高。

• 中型橡套軟電纜（YZW等）：用于各種移動電器設(shè)備，如農(nóng)業(yè)機械、建筑工地，需平衡柔韌性與耐久性。

• 輕型橡套軟電纜（YQW等）：用于輕型移動設(shè)備、日用電器，強調(diào)柔韌性，老化后斷裂伸長率是關(guān)鍵指標。

• 電焊機電纜（YH等）：頻繁移動、彎曲，要求極高的柔韌性和耐熱性。

• 潛水泵電纜：水下工作環(huán)境，要求耐水、耐熱及長期穩(wěn)定性。

• 電梯電纜：頻繁彎曲與曳引，要求抗張強度和斷裂伸長率在長期使用后仍能滿足安全運行需求。

四、 檢測標準

國內(nèi)外標準對此均有嚴格規(guī)定，核心要求基本一致，但在具體指標和試驗條件上存在差異。

• 中國標準（GB/T）：

  • GB/T 5013《額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜》系列標準是主要依據(jù)。例如，GB/T 5013.8中對IE1（天然-丁苯橡膠）、IE4（氯丁橡膠）等不同橡皮絕緣和護套材料的老化條件（溫度、時間）以及老化后的抗張強度與斷裂伸長率的小值、大變化率均有明確規(guī)定。

  • 試驗方法通常引用GB/T 2951.11和GB/T 2951.12（電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法），詳細規(guī)定了老化箱技術(shù)要求、試樣制備、拉伸速度等。

• 標準（IEC）：

  • IEC 60245系列標準與GB/T 5013等效。IEC標準是廣泛接受的基準。

  • 試驗方法引用IEC 60811-501和IEC 60811-502。

• 標準對比分析：

  • 一致性：GB/T標準絕大多數(shù)技術(shù)內(nèi)容與IEC標準保持等效或修改采用，核心原理、檢測項目和方法高度統(tǒng)一。

  • 差異性：

    • 細節(jié)參數(shù)：可能存在細微差異，如對特定橡膠配方的性能指標要求，或針對本國市場常見的環(huán)境條件進行的適應(yīng)性調(diào)整。

    • 更新周期：IEC標準的修訂可能更為頻繁，國內(nèi)標準跟進需要一定時間，檢測時需關(guān)注所依據(jù)標準的新有效版本。

    • 符合性評定：出口產(chǎn)品通常需直接滿足IEC標準或目標的標準（如UL、VDE等中對應(yīng)的橡套電纜標準）。

五、 檢測方法

1. 試樣制備：

   • 從成品電纜上小心剝離絕緣或護套層，用啞鈴刀沖裁或磨削制備標準啞鈴試片。

   • 試片厚度應(yīng)符合標準規(guī)定（通常1.0mm左右），表面平整、無缺陷。測量試片標線間距內(nèi)的小厚度和寬度，精確計算截面積。

2. 熱空氣老化：

   • 將一組試片懸掛于熱空氣老化箱內(nèi)，試片間保持適當距離，避免相互接觸或遮擋。

   • 根據(jù)電纜標準中對材料類型的規(guī)定，設(shè)置老化箱溫度（如IE1為80±2℃，IE4為100±2℃）和時間（通常為7x24h=168h）。

   • 老化箱內(nèi)空氣應(yīng)循環(huán)暢通，溫度波動和均勻性需嚴格符合標準要求。

3. 拉伸試驗：

   • 老化結(jié)束后，取出試片在標準實驗室環(huán)境下（通常23±2℃）調(diào)節(jié)至少16小時。

   • 將試片對稱地夾持在拉力試驗機的夾具中，夾具間距按標準設(shè)定（如啞鈴試片為20mm或25mm）。

   • 以恒定的速度（如250±50 mm/min）進行拉伸，直至試片斷裂。

   • 記錄斷裂時的大力值（F）和標距間的伸長量（ΔL）。

六、 檢測儀器

1. 熱空氣老化箱：

   • 技術(shù)特點：強制空氣循環(huán)系統(tǒng)以確保溫度均勻性；精密溫控系統(tǒng)（精度通常±1℃），帶超溫保護；內(nèi)壁由耐腐蝕、不易污染試樣的材料制成；換氣量可調(diào)，以控制老化氣氛。

2. 拉力試驗機：

   • 技術(shù)特點：具備足夠的負荷容量和測量精度；配備能防止試片打滑或損傷的夾具（如氣動平口夾具）；橫梁移動速度可精確控制且平穩(wěn)；集成高精度伸長測量裝置（非接觸式視頻引伸計或接觸式引伸計），能自動記錄力-位移曲線并計算抗張強度、斷裂伸長率等參數(shù)。

3. 測厚儀/顯微鏡：用于精確測量試片厚度。

4. 啞鈴刀：高硬度鋼材制成，刃口鋒利，確保沖裁試片邊緣光滑無毛刺。

七、 結(jié)果分析

1. 計算：

   • 抗張強度 (TS) = F / (w * t)
     (F: 斷裂力，N； w: 試片狹小平行部分寬度，mm； t: 試片厚度，mm)

   • 斷裂伸長率 (EB) = (ΔL / L?) *
     (ΔL: 斷裂時伸長量，mm； L?: 原始標距，mm)

   • 性能變化率 = [(X_a - X_o) / X_o] *
     (X_a: 老化后性能值； X_o: 老化前性能值)

2. 評判標準：

   • 絕對值法：老化后的抗張強度（TS_a）和斷裂伸長率（EB_a）不得低于標準中規(guī)定的低限值。例如，某標準可能規(guī)定IE1絕緣老化后抗張強度小值為5.0 N/mm²，斷裂伸長率小值為250%。

   • 變化率法：抗張強度變化率和斷裂伸長率變化率的絕對值不得超過標準規(guī)定的大允許值。例如，某標準可能規(guī)定IE1絕緣老化后抗張強度變化率不超過±25%，斷裂伸長率變化率不超過±40%。

   • 綜合判定：需同時滿足絕對值和變化率的要求。任何一項不合格，即判定該批次電纜的絕緣或護套材料耐熱老化性能不合格。

   • 趨勢分析：對于研發(fā)和質(zhì)量監(jiān)控，分析性能變化率的趨勢（是變脆還是變軟）比單一的合格判定更具價值，有助于優(yōu)化材料配方和工藝。例如，若斷裂伸長率大幅下降而抗張強度變化不大或略有上升，表明材料以交聯(lián)為主導(dǎo)老化機制，脆性增加。