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(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率檢測(cè)

一、 檢測(cè)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(zhǎng)期使用過程中會(huì)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(huì)致使材料變硬、變脆，力學(xué)性能下降。

抗張強(qiáng)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(zhǎng)率是指試樣在拉斷時(shí)的長(zhǎng)度增量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。檢測(cè)絕緣老化后的這兩項(xiàng)性能，其科學(xué)原理在于：

1. 模擬加速老化：通過實(shí)驗(yàn)室的熱空氣老化試驗(yàn)，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(shí)間內(nèi)評(píng)估材料在長(zhǎng)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(qiáng)度變化率反映了材料承載能力的保持性，正值為強(qiáng)度增加（通常因過度交聯(lián)而變脆），負(fù)值為強(qiáng)度下降（主鏈斷裂為主）。斷裂伸長(zhǎng)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(biāo)。二者結(jié)合，可全面評(píng)判絕緣橡皮的老化狀態(tài)與剩余壽命。

二、 檢測(cè)項(xiàng)目

此類檢測(cè)主要分為兩大項(xiàng)目：

1. 老化前性能檢測(cè)：

   • 原始抗張強(qiáng)度

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

2. 老化后性能檢測(cè)：

   • 老化后抗張強(qiáng)度

   • 老化后斷裂伸長(zhǎng)率

   • 抗張強(qiáng)度變化率（老化前后差值相對(duì)于老化前值的百分比）

   • 斷裂伸長(zhǎng)率變化率（老化前后差值相對(duì)于老化前值的百分比）
     這是評(píng)價(jià)材料耐熱老化性能的核心項(xiàng)目。

三、 檢測(cè)范圍

此檢測(cè)適用于所有使用橡皮絕緣和橡皮護(hù)套的軟線和軟電纜，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，檢測(cè)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(dòng)設(shè)備，要求優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)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(dòng)電器設(shè)備，如農(nóng)業(yè)機(jī)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(dòng)設(shè)備、日用電器，強(qiáng)調(diào)柔韌性，老化后斷裂伸長(zhǎng)率是關(guān)鍵指標(biāo)。

• 電焊機(jī)電纜（YH等）：頻繁移動(dòng)、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(zhǎng)期穩(wěn)定性。

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

四、 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此均有嚴(yán)格規(guī)定，核心要求基本一致，但在具體指標(biāo)和試驗(yàn)條件上存在差異。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：

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

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

• 標(biāo)準(zhǔn)（IEC）：

  • IEC 60245系列標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 5013等效。IEC標(biāo)準(zhǔn)是廣泛接受的基準(zhǔn)。

  • 試驗(yàn)方法引用IEC 60811-501和IEC 60811-502。

• 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析：

  • 一致性：GB/T標(biāo)準(zhǔn)絕大多數(shù)技術(shù)內(nèi)容與IEC標(biāo)準(zhǔn)保持等效或修改采用，核心原理、檢測(cè)項(xiàng)目和方法高度統(tǒng)一。

  • 差異性：

    • 細(xì)節(jié)參數(shù)：可能存在細(xì)微差異，如對(duì)特定橡膠配方的性能指標(biāo)要求，或針對(duì)本國市場(chǎng)常見的環(huán)境條件進(jìn)行的適應(yīng)性調(diào)整。

    • 更新周期：IEC標(biāo)準(zhǔn)的修訂可能更為頻繁，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)跟進(jìn)需要一定時(shí)間，檢測(cè)時(shí)需關(guān)注所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的新有效版本。

    • 符合性評(píng)定：出口產(chǎn)品通常需直接滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)或目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)（如UL、VDE等中對(duì)應(yīng)的橡套電纜標(biāo)準(zhǔn)）。

五、 檢測(cè)方法

1. 試樣制備：

   • 從成品電纜上小心剝離絕緣或護(hù)套層，用啞鈴刀沖裁或磨削制備標(biāo)準(zhǔn)啞鈴試片。

   • 試片厚度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（通常1.0mm左右），表面平整、無缺陷。測(cè)量試片標(biāo)線間距內(nèi)的小厚度和寬度，精確計(jì)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(dāng)距離，避免相互接觸或遮擋。

   • 根據(jù)電纜標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(shí)間（通常為7x24h=168h）。

   • 老化箱內(nèi)空氣應(yīng)循環(huán)暢通，溫度波動(dòng)和均勻性需嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3. 拉伸試驗(yàn)：

   • 老化結(jié)束后，取出試片在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下（通常23±2℃）調(diào)節(jié)至少16小時(shí)。

   • 將試片對(duì)稱地夾持在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具中，夾具間距按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定（如啞鈴試片為20mm或25mm）。

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

   • 記錄斷裂時(shí)的大力值（F）和標(biāo)距間的伸長(zhǎng)量（ΔL）。

六、 檢測(cè)儀器

1. 熱空氣老化箱：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：強(qiáng)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(hù)；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(yàn)機(jī)：

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

3. 測(cè)厚儀/顯微鏡：用于精確測(cè)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(jì)算：

   • 抗張強(qiáng)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(zhǎng)率 (EB) = (ΔL / L?) *
     (ΔL: 斷裂時(shí)伸長(zhǎng)量，mm； L?: 原始標(biāo)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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 絕對(duì)值法：老化后的抗張強(qiáng)度（TS_a）和斷裂伸長(zhǎng)率（EB_a）不得低于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的低限值。例如，某標(biāo)準(zhǔn)可能規(guī)定IE1絕緣老化后抗張強(qiáng)度小值為5.0 N/mm²，斷裂伸長(zhǎng)率小值為250%。

   • 變化率法：抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長(zhǎng)率變化率的絕對(duì)值不得超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的大允許值。例如，某標(biāo)準(zhǔn)可能規(guī)定IE1絕緣老化后抗張強(qiáng)度變化率不超過±25%，斷裂伸長(zhǎng)率變化率不超過±40%。

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

   • 趨勢(shì)分析：對(duì)于研發(fā)和質(zhì)量監(jiān)控，分析性能變化率的趨勢(shì)（是變脆還是變軟）比單一的合格判定更具價(jià)值，有助于優(yōu)化材料配方和工藝。例如，若斷裂伸長(zhǎng)率大幅下降而抗張強(qiáng)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(jī)制，脆性增加。