絕緣老化后抗張強(qiáng)度與斷裂伸長率檢測

檢測原理
聚氯乙烯（PVC）絕緣材料在熱、氧、光等環(huán)境因素長期作用下，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化，主要是聚合物分子鏈的斷裂（降解）和交聯(lián)。降解導(dǎo)致分子量下降，分子鏈變短，使材料變脆，宏觀上表現(xiàn)為抗張強(qiáng)度下降和斷裂伸長率急劇降低；交聯(lián)則使分子鏈之間形成新的化學(xué)鍵，分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密化，導(dǎo)致材料變硬變脆，斷裂伸長率下降，抗張強(qiáng)度可能先略有上升后顯著下降。

絕緣老化后性能檢測，即通過實(shí)驗(yàn)室加速熱老化模擬電纜在長期使用過程中的性能衰變。將絕緣試樣置于嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間的空氣循環(huán)老化箱內(nèi)，使其發(fā)生可控的降解與交聯(lián)反應(yīng)。通過對(duì)比老化前后試樣的抗張強(qiáng)度與斷裂伸長率，計(jì)算其變化率，從而科學(xué)評(píng)估絕緣材料的熱穩(wěn)定性、耐老化壽命及在實(shí)際使用條件下的可靠性。其科學(xué)依據(jù)是阿倫尼烏斯方程，該方程揭示了化學(xué)反應(yīng)速率（此處為老化速率）與溫度之間的指數(shù)關(guān)系，使得通過提高試驗(yàn)溫度來縮短試驗(yàn)時(shí)間成為可能。

檢測項(xiàng)目

1. 原始性能測定：測定未經(jīng)過老化的絕緣試樣的抗張強(qiáng)度初始值和斷裂伸長率初始值，作為基準(zhǔn)。

2. 老化后性能測定：

   • 熱延伸試驗(yàn)：特定條件下（一定載荷、溫度、時(shí)間）測量絕緣材料的伸長率及冷卻后的永久變形，用于評(píng)估交聯(lián)程度，但本文聚焦于老化后的機(jī)械性能。

   • 熱老化后抗張強(qiáng)度與斷裂伸長率：核心檢測項(xiàng)目。將試樣按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行規(guī)定溫度和時(shí)間的熱老化處理后，在規(guī)定環(huán)境條件下調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

3. 變化率計(jì)算：

   • 抗張強(qiáng)度變化率：[(老化后值 - 原始值) / 原始值] ×

   • 斷裂伸長率變化率：[(老化后值 - 原始值) / 原始值] ×

   • 老化后性能保留率：(老化后值 / 原始值) ×

檢測范圍
此檢測適用于額定電壓450/750V及以下所有以聚氯乙烯作為絕緣材料的電纜電線和軟線，覆蓋行業(yè)包括：

• 建筑布線：固定敷設(shè)用電纜（如BV線）、安裝線等，要求老化后性能穩(wěn)定，確保建筑電氣系統(tǒng)長期安全。

• 家用電器及儀器儀表內(nèi)部配線：軟線和內(nèi)部布線，需承受電器內(nèi)部可能的熱積累，要求良好的耐熱老化性。

• 機(jī)械設(shè)備：動(dòng)力電纜、控制電纜，在工業(yè)環(huán)境下可能暴露于較高環(huán)境溫度，需評(píng)估其長期機(jī)械性能保持能力。

• 車輛、船舶用電纜：可能面臨更嚴(yán)苛的溫度波動(dòng)和振動(dòng)，對(duì)老化后韌性有更高要求。

• 數(shù)據(jù)通信與低壓控制線路：雖電壓低，但絕緣材料的機(jī)械完整性對(duì)防止短路至關(guān)重要。

檢測標(biāo)準(zhǔn)
國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此檢測項(xiàng)目均有嚴(yán)格規(guī)定，核心要求趨同但具體參數(shù)存在差異。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：

  • GB/T 5023系列（額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜）和GB/T 5013系列（額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜，其中部分含PVC護(hù)套）是主要依據(jù)。

  • 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)定了老化試驗(yàn)方法。通常老化條件為（80±2）℃或（100±2）℃、7天（168小時(shí)）或根據(jù)電纜類型確定。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)通常為：老化后抗張強(qiáng)度變化率不超過±25%，斷裂伸長率變化率不超過±25%，且老化后斷裂伸長率小值不低于150%（針對(duì)絕緣料，具體值因產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而異）。

• 標(biāo)準(zhǔn)（IEC）：

  • IEC 60227（對(duì)應(yīng)GB/T 5023）和IEC 60245（對(duì)應(yīng)GB/T 5013）。

  • IEC 60811-501和IEC 60811-502（對(duì)應(yīng)GB/T 2951.11/12）規(guī)定了試驗(yàn)方法。技術(shù)要求與GB/T標(biāo)準(zhǔn)基本一致，因GB/T標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)。

• 對(duì)比分析：

  • 一致性：核心原理、試驗(yàn)方法和評(píng)判邏輯（以變化率和絕對(duì)值限定）高度統(tǒng)一。

  • 差異性：具體的老化溫度、時(shí)間以及性能變化率的允許范圍，可能因不同電纜型號(hào)、絕緣材料類型（如普通PVC、耐熱PVC）在不同標(biāo)準(zhǔn)中有細(xì)微調(diào)整。例如，耐熱PVC（如PVC-I4）的老化溫度會(huì)提高至（105±2）℃或更高。使用者需嚴(yán)格遵循具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

檢測方法

1. 取樣與制樣：從成品電纜上小心剝離絕緣層，用啞鈴刀沖裁或裁切制成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴試片（類型1或類型2）或管狀試片。確保試片平整、無損傷、厚度均勻。

2. 厚度測量：精確測量試片標(biāo)距內(nèi)的小厚度，用于計(jì)算抗張強(qiáng)度（力值/截面積）。

3. 原始性能測試：在（23±5）℃環(huán)境下，將試片置于拉力試驗(yàn)機(jī)上，以規(guī)定的夾頭分離速度（如250±50 mm/min）進(jìn)行拉伸，記錄斷裂時(shí)的大力值和伸長量，計(jì)算抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率。

4. 熱老化處理：

   • 將一組試片懸掛于空氣循環(huán)老化箱內(nèi)，試片間保持適當(dāng)間距，確?？諝庾杂闪魍ā?/span>

   • 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定老化溫度（如80℃, 100℃, 135℃等）和時(shí)間（通常168小時(shí)）。溫度控制精度至關(guān)重要（通常±2℃）。

   • 老化箱應(yīng)有連續(xù)鼓風(fēng)裝置，確保溫度均勻，并及時(shí)排除老化產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)。

5. 老化后性能測試：老化結(jié)束后，取出試片，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（23±2）℃下調(diào)節(jié)至少16小時(shí)，但不超過96小時(shí)。然后按與原始性能測試相同的條件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

6. 計(jì)算與記錄：分別計(jì)算每組試片老化前后的性能平均值，進(jìn)而計(jì)算變化率。

檢測儀器

1. 空氣循環(huán)老化箱：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：強(qiáng)制空氣循環(huán)系統(tǒng)確保工作空間內(nèi)溫度均勻性（通常≤±2℃）；精確的PID溫度控制系統(tǒng)，波動(dòng)度小；耐腐蝕內(nèi)膽；超溫保護(hù)裝置；具有進(jìn)氣、排氣孔以更新空氣。溫度范圍需覆蓋常溫至300℃以上。

2. 拉力試驗(yàn)機(jī)：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：具備合適的負(fù)荷量程（如0-500N或0-1kN）；精度等級(jí)不低于1級(jí)；夾頭分離速度可調(diào)且均勻穩(wěn)定；配備能牢固夾持試片且防止滑脫的夾具（如氣動(dòng)平口夾具）；內(nèi)置或外接伸長測量裝置（引伸計(jì)），用于精確測量標(biāo)距內(nèi)的變形。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能自動(dòng)記錄峰值力、斷裂伸長等參數(shù)。

3. 測厚儀：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：用于測量絕緣薄片厚度，通常為千分尺，精度至少0.01mm。測量頭直徑符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如4mm至8mm之間），施加壓力恒定。

4. 啞鈴刀：

   • 技術(shù)特點(diǎn)：高強(qiáng)度工具鋼制造，刃口鋒利、間隙合適，能沖裁出邊緣光滑、無毛刺、尺寸精確的啞鈴試片。

結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：分別計(jì)算老化前后抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率的算術(shù)平均值。根據(jù)公式計(jì)算各項(xiàng)變化率。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 絕對(duì)值評(píng)判：老化后的斷裂伸長率絕對(duì)值不得低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小值（例如，對(duì)于PVC絕緣，常見要求為≥150%）。這是保證材料在老化后仍具有一定韌性的底線。

   • 變化率評(píng)判：抗張強(qiáng)度變化率和斷裂伸長率變化率均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍內(nèi)（例如，±25%）。變化率為正，表明可能發(fā)生了以交聯(lián)為主的反應(yīng)；變化率為負(fù)，表明可能發(fā)生了以降解為主的反應(yīng)。

3. 結(jié)果解讀：

   • 合格：老化后性能（絕對(duì)值及變化率）同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，表明材料熱穩(wěn)定性好，預(yù)期使用壽命內(nèi)能保持足夠的機(jī)械性能。

   • 不合格 - 性能劣化過度：若斷裂伸長率大幅下降（負(fù)變化率超標(biāo)）且絕對(duì)值低于小值，表明材料嚴(yán)重降解、脆化，在使用中易因彎曲、振動(dòng)等機(jī)械應(yīng)力而開裂，導(dǎo)致絕緣失效。

   • 不合格 - 性能變化異常：若抗張強(qiáng)度正變化率超標(biāo)，同時(shí)斷裂伸長率負(fù)變化率超標(biāo)，表明材料過度交聯(lián)，變得硬脆，同樣喪失韌性，抗開裂性能差。

   • 原因分析：不合格結(jié)果通常與絕緣料配方有關(guān)，如增塑劑選擇不當(dāng)或含量不足、穩(wěn)定劑效率低或添加量不夠、聚合物本身質(zhì)量差或混合不均勻等。

通過系統(tǒng)性的檢測與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)果分析，可以有效評(píng)判PVC絕緣電纜電線的長期使用可靠性，為產(chǎn)品質(zhì)量控制、材料研發(fā)改進(jìn)和安全應(yīng)用提供關(guān)鍵的技術(shù)依據(jù)。