額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜固定布線用無護套電纜高溫壓力試驗檢測技術研究

一、檢測原理

高溫壓力試驗是評估聚氯乙烯絕緣材料在高溫及機械應力共同作用下抗形變能力的關鍵試驗。其技術原理基于高分子材料的粘彈性行為。

聚氯乙烯作為熱塑性材料，其力學性能具有顯著的溫度依賴性。在常溫下，材料呈現(xiàn)玻璃態(tài)，模量高，形變困難。當溫度升高至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時，分子鏈段運動能力增強，材料進入高彈態(tài)，模量急劇下降，在外力作用下易產(chǎn)生不可逆的塑性形變。

試驗的科學依據(jù)在于模擬電纜在長期運行過程中，因自身電流負載產(chǎn)生熱量，導致導體溫度升高，同時電纜在敷設時可能承受來自夾具、支架或其他電纜的持續(xù)機械壓力。在此工況下，絕緣材料若抗形變能力不足，將發(fā)生局部凹陷、變薄，導致絕緣性能劣化，甚至引發(fā)擊穿故障。試驗通過加速老化方式，在特定高溫下對試樣施加規(guī)定壓力并保持一定時間，通過測量壓痕深度，定量評估材料的熱塑性變形穩(wěn)定性，從而預測其長期使用可靠性。

二、檢測項目

高溫壓力試驗本身是一個獨立的檢測項目，但其評估可關聯(lián)至電纜的整體性能體系，主要可分為以下幾類：

1. 熱變形性能測試：核心項目，即高溫壓力試驗。直接測定絕緣材料在熱和壓力聯(lián)合作用下的壓痕深度。

2. 材料熱穩(wěn)定性評估：雖非直接測試，但高溫壓力試驗的結(jié)果間接反映了絕緣材料的熱穩(wěn)定性、增塑劑揮發(fā)性及抗遷移能力。性能不佳的材料在試驗后壓痕深，恢復性差。

3. 長期耐熱壽命關聯(lián)評估：通過在不同溫度下進行壓力試驗，可間接推演材料在長期工作溫度下的形變趨勢，為電纜的額定溫度等級提供佐證。

4. 絕緣完整性間接驗證：試驗后的樣品通常還需進行電壓試驗或絕緣電阻測量，以驗證經(jīng)歷熱機械應力后，絕緣層是否仍能保持足夠的電氣絕緣強度。

三、檢測范圍

該檢測適用于所有額定電壓450/750V及以下、采用聚氯乙烯作為絕緣材料的固定布線用無護套電纜，廣泛應用于：

• 建筑工程：建筑物內(nèi)主干及分支配電系統(tǒng)的固定敷設電纜，如穿管、線槽敷設。

• 工業(yè)領域：工廠、車間內(nèi)動力配電柜至設備、照明系統(tǒng)的固定安裝電纜，尤其在可能存在高溫環(huán)境或電纜密集敷設區(qū)域。

• 基礎設施：地鐵、隧道、機場、車站等公共場所的固定電力分配網(wǎng)絡。

• 控制系統(tǒng)：用于固定安裝的控制電纜、儀表電纜的絕緣抗變形能力評估。

• 特殊環(huán)境：適用于對電纜長期運行溫度有特定要求的干燥或潮濕場所的固定布線。

四、檢測標準

國內(nèi)外標準對高溫壓力試驗的規(guī)定在原理上一致，但在具體參數(shù)上存在差異。

• 標準（以IEC 60227-1為例）：

  • 試驗溫度： (80±2)℃ （針對常規(guī)PVC/C型）

  • 試驗壓力： 刀口施加的壓力為(3.50±0.10)N。

  • 加壓時間： 4小時。

  • 冷卻： 在空氣中自然冷卻至室溫。

  • 評判： 壓痕深度不超過絕緣厚度初始值的50%。

• 中國標準（以GB/T 5023.2-2008為例，等效采用IEC 60227）：

  • 其規(guī)定與IEC 60227-1基本一致，確保了與標準的接軌。試驗溫度、壓力、時間及評判標準與IEC相同。

• 其他標準（如BS, VDE等）：

  • 通常與IEC標準協(xié)調(diào)一致，但在某些歷史版本或特定產(chǎn)品規(guī)范中可能存在細微差別，如對試驗設備的校準周期、樣品制備的細節(jié)要求等。

• 標準對比分析：

  • 核心一致性：主要技術參數(shù)（溫度、壓力、時間、評判準則）在范圍內(nèi)高度統(tǒng)一，利于貿(mào)易和技術交流。

  • 潛在差異性：可能存在于對試驗設備的精度要求（如刀口尺寸、砝碼精度）、環(huán)境控制（如試驗箱溫度均勻性）、樣品預處理條件（如是否要求預熱）以及試驗報告的具體內(nèi)容等方面。執(zhí)行檢測時，需嚴格遵循目標市場或客戶指定的具體標準版本。

五、檢測方法

1. 樣品制備：從成品電纜上截取約200mm長的直線段試樣，小心去除導體，獲得空心的絕緣管狀試樣。對于小規(guī)格電纜，可直接使用帶導體的試樣。

2. 試樣安裝：將試樣水平置于試驗裝置的兩個平行支架上，使待測部分懸空。將規(guī)定尺寸的刀口垂直于試樣軸線方向，平穩(wěn)地放置在試樣上部中心位置。

3. 加載與加熱：對刀口施加規(guī)定的標準壓力（如3.50N）。隨后，將整個裝置（或連同裝置放入）置于已預熱至規(guī)定溫度（如80℃）的空氣烘箱中。

4. 恒溫保壓：從烘箱溫度恢復至規(guī)定溫度起開始計時，保持壓力(4±0.25)小時。

5. 冷卻與卸載：到達規(guī)定時間后，將試樣連同裝置從烘箱中取出，在室溫下自然冷卻。當試樣冷卻至近似室溫后，小心移除壓力刀口。

6. 壓痕測量：立即（或在標準規(guī)定的時間內(nèi)）用光學測量儀器（如帶刻度目鏡的顯微鏡）測量試樣上的壓痕深度。測量時應確保讀數(shù)準確至0.01mm。

操作要點：

• 試樣表面應平整、無損傷。

• 刀口必須清潔，且邊緣光滑無毛刺。

• 烘箱溫度波動和均勻性必須滿足標準要求。

• 加壓和移動過程需平穩(wěn)，避免沖擊。

• 冷卻過程必須在無外力干擾下自然進行。

• 壓痕測量需迅速，以防彈性恢復影響結(jié)果。

六、檢測儀器

高溫壓力試驗裝置主要由以下幾部分組成：

1. 壓力施加裝置：

   • 刀口：由硬度不低于HRC 60的金屬制成，寬度與電纜外徑相關（標準規(guī)定特定值，如0.7mm、1.0mm、1.5mm等），是直接接觸試樣的關鍵部件，其尺寸精度和表面光潔度至關重要。

   • 加載機構(gòu)：通常采用杠桿-砝碼系統(tǒng)或精密的氣動/電動加載系統(tǒng)，確保施加在刀口上的壓力恒定、準確且可重復。

2. 試樣支架：兩個平行的金屬圓柱或平板，用于支撐試樣，其間距和尺寸需符合標準規(guī)定，確保試樣受力狀態(tài)一致。

3. 高溫試驗箱（烘箱）：

   • 溫度范圍：至少能覆蓋室溫至200℃以上。

   • 控溫精度：通常要求±1℃或更高。

   • 溫度均勻性：工作區(qū)域內(nèi)溫度波動需滿足標準（如±2℃），確保試樣受熱均勻。

   • 熱慣性：應盡可能小，以便在放入試樣后能快速恢復至設定溫度。

4. 測量顯微鏡或激光位移傳感器：

   • 精度：測量壓痕深度的儀器分辨率應至少達到0.01mm。

   • 放大倍數(shù)：光學顯微鏡需提供足夠的放大倍數(shù)以便清晰觀察和精確讀數(shù)。

   • 穩(wěn)定性：測量系統(tǒng)本身應穩(wěn)定，不受環(huán)境振動干擾。

技術特點：整套設備需具備高精度、高穩(wěn)定性和良好的重復性?，F(xiàn)代自動化設備可能集成壓力控制、溫度時序管理以及自動測量和數(shù)據(jù)記錄功能，以減少人為誤差，提高檢測效率。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：

   • 記錄每個試樣的壓痕深度測量值（d）。

   • 計算壓痕深度與原始絕緣標稱厚度（T）的百分比：壓痕率 = (d / T) × 。

2. 評判標準：

   • 核心判據(jù)：根據(jù)GB/T 5023或IEC 60227標準，壓痕率不得超過50%。即： (d / T) × ≤ 50%。

   • 單值判定：通常對多個試樣進行試驗，每個試樣的結(jié)果均需滿足上述要求。

   • 平均值判定（若適用）：在某些標準或客戶協(xié)議中，可能要求所有試樣壓痕深度的算術平均值也需滿足不大于絕緣標稱厚度50%的要求。

3. 結(jié)果分析與故障診斷：

   • 合格：壓痕深度符合標準要求，表明電纜絕緣材料具有足夠的熱機械穩(wěn)定性，能夠抵抗在預期使用條件下因溫度和壓力引起的永久變形。

   • 不合格（壓痕過深）：

     • 材料配方問題：常見原因。聚氯乙烯樹脂聚合度不足、增塑劑體系選擇不當（如過量使用揮發(fā)性或遷移性強的增塑劑）、熱穩(wěn)定劑效率不足等，導致材料高溫下模量過低。

     • 工藝問題：絕緣擠出過程中塑化不良或存在氣泡、雜質(zhì)等缺陷，降低了材料的整體機械強度。

     • 絕緣厚度偏薄：雖然壓痕深度絕對值可能不大，但因基數(shù)（T）小，導致壓痕率超標。

   • 邊緣或異常結(jié)果：若結(jié)果接近臨界值或離散性大，需檢查試驗過程是否嚴格遵循標準、樣品是否有代表性、測量是否準確，并考慮增加試樣數(shù)量進行復測。

結(jié)論的得出需基于準確的數(shù)據(jù)和嚴格的標準比對，不合格結(jié)論應能追溯至材料或制造工藝的根本原因，為產(chǎn)品質(zhì)量改進提供明確方向。