額定電壓450/750V及以下交聯聚烯烴絕緣電線和電纜老化后護套的機械性能檢測

交聯聚烯烴材料因其優異的電氣性能、耐熱性和機械強度，廣泛應用于額定電壓450/750V及以下的電線和電纜中。作為電纜結構的外層，護套直接承受外界環境的各種應力，其長期性能，特別是在經歷熱、氧等老化因素后的機械性能保持率，是評估電纜使用壽命和安全可靠性的關鍵指標。

1. 檢測項目與方法原理

老化后護套機械性能檢測的核心是評估其在模擬長期使用條件（加速老化）后，抗拉強度和斷裂伸長率的保留程度。

1.1 熱空氣老化試驗

• 方法概述：將護套啞鈴試片或管狀試段置于規定溫度和時間的老化箱中，使其在高溫和空氣循環作用下發生氧化反應，模擬長期熱老化過程。

• 原理：聚烯烴材料在熱和氧氣的作用下會發生分子鏈的斷裂（降解）和/或交聯，導致材料變脆或變硬。通過比較老化前后試樣的機械性能，可以評估材料的耐熱老化能力。

• 關鍵參數：老化溫度通常根據材料類型在100℃至135℃之間選擇；老化時間通常為7 x 24 h（168 h）或10 x 24 h（240 h），具體依據標準規定。

1.2 機械性能測試
老化試驗結束后，在標準實驗室環境下調節試樣，隨后進行拉伸試驗。

• 抗拉強度測試：

  • 方法：將啞鈴狀試樣夾持在拉力試驗機的上下夾具中，以恒定的速度拉伸直至斷裂。

  • 原理：記錄試樣在斷裂過程中承受的大拉力，除以試樣的原始小橫截面積，得到抗拉強度（單位：MPa）。該指標反映材料抵抗拉伸破壞的能力。

• 斷裂伸長率測試：

  • 方法：在拉伸試驗的同時，測量試樣斷裂時標線間的伸長量。

  • 原理：斷裂伸長率是試樣斷裂時的伸長量與原標距長度的百分比（%）。它反映了材料在斷裂前的韌性或塑性變形能力。

• 老化后性能變化率計算：

  • 分別計算老化后與老化前的抗拉強度和斷裂伸長率的中間值。

  • 抗拉強度變化率 = [(老化后值 - 老化前值) / 老化前值] x 100%

  • 斷裂伸長率變化率 = [(老化后值 - 老化前值) / 老化前值] x 100%

  • 標準通常對變化率的允許范圍有明確規定（例如，±25%或±30%）。

2. 檢測范圍與應用領域

該檢測適用于所有使用交聯聚烯烴（如交聯聚乙烯XLPE、交聯聚烯烴XLPO）作為護套材料的450/750V及以下電纜，主要應用領域包括：

• 建筑布線：用于住宅、商業和工業建筑的固定敷設用電纜，如阻燃電纜（ZR）、無鹵低煙電纜（WDZ）。老化后性能直接影響火災情況下線路的完整性。

• 控制電纜：用于電器、儀表接線，在變電站、工廠自動化系統中大量使用，要求護套在長期運行溫度下保持柔韌性。

• 設備內部接線：家用電器、小型電動工具等設備的內部連接線，工作環境可能存在持續溫升。

• 軌道交通車輛用電纜：機車車輛內部的配電和控制電纜，需承受振動和較高環境溫度，對老化后機械性能有嚴格要求。

• 新能源領域：如光伏電纜，長期暴露于戶外紫外線和高溫環境中，耐老化性能至關重要。

3. 檢測標準與規范

檢測活動嚴格遵循國內外標準，確保結果的可比性和性。

• 標準：

  • IEC 60811-501：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 - 第501部分：機械性能試驗 - 熱老化試驗。

  • IEC 60811-1-1：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 - 第1-1部分：一般應用 - 厚度和外形尺寸測量 - 機械性能試驗。

  • EN 50395：低壓電纜的電氣試驗方法。

  • EN 50396：低壓電纜的非電氣試驗方法。

• 中國標準：

  • GB/T 2951.11：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法—厚度和外形尺寸測量—機械性能試驗（等同采用IEC 60811-1-1）。

  • GB/T 2951.12：電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法—熱老化試驗方法（等同采用IEC 60811-501）。

  • GB/T 5023：額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜。

  • JB/T 10491：額定電壓450/750V及以下交聯聚烯烴絕緣電線和電纜（針對特定產品標準）。

標準中詳細規定了試樣的制備、老化條件、試驗步驟、結果計算和驗收要求。

4. 檢測儀器與設備

完成上述檢測需依賴一系列專用儀器。

• 熱空氣老化箱：

  • 功能：提供恒定、均勻的高溫環境，并伴有強制空氣循環，以確保箱內溫度場均勻，加速試樣氧化。

  • 技術要求：溫度控制精度需達到±1℃或更高；具備超溫保護功能；空氣置換率符合標準規定。

• 拉力試驗機：

  • 功能：用于測量護套材料的抗拉強度和斷裂伸長率。

  • 技術要求：具有合適的負荷量程；夾具能有效夾持試樣且防止打滑或損傷；橫梁移動速度可調并能保持恒定（通常為250 mm/min ± 50 mm/min）；配備精度滿足要求的力值傳感器和伸長測量裝置（如引伸計或大變形跟蹤器）。

• 測厚儀：

  • 功能：精確測量啞鈴試片的厚度，用于計算橫截面積。

  • 技術要求：可采用千分尺或光學測厚儀，分辨率至少達到0.01mm，測量壓力符合標準規定，以避免壓縮試樣。

• 標距劃線器/沖片機：

  • 功能：在啞鈴試樣上標記原始標距，或直接從護套上沖裁出標準啞鈴試片。

  • 技術要求：劃線器刻線清晰、精確；沖片機刀口鋒利，能沖出邊緣光滑、無毛刺的標準試樣。

• 試樣裁刀：

  • 功能：用于從扁平電纜護套上裁取標準尺寸的啞鈴狀試樣。

  • 技術要求：尺寸和公差嚴格符合GB/T 2951.11或IEC 60811-1-1的規定。

通過系統性地執行上述檢測項目，并嚴格遵循標準規范，可以科學、準確地評估額定電壓450/750V及以下交聯聚烯烴絕緣電線和電纜護套材料的長期耐久性，為產品質量控制、材料研發和工程選型提供關鍵數據支撐。