額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電梯電纜和撓性連接用電纜低溫試驗檢測技術研究

聚氯乙烯（PVC）絕緣電纜在低溫環境下的性能至關重要，尤其是電梯電纜和撓性連接用電纜，其在使用過程中常需承受彎曲、扭轉等機械應力，若低溫性能不佳，易導致絕緣和護套材料脆化、開裂，引發安全隱患。因此，低溫試驗是評估其耐寒性能的關鍵檢測項目。

1. 檢測項目：詳細說明各種檢測方法及其原理

低溫試驗主要評估電纜在低溫環境下其絕緣和護套材料的物理機械性能變化，核心檢測項目包括：

1.1 低溫沖擊試驗

• 原理： 將試樣在規定的低溫試驗箱中冷卻至標準要求的溫度并保持規定時間，使其達到溫度穩定。隨后，在低溫環境下，使用一個特定質量和半徑的落錘沖擊試樣。試驗后，檢查試樣絕緣和護套表面是否有肉眼可見的裂紋。

• 目的： 模擬電纜在低溫環境下受到外部機械沖擊時的抗開裂能力。材料的玻璃化轉變溫度（Tg）若高于試驗溫度，材料將變脆，沖擊下易產生裂紋。

• 關鍵參數： 試驗溫度、保溫時間、落錘高度、落錘質量與半徑。

1.2 低溫拉伸試驗

• 原理： 將啞鈴狀或管狀試樣在規定的低溫試驗箱中冷卻并保溫，隨后在低溫箱內或迅速移至拉伸試驗機上進行拉伸測試，測定其斷裂伸長率。有時也同時測定拉伸強度。

• 目的： 評估電纜絕緣和護套材料在低溫下保持韌性和延展性的能力。低溫會抑制聚合物分子鏈段的運動，導致材料變硬變脆，斷裂伸長率顯著下降。

• 關鍵參數： 試驗溫度、保溫時間、拉伸速度。

1.3 低溫卷繞試驗

• 原理： 將試樣在規定的低溫下冷卻并保溫后，迅速將其在特定直徑的試棒上緊密卷繞數圈。卷繞過程通常在低溫環境中或規定時間內完成。

• 目的： 檢驗電纜絕緣和護套在低溫彎曲時的開裂傾向。此方法特別適用于評估電纜在實際安裝或使用中需在低溫下彎曲時的性能。

• 關鍵參數： 試驗溫度、保溫時間、試棒直徑、卷繞圈數及速度。

1.4 低溫彎曲試驗

• 原理： 與卷繞試驗類似，但通常采用U形或類似彎曲裝置，使試樣在低溫下承受一次或多次彎曲。

• 目的： 模擬電纜在低溫下的彎曲工況，檢查其是否開裂。此法對評估撓性連接用電纜的動態彎曲性能尤為重要。

• 關鍵參數： 試驗溫度、保溫時間、彎曲角度、彎曲半徑、彎曲次數。

2. 檢測范圍：列舉不同應用領域的檢測需求

不同應用領域的電纜因其使用環境和工作狀態的差異，對低溫性能的要求各不相同。

• 電梯電纜：

  • 應用場景： 電梯隨行電纜，在電梯井道內隨轎廂上下移動，長期承受彎曲、懸掛等機械應力。井道內環境溫度在寒冷地區或冬季可能降至零下。

  • 檢測需求： 重點關注低溫下的動態彎曲性能、抗扭轉性能以及耐沖擊性能。通常要求進行-15℃甚至-25℃或更低的低溫沖擊、彎曲或卷繞試驗，確保電纜在低溫移動中絕緣和護套不開裂。

• 撓性連接用電纜：

  • 應用場景： 用于移動設備、機器人、機床拖鏈等需要頻繁彎曲、拖拽的場合。工作環境可能涉及冷凍倉庫、戶外嚴寒地區等。

  • 檢測需求： 對低溫下的柔韌性和耐彎曲疲勞性能要求極高。檢測項目以低溫彎曲試驗和低溫拉伸試驗（測定斷裂伸長率）為主，試驗溫度可能根據具體應用環境設定為-20℃, -30℃, -40℃等不同等級。

• 固定敷設用PVC電纜（作為對比參考）：

  • 應用場景： 室內固定布線，環境溫度相對穩定。

  • 檢測需求： 對低溫性能的要求通常低于移動使用的電纜，可能僅進行-15℃左右的低溫沖擊試驗，以驗證其在運輸、儲存或偶然低溫下的基本耐受力。

3. 檢測標準：引用國內外相關標準規范

國內外標準對PVC絕緣電纜的低溫試驗均有明確規定。

• 標準：

  • IEC 60245（橡皮絕緣電纜）與IEC 60227（聚氯乙烯絕緣電纜）： 這兩個基礎標準系列中對電纜的低溫試驗方法（如彎曲、拉伸）有詳細規定。

  • IEC 60719： 關于額定電壓450/750V及以下電纜低溫條件下機械物理性能測試的通用導則。

• 歐洲標準：

  • EN 50396: 關于電梯用無鎧裝電纜的試驗方法，其中包含了低溫彎曲試驗的具體要求。

  • HD 22 (對應IEC 60227系列): 對PVC絕緣電纜的低溫性能（如低溫沖擊、低溫拉伸）做出了規定。

• 中國標準：

  • GB/T 2951.14 (等同采用IEC 60811-504): 《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第14部分：通用試驗方法—低溫試驗》。此標準是中國檢測PVC電纜低溫性能的核心方法標準，詳細規定了低溫沖擊、低溫拉伸、低溫卷繞等試驗的程序、試樣制備和結果評定。

  • GB/T 5013 (等同采用IEC 60245系列) 和 GB/T 5023 (等同采用IEC 60227系列)： 這兩個產品標準系列引用了GB/T 2951.14中的低溫試驗方法，并針對不同型號的電纜規定了具體的試驗溫度和合格判據。例如，對電梯電纜和重型撓性電纜，其低溫試驗要求更為嚴格。

4. 檢測儀器：介紹主要檢測設備及其功能

完成上述低溫試驗需要一系列專用檢測設備。

• 低溫試驗箱：

  • 功能： 為核心設備，用于將試樣冷卻并穩定在標準要求的低溫環境（如-40℃至室溫范圍）。要求箱內溫度均勻、控溫精確，并能顯示和記錄實時溫度。

  • 關鍵指標： 溫度范圍、波動度、均勻性、降溫速率。

• 低溫沖擊試驗機：

  • 功能： 集成或配合低溫試驗箱使用，包含一個可釋放的落錘裝置和試樣夾具。能在低溫環境下或快速將試樣從低溫箱中取出后進行沖擊。

  • 關鍵指標： 落錘質量、沖擊高度、沖頭半徑、低溫環境保持能力。

• 電子萬能材料試驗機（配備低溫環境箱）：

  • 功能： 用于低溫拉伸試驗。試驗機本身提供精確的拉伸力和位移控制，配套的低溫環境箱確保試樣在整個拉伸過程中處于規定低溫。

  • 關鍵指標： 大試驗力、力值精度、位移精度、低溫箱溫度范圍及控制精度。

• 低溫卷繞/彎曲試驗裝置：

  • 功能： 通常為專用夾具，可放置于低溫試驗箱內或與低溫箱配合使用。包括一系列規定直徑的試棒（用于卷繞試驗）或U形彎曲裝置。

  • 關鍵指標： 試棒直徑系列、彎曲半徑的準確性、驅動方式（手動或電動）。

• 試樣制備設備：

  • 功能： 包括啞鈴刀、沖片機、厚度計等，用于按標準要求制備尺寸精確的拉伸試樣或沖擊試樣，確保試驗結果的可靠性和可比性。

綜上所述，對額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電梯電纜和撓性連接用電纜進行系統的低溫試驗，是保障其在嚴寒環境下安全可靠運行不可或缺的環節。通過采用標準化的檢測方法、依據適用的規范、借助精密的檢測儀器，能夠科學、準確地評估電纜的耐低溫性能，為產品設計、質量控制和選型應用提供關鍵數據支持。