額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜二芯或多芯屏蔽和非屏蔽軟電纜高溫壓力試驗檢測技術研究

高溫壓力試驗是評定聚氯乙烯絕緣電纜在高溫環境下絕緣層和護套抗變形能力的關鍵項目。該試驗模擬電纜在長期高溫使用或短期過載條件下，絕緣材料在機械壓力作用下的性能穩定性，對于確保電纜在復雜工況下的安全運行至關重要。

1. 檢測項目與方法原理

高溫壓力試驗主要評估電纜的絕緣和護套在高溫與機械壓力共同作用下的抗壓痕性能。其核心檢測項目為高溫壓力下的壓痕試驗。

1.1 試驗原理
將規定形狀的沖頭在特定溫度下，以恒定壓力垂直作用于靜止狀態下電纜的試樣表面，保持規定時間。卸除壓力并冷卻后，測量試樣上產生的壓痕深度，或檢查其恢復程度。壓痕深度直接反映了聚氯乙烯材料在高溫下的熱塑性變形能力，深度越大，表明材料在高溫下的抗變形能力越差，長期使用中因擠壓導致絕緣變薄、電氣性能下降的風險越高。

1.2 試驗方法詳述

• 試樣制備： 從成品電纜上截取長度不小于150mm的直線段試樣。對于絕緣線芯，需去除所有護層和屏蔽（如有時），直接對絕緣表面進行試驗。對于護套，應在成品電纜的護套表面進行。

• 試驗條件設定：

  • 試驗溫度： 根據電纜聚氯乙烯材料的型號確定。通常，PVC/C型為（80±2）℃，PVC/D型為（90±2）℃，PVC/E型為（105±2）℃。具體應依據產品標準規定。

  • 負載壓力： 施加在沖頭上的總壓力根據試樣直徑計算，計算公式通常為：F = k × √(2δ - δ²)。其中，F為總壓力（N），k為系數（N/mm），δ為絕緣或護套的平均厚度（mm）。系數k的值在相關標準（如GB/T 2951.31）中有明確規定。

  • 加壓時間： 標準試驗時間為（240±2）min，或根據特殊要求設定。

  • 沖頭刀口尺寸： 沖頭作用于試樣的刀口寬度通常為（0.70±0.01）mm。

• 試驗步驟：

  1. 將試樣置于預熱到規定溫度的空氣烘箱中，試樣應水平放置在金屬板上。

  2. 將裝有沖頭的壓力裝置一同放入烘箱預熱。

  3. 待溫度恢復穩定后，將壓力裝置對準試樣表面的標記位置，平穩施加全部負載。

  4. 在規定的加壓時間結束時，迅速（防止冷卻過程中發生恢復）將試樣從烘箱中取出，浸入冷水中冷卻至接近室溫。

  5. 卸除壓力裝置，從水中取出試樣并擦干。

• 結果評定：

  • 壓痕深度測量： 立即測量壓痕深度，精確到0.01mm。其值不應超過產品標準規定的大允許值（例如，絕緣和護套厚度δ ≤ 0.6mm時，壓痕深度不超過0.06mm；δ > 0.6mm時，不超過0.10mm）。

  • 恢復檢查（可選）： 某些標準可能要求測量冷卻規定時間（如1小時）后的壓痕深度，以評估材料的彈性恢復性能。

2. 檢測范圍與應用領域

高溫壓力試驗廣泛應用于使用聚氯乙烯作為絕緣和/或護套材料的各類軟電纜和硬電纜的質量控制與型式檢驗。

• 建筑布線系統： 檢測用于住宅、商業樓宇和工業廠房內部布線的固定安裝電纜（如GB/T 5023系列中的BV線、BVV線等）及其軟電纜變體，評估其在電纜槽、管道中密集敷設時，長期承受上部電纜壓力及環境高溫（如屋頂空間）下的性能。

• 設備內部連接： 檢測用于家用電器、辦公設備、儀器儀表內部的二芯或多芯連接線，評估其在設備內部狹小空間、可能靠近熱源（如電機、變壓器）條件下，抵抗結構件擠壓的能力。

• 動力與控制電纜： 檢測用于機械設備、自動化生產線的屏蔽和非屏蔽軟電纜，評估其在拖鏈、移動使用中與其它部件摩擦、擠壓，并伴隨自身發熱時的耐久性。

• 信息傳輸電纜： 檢測用于數據傳輸的聚氯乙烯護套電纜，確保其護套在安裝和使用環境中的機械保護能力。

• 特殊環境應用： 對于預期用于高溫環境（如鍋爐房、熱帶地區）的電纜，此試驗是驗證其材料耐熱等級和結構穩定性的必要手段。

3. 檢測標準與規范

高溫壓力試驗嚴格遵循和標準，確保檢測結果的一致性和可比性。

• 標準：

  • IEC 60811-501: 《電纜和光纜的非金屬材料試驗方法 第501部分：機械性能試驗—絕緣和護套通用熱壓試驗》是上廣泛接受的方法標準。

• 標準：

  • GB/T 2951.31: 《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第31部分：聚氯乙烯混合料專用試驗方法—高溫壓力試驗—抗開裂試驗》 該標準等同于IEC 60811-501，是中國境內的核心執行標準。

• 產品標準引用：

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

  • GB/T 9330 《塑料絕緣控制電纜》

  • JB/T 8734 《額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線》
    這些產品標準在其“型式試驗”項目中明確規定，電纜的絕緣和護套必須通過GB/T 2951.31規定的高溫壓力試驗，并給出了具體的合格判據。

4. 檢測儀器與設備功能

完成高溫壓力試驗需要一套專用的檢測系統。

• 高溫壓力試驗裝置：

  • 功能： 這是核心設備，用于在高溫環境下對試樣施加精確的機械壓力。

  • 組成：

    1. 沖頭組件： 包括一個帶有規定寬度（如0.7mm）硬質金屬刀口的沖頭，以及施加負載的砝碼或機械施力機構。

    2. 試樣支架： 用于水平固定試樣的金屬平臺或V形槽。

    3. 杠桿系統（可選）： 用于放大和精確傳遞砝碼重量，實現對試樣壓力的微調。

• 電熱空氣烘箱：

  • 功能： 提供并維持穩定、均勻的試驗環境溫度。

  • 要求： 溫度控制精度應達到±2℃或更高，內部空氣應能循環以確保溫度均勻性。容積需足夠容納壓力裝置和多個試樣。

• 測量顯微鏡或數字式壓痕深度儀：

  • 功能： 精確測量加壓后試樣表面的壓痕深度。

  • 要求： 測量精度至少達到0.01mm，帶有照明系統以便清晰觀察壓痕輪廓。數字式儀器通常具有更高的讀數精度和便捷性。

• 試樣制備工具：

  • 功能： 用于截取和預處理試樣。

  • 組成： 包括電纜切割刀、厚度測量儀（用于測量δ值以計算負載）、標尺等。

綜上所述，高溫壓力試驗作為一項重要的材料機械-熱性能檢驗，為額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜，特別是二芯或多芯屏蔽和非屏蔽軟電纜的設計驗證、生產控制和入網驗收提供了科學依據，有效保障了電纜產品在預期使用壽命內的可靠性與安全性。