淺談電纜絕緣和護套材料機械性能試驗方法

安徽渡江電纜集團有限公司 巫春生 萬長東 張家文

國家的經(jīng)濟建設離不了工業(yè)，工業(yè)的發(fā)展離不開電纜。電纜的基本結構是導體、絕緣和護層，導體是傳輸電能或控制信號的主要元器件，絕緣能有效地將導體對地或相互間隔離，從而保證電能的安全運輸，護套層能保護導體和絕緣不受外界破壞，有效地延長電纜的使用壽命。由此可見，絕緣及護套的質量水平對該電纜的整體質量顯得至關重要。衡量絕緣和護套質量水平的重要指標是機械性能，如果電纜絕緣和護套材料的機械性能指標不符合標準要求，那么電纜在安裝及使用過程中極易出現(xiàn)絕緣和護套變脆、斷裂等不良現(xiàn)象，導致電纜損壞，給用戶帶來不必要的經(jīng)濟損失。

電纜絕緣和護套材料機械性能試驗方法通常依據(jù)GB/T 2951.11—2008標準[1],發(fā)布至今已有十四年了，其間沒有被修訂過，標準中的部分內容已不能滿足當今社會的發(fā)展需求，另外由于檢測人員對標準的理解不一樣，導致測量結果偏差較大,檢測人員將不合格品判定為合格現(xiàn)象較為常見。本文就電纜絕緣和護套材料機械性能試方法驗及注意要點作簡要介紹，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 絕緣及護套材料機械性能要求及試驗方法要求

絕緣和護套材料的機械性能又稱為機械物理性能，下面以GB/T 9330—2020[2]標準為例對絕緣和護套材料的機械性能要求及試驗方法要求進行介紹。GB/T 9330—2020標準對絕緣的機械物理性能要求及試驗方法要求見表1。GB/T 9330—2020[2]標準對護套的機械物理性能要求及試驗方法要求見表2。

表1 絕緣的機械物理性能要求及試驗方法

表2 護套的機械物理性能要求及試驗方法

由表1和表2可以看出：GB/T 9330—2020[2]標準對絕緣和護套材料機械性能試驗方法依據(jù)GB/T 2951.11—2008[1]標準和GB/T 2951.12—2008[3]標準，本文重點對該標準中的絕緣和護套材料機械性能試驗方法進行介紹。

2 檢測設備及使用注意要點

2.1 主要檢測設備

為了確保檢測結果的有效性和準確性，實驗室應配備必要的設施及設備，如工作環(huán)境、溫度控制及必要的檢測設備等，檢測環(huán)境應符合GB/T 2951.11—2008標準[1]規(guī)定的機械性能試驗要求，下面將主要的檢測設備和輔助設備進行簡要敘述。

電子拉力試驗機。電子拉力試驗機用于測定拉伸及撕裂狀態(tài)下的力學性能，并獲得相關關物理參數(shù)，當用于絕緣和護套材料試驗時，主要試驗項目為機械性能試驗；削片機或磨片機。由于電纜的絕緣及護套厚度不一定能滿足2951.11—2008標準[1]機械性能試驗厚度等技術要求，所以在這個時候就要用到削片機或磨片機，將絕緣及護套材料試樣削平或磨平，使試樣厚度滿足2951.11—2008標準[1]機械性能試驗要求。

啞鈴刀。在絕緣或護套材料試樣上用啞鈴刀沖切啞鈴試件。用于電纜絕緣和護套材料試驗用的啞鈴刀有大啞鈴刀和小啞鈴刀等多種，可以根據(jù)試樣的大小選用合適的啞鈴刀來獲得大小不同的啞鈴試件（圖1）；光學投影儀或指針式測厚儀。試件寬度和厚度的測量主要使用光學投影儀或者指針式測厚儀，指針式測厚儀的接觸壓力可以根據(jù)標準需要更換合適的測量頭和砝碼，如：接觸壓力不大于0.02N/mm2或接觸壓力不大于0.07N/mm2均可調節(jié)測量頭和砝碼得到。

2.2 檢測設備使用注意要點

為確保檢測設備和輔助設備性能穩(wěn)定可靠，在使用檢測設備和輔助設備時，應注意以下幾個問題：

試驗環(huán)境應預防高溫、潮濕及腐蝕等，以免對檢測設備的性能造成影響；正確選擇電子拉力試驗機的規(guī)格：絕緣和護套材料機械性能試驗用電子拉力試驗機選擇最大試驗力為500N 的拉力機較為合適，如果選擇金屬拉力試驗用的最大試驗力為5000N 或10000N 的電子拉力試驗機則對檢測結果的準確性會產(chǎn)生一定的影響；啞鈴刀應當鋒利，在沖切試件時以減少試件兩邊的缺陷，啞鈴刀使用完畢后應裝入專用盒內以防啞鈴刀刀口受損。

測厚儀為精密儀器，使用完畢后裝入測厚儀專用箱內，放置干燥處以防受潮；當使用光學投影儀測量試件厚度時，應注意調整工作臺升降手輪對試件調焦和選擇合適倍率的物鏡，確保試件在投影屏上顯示時為最清晰狀態(tài)，確保試件厚度測量的準確性；檢測設備應定期校準和維護，使檢測設備能持續(xù)滿足檢測工作的需求。

3 制取試件及注意要點

3.1 制取試件

在絕緣或護套材料上切取合適長度的試樣，制取老化前機械性能用的試件應不少于5個，如需進行老化試驗，則應另外增加至少5個試件。在試樣上制取的試件最好為啞鈴試件，如果不能獲得大啞鈴試件可以制取小啞鈴試件，如果受試樣尺寸的限制不能制備啞鈴試件時可以制取管狀試件。管狀試件和啞鈴試件見圖1。

圖1 管狀試件、小啞鈴試件及大啞鈴試件

機械性能試驗用的試件厚度應為（0.8～2.0）mm，如果無法獲得0.8mm 厚度的試件，則可以制取不小于0.6mm 厚度的試件。啞鈴試件的厚度是中間部位的最薄處厚度。為了獲得符合2951.11—2008標準[1]機械性能試驗用的試件，試樣通常需要削平或磨平，使標記線之間有較為平行的表面，見圖1中的小啞鈴試件及大啞鈴試件。

3.2 制取試件注意要點

為了提高檢測結果的準確性，制取試件時應注意下面問題：所有試件應進行唯一性標識，以識別試件的來源以及在試樣上相互之間的位置；每個試樣的長度應能滿足制取試件的要求，大約長度為100mm；所有試樣均不得有任何機械損傷；試條磨平時應注意避免過熱而影響到檢測結果的準確性；PE 和PP 絕緣只能削平而不能磨平；沖切試件時在試樣和底板之間放置一硬紙板或其他適當?shù)膲|片，既能提高試件的質量又能起到保護啞鈴刀的作用；如果需要進行老化后機械性能試驗，該試件應取自于老化前機械性能試驗用的試件緊靠相連的一段。

4 試件截面積及測量時注意要點

4.1 試件截面積

啞鈴試件的截面積S1(mm2)的計算方法：S1=a×b，式中：a 為啞鈴試件的寬度、單位mm，b為啞鈴試件的厚度，單位mm；管狀試件截面積P2（mm2）的根計算方法：S2＝π（d-t）t，式中：d為管狀試件外徑實測量值、單位mm、t 為絕緣厚度平均值、單位mm。

4.2 試件截面積測量時注意要點

為了提升試件截面積測量精度，測量時應注意以下幾個問題：

啞鈴試件寬度的測量可以使用光學投影儀測量，也可采用其它合適的測量儀器，總之測量誤差應小于0.07mm。在一組試件中抽取三個試件測量寬度，在每個試件的中間部位測量三處，共獲得9個數(shù)值，取最小值作為該組啞鈴試件的寬度；啞鈴試件厚度的測量可使用指針式測厚儀測量，如啞鈴試件的中間部分為弧形，也可使用帶合適弧形測量頭的指針式測厚儀測量，總之測量誤差應小于0.01mm，測量時接觸壓力應符合2951.11—2008標準[1]的要求。在每個試件的中間部位測量三處取最小值作為該啞鈴試件的厚度。

管狀試件的厚度測量可使用光學投影儀測量，在試樣的中間處取一個試件，用光學投影儀徑向測量6點，測量第1點應從試件的最薄處開始，每測量兩點之間大約間隔60°，測量結果取平均值；所有測量結果保留兩位有效數(shù)字；如果有需要進行老化試驗的試件，應在熱老化之前測量試件的截面積（導體和絕緣一起老化的除外）。

5 拉力試驗及注意要點

5.1 拉力試驗

拉力試驗前應在每個試件的中間部位標上兩條標記線，大啞鈴試件和管狀試件兩條標記線之間的距離為20mm，小啞鈴試件兩條標記線之間的距離為10mm。標記線應清晰，兩條標記線之間的距離應準確。將試件固定在拉力機的上下兩夾頭之間，小啞鈴試件兩夾頭之間的距離約為34mm，大啞鈴試件兩夾頭之間的距離約為50mm；管狀試件兩夾頭之間的距離：自緊式夾頭約為50mm，非自緊式夾頭約為85mm。PE 或PP 類絕緣材料進行拉力試驗時夾頭移動速度為（25+5）mm/min，其它絕緣或護套材料進行拉力試驗時夾頭移動速度為（250+50）mm/min。測量并記錄試件斷裂時兩條標記線之間的距離，并記錄最大拉力。

抗張強度P(N/mm2)的計算方法：P=F/S，式中：F 為試件斷裂時最大拉力、單位N，S 為試件截面積、單位mm2；斷裂伸長率ε(N/mm2)的計算方法：ε=（L1-L0）/L0×100%，式中：L1為試件斷裂時兩條標記線之間的距離，單位mm；L0為兩條標記線之間的原始距離，單位mm。

5.2 拉力試驗時注意要點

為了確保試驗結果的可靠性，拉力試驗時應注意以下幾個問題：

對試驗結果產(chǎn)生疑問時，夾頭移動速度應為（25±5）mm/min 進行試驗；拉力試驗時，試件斷裂位置如果在夾頭處，則該試件的試驗結果作廢。如果有必要，在試驗前可在試件與夾頭接觸處用合適材料對試件進行保護，防止試件在夾頭處受損而導致試驗時試件在夾頭處斷裂；試驗結束后，應計算抗張強度和斷裂伸長率試驗結果的最小中間值。試件在拉伸試驗時，如果試件在夾頭處斷裂或其它原因導致不能獲得至少4個有效數(shù)據(jù)時，試驗應該重做。

檢測人員通過對標準加強學習，掌握了機械性能試驗的正確操作方法，提高了實際檢測水平，絕緣和護套材料的機械性能試驗能力明顯上升，并通過了實驗室內部能力驗證以及實驗室間比對驗證，檢測人員絕緣和護套材料的機械性能試驗能力能滿足標準要求。

綜上，為了檢測結果的有效性和準確性，還要對檢測設備進行實驗室內比對（和/或實驗室間比對）以及檢測人員的檢測能力水平進行一對一能力驗證，以減小實測結果與真實值之間的差值。