李培嫻 LI Pei-xian；章慶科 ZHANG Qing-ke；楊麗 YANG Li；劉亞赤 LIU Ya-chi

（成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院有限責(zé)任公司，成都 610100）

0 引言

交聯(lián)聚乙烯因其良好的耐熱性、機(jī)械性能和電氣性能被廣泛應(yīng)用在電纜的絕緣材料上[1]。熱延伸試驗(yàn)是在恒定載荷恒定溫度下衡量高分子材料形變量的試驗(yàn)，交聯(lián)程度越大，高分子材料的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，分子間作用力越強(qiáng)，抵御外部力的能力越強(qiáng)，發(fā)生形變?cè)叫。虼嗽陔娋€電纜檢測(cè)中熱延伸試驗(yàn)是表征交聯(lián)聚乙烯絕緣材料交聯(lián)程度的重要指標(biāo)[2]，其檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)工藝和配方有直接影響。由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定交聯(lián)聚乙烯絕緣材料的試驗(yàn)溫度范圍為（200±3）℃，樣品厚度范圍為（0.8~2.0）mm，且未明確內(nèi)層取樣部位的具體位置，不同的檢測(cè)機(jī)構(gòu)不同的檢測(cè)人員雖然都按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜熱延伸性能進(jìn)行檢測(cè)，但由于厚度、溫度和取樣部位的不同，會(huì)造成測(cè)試結(jié)果之間存在差異。因此，開展標(biāo)準(zhǔn)條件下交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜產(chǎn)品熱延伸性能影響因素的測(cè)試研究具有十分重要的意義。

本文根據(jù)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.2-2020，以交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜產(chǎn)品為試樣，研究標(biāo)準(zhǔn)條件范圍內(nèi)取樣部位、試樣厚度和試驗(yàn)溫度對(duì)其熱延伸性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣與儀器設(shè)備

試樣為一段型號(hào)規(guī)格YJV 8.7/15kV 1×400的交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜（如圖1）。試驗(yàn)所需儀器設(shè)備為熱延伸試驗(yàn)箱和鋼直尺。

圖1 試樣結(jié)構(gòu)

1.2 測(cè)試步驟

1.2.1 制備試樣

從每一被測(cè)試樣上切取兩個(gè)樣段，除去所有凸脊和半導(dǎo)電層后從絕緣內(nèi)層制取啞鈴片（如圖2），使試片厚度不小于0.8mm不大于2.0mm。在每個(gè)啞鈴試件中部標(biāo)上20mm標(biāo)志線并測(cè)量截面積。

圖2 啞鈴片尺寸（尺寸單位為毫米）

1.2.2 懸掛試樣

將烘箱溫度設(shè)置為（200±3）℃，試件應(yīng)懸掛在烘箱中，下夾頭加重物使機(jī)械應(yīng)力為20N/cm2。懸掛過程應(yīng)盡可能快以使烘箱開門時(shí)間最短[3]。

1.2.3 測(cè)試載荷下伸長(zhǎng)率

烘箱溫度在5min內(nèi)回升到規(guī)定溫度（200±3）℃，試件在烘箱中再保持10min后（共計(jì)15min），測(cè)量標(biāo)記線間距離并計(jì)算載荷下伸長(zhǎng)率。

1.2.4 解除載荷冷卻測(cè)試永久伸長(zhǎng)率

然后從試件上解除拉力（在下夾頭處把試件剪斷），并將試件留在烘箱中恢復(fù)5min。然后從烘箱中取出試件，慢慢冷卻至室溫，再次測(cè)量標(biāo)記線間的距離并計(jì)算永久伸長(zhǎng)率[4]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

為研究標(biāo)準(zhǔn)條件下熱延伸測(cè)試結(jié)果的離散型和試樣熱延伸性能的變化規(guī)律，采用控制變量法在標(biāo)準(zhǔn)條件范圍內(nèi)測(cè)試不同取樣部位、試樣厚度和試驗(yàn)溫度對(duì)其熱延伸性能的影響，實(shí)驗(yàn)方案如下：

1.3.1 取樣部位

本實(shí)驗(yàn)定義絕緣內(nèi)層為靠近導(dǎo)體屏蔽層的二分之一絕緣層BD，方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001未明確規(guī)定取樣部位絕緣內(nèi)層的具體位置，故本實(shí)驗(yàn)選取在不同取樣部位BC和CD同一厚度的試樣在同一溫度下進(jìn)行熱延伸試驗(yàn)[5]，如圖3所示。

圖3 取樣部位

1.3.2 試樣厚度

方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001規(guī)定試樣的厚度范圍為（0.8~2.0）mm，故本實(shí)驗(yàn)選取以C點(diǎn)為中心點(diǎn)制取的不同厚度為0.8mm、1.2mm、1.6mm和2.0mm的試樣在同一溫度下進(jìn)行熱延伸試驗(yàn)。

1.3.3 試驗(yàn)溫度

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.2-2020規(guī)定，交聯(lián)聚乙烯絕緣熱延伸試驗(yàn)溫度為（200±3）℃，故本實(shí)驗(yàn)選取同一厚度同一取樣部位試樣在197℃、200℃、203℃溫度下進(jìn)行熱延伸試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 取樣部位對(duì)熱延伸的影響

表1為同一厚度不同取樣部位的試樣在相同溫度下交聯(lián)聚乙烯絕緣熱延伸測(cè)試值。由表1和圖4可以看出，當(dāng)厚度和試驗(yàn)溫度一定時(shí)，BC段試樣載荷下伸長(zhǎng)率顯著小于CD段試樣載荷下伸長(zhǎng)率，取樣部位越靠近導(dǎo)體，熱延伸性能越差，冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率不隨取樣部位變化而顯著變化。由于中高壓電纜一般采用過氧化物交聯(lián)方式進(jìn)行交聯(lián)聚乙烯絕緣的交聯(lián)，運(yùn)用懸鏈?zhǔn)剑–CV）或立式（VCV）生產(chǎn)設(shè)備，將混入過氧化物交聯(lián)劑和氧化劑的PE電纜放入充滿高溫惰性氣體的密封罐內(nèi)加熱，此時(shí)內(nèi)外層絕緣的加熱溫度不同，過氧化物交聯(lián)劑的分解程度就會(huì)不同，導(dǎo)致內(nèi)外層的交聯(lián)度不均，最終反映在熱延伸載荷下伸長(zhǎng)率不同[6]。外層絕緣加熱溫度高于內(nèi)層絕緣，交聯(lián)程度大，熱延伸性能更優(yōu)，載荷下伸長(zhǎng)率更小。

圖4 不同取樣部位熱延伸值散點(diǎn)圖

表1 不同取樣部位熱延伸測(cè)試值

2.2 試樣厚度對(duì)熱延伸的影響

表2為以C點(diǎn)為中心點(diǎn)制取的不同厚度為0.8mm、1.2mm、1.6mm和2.0mm的試樣在相同溫度下交聯(lián)聚乙烯絕緣熱延伸測(cè)試值。熱延伸值是反應(yīng)交聯(lián)聚乙烯絕緣交聯(lián)程度的試驗(yàn)指標(biāo)，交聯(lián)程度不會(huì)隨厚度變化發(fā)生較大改變，如表2和圖5所示，當(dāng)取樣部位和試驗(yàn)溫度一定時(shí)，載荷下伸長(zhǎng)率和冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率不隨厚度變化而顯著變化[7]。

圖5 不同試樣厚度熱延伸值散點(diǎn)圖

表2 不同試樣厚度熱延伸測(cè)試值

2.3 試驗(yàn)溫度對(duì)熱延伸的影響

表3為同一厚度同一取樣部位的試樣在不同溫度下交聯(lián)聚乙烯絕緣熱延伸測(cè)試值。由表3和圖6可以看出，當(dāng)厚度和取樣部位一定時(shí)，載荷下最大伸長(zhǎng)率和冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率均不隨溫度變化而顯著變化。熱延伸試驗(yàn)溫度為（200±3）℃，此時(shí)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料處于橡膠態(tài)，在此溫度偏差范圍內(nèi)，模量隨溫度變化很小，因此負(fù)載下的形變并不會(huì)有顯著差異[8]。

表3 不同試驗(yàn)溫度下熱延伸測(cè)試值

圖6 不同試驗(yàn)溫度下熱延伸值散點(diǎn)圖

3 結(jié)論

①在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，當(dāng)厚度和試驗(yàn)溫度一定時(shí)，取樣部位越靠近導(dǎo)體，熱延伸性能越差，冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率不隨取樣部位變化而顯著變化。

②在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，當(dāng)取樣部位和試驗(yàn)溫度一定時(shí)，載荷下伸長(zhǎng)率和冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率不隨厚度變化而顯著變化。

③在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，當(dāng)厚度和取樣部位一定時(shí)，載荷下最大伸長(zhǎng)率和冷卻后最大永久伸長(zhǎng)率均不隨溫度變化而顯著變化。