安徽宇測(cè)線纜質(zhì)檢技術(shù)有限公司 周光亞 華齊東 張榮鵬 田兆云

隨著國(guó)家西北部工業(yè)化推進(jìn)帶動(dòng)了低壓電力電纜的需求，低壓電力電纜在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮到地理環(huán)境因素和環(huán)保要求，比如耐低溫、防水、阻燃等方面因素。因此，阻燃聚乙烯護(hù)套近年來(lái)被廣泛應(yīng)用。阻燃聚乙烯護(hù)套在進(jìn)行成品機(jī)械性能試驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)因取樣、試樣制備、拉伸速度以及設(shè)備等因素影響試驗(yàn)結(jié)果，本文就針對(duì)影響阻燃聚乙烯護(hù)套啞鈴試件機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 阻燃聚乙烯護(hù)套機(jī)械性能試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法總體上按照GB/T2951.11-2008/IEC 60811-1-1:2001電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法第11部分：通用試驗(yàn)方法--厚度和外形尺寸測(cè)量--機(jī)械性能試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，即：在制取好的試件上（有效試件5個(gè)）進(jìn)行機(jī)械拉力試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算獲得結(jié)果。抗張強(qiáng)度σ=P/S，P 為試件拉伸至斷裂時(shí)最大負(fù)荷N，S 為試件截面、mm。

斷裂伸長(zhǎng)率：測(cè)量斷裂時(shí)的兩個(gè)標(biāo)記間的距離再除以原始標(biāo)記距離。即ε=L1-L0/L0，L0為拉力前試件上標(biāo)志線間距離（原始距離）、mm，L1為斷裂時(shí)試件標(biāo)志線間距離、mm，然后分別取中間值。當(dāng)有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)中間值為正中間一個(gè)數(shù)值，當(dāng)有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)中間值為中間兩個(gè)數(shù)值的平均值。

1.2 試驗(yàn)條件和設(shè)備

試驗(yàn)室應(yīng)有空調(diào)控制空間的溫濕度，試驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)明亮（光照度應(yīng)≥250lux）；試件應(yīng)在護(hù)套擠出后存放至少16h，在（23±5）℃溫度下存放至少3h，有疑問(wèn)時(shí)應(yīng)在（23±2）℃溫度下存放至少3h；使用的主要設(shè)備有JDL-500N 型電子拉力試驗(yàn)機(jī)、削片機(jī)、啞鈴刀、伸率尺、直尺、標(biāo)記章。

1.3 試驗(yàn)步驟

1.3.1 取樣

從每個(gè)被測(cè)試電纜或軟線試樣或取自電纜的護(hù)套試樣上切取足夠長(zhǎng)度的樣段，供制取老化前機(jī)械性能試驗(yàn)用試件至少5個(gè)、和供電纜標(biāo)準(zhǔn)對(duì)護(hù)套材料規(guī)定老化后試驗(yàn)用所需試件至少5個(gè)的數(shù)量。應(yīng)注意制備每個(gè)試件的取樣長(zhǎng)度要求100mm。有機(jī)械損傷的任何試樣均不得用于試驗(yàn)。因?yàn)橛捎谑艿綑C(jī)械損傷會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的偏差，最終因試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差，造成檢驗(yàn)結(jié)果不合格。

1.3.2 試件制備及處理

試件在做老化前后試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)成品電線電纜的外徑制備樣品試件，盡可能采用啞鈴試件。外徑偏小時(shí)制備管樁試片，外徑偏大時(shí)制備啞鈴片。制備啞鈴試件時(shí)，沿電纜軸線方向切開(kāi)護(hù)套，剝離導(dǎo)電線芯。切取一窄條，將窄條內(nèi)的所有電纜元件全部除去。如果窄條內(nèi)有凸脊或壓印則應(yīng)磨平或削平。磨平或削平后試條的厚度應(yīng)不小于0.8mm、不大于2.0mm。如果不能獲得0.8mm 的厚度、允許最小厚度為0.6mm。而對(duì)于PE 和PP 護(hù)套，阻燃聚乙烯護(hù)套屬于PE 材料，只能采取削平（即放入削片機(jī)中先粗削后細(xì)削），如果護(hù)套比較厚且兩面均光滑，啞鈴試件無(wú)需削到2.0mm。

拉力試驗(yàn)前，在每個(gè)啞鈴試件的中間部位應(yīng)印上兩條標(biāo)志線。其標(biāo)志線之間的距離：I 號(hào)大啞鈴試件標(biāo)志線之間的距離為20mm；II 號(hào)小啞鈴試件標(biāo)志線之間的距離為10mm。制取啞鈴試片，提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，建議采用下列措施：?jiǎn)♀彽兑蠓浅ｄh利、不能有缺口，以減少試件的缺陷；在試條和底板之間放置一硬紙板或其他適當(dāng)?shù)膲|片。墊片在沖切過(guò)程中可能被沖破。但不會(huì)被啞鈴刀完全切斷；應(yīng)避免試件兩邊的毛刺。對(duì)于有可能沖出帶毛刺的啞鈴試件的材料，建議采取下列方法：沖模（特制的啞鈴刀）兩端應(yīng)有一個(gè)2.5mm 寬、2.5mm 高的凹槽；沖制的啞鈴片兩端仍與要求制備的試條連接在一起；采用相關(guān)設(shè)備，切掉多余的0.1mm 到0.15mm厚度以除去由啞鈴沖模引起可能出現(xiàn)的毛刺。

1.3.3 截面積的測(cè)量

啞鈴試件：每個(gè)試件的截面積是試件寬度和測(cè)量的最小厚度的乘積，試件的寬度和厚度應(yīng)按如下方法測(cè)量。

寬度：任意選取三個(gè)試件測(cè)量它們的寬度，取最小值作為該組啞鈴試件的寬度；如果對(duì)寬度的均勻性有疑問(wèn)，則應(yīng)在三個(gè)試件上分別取三處測(cè)量其上、下兩邊的寬度,計(jì)算上、下測(cè)量處測(cè)量值的平均值。取三個(gè)試件的9個(gè)平均值中的最小值為該組啞鈴試件的寬度。如還有疑問(wèn)，應(yīng)在每個(gè)試件上測(cè)量寬度（因啞鈴試件寬度在測(cè)量中有誤差，建議可對(duì)啞鈴刀的寬度進(jìn)行校準(zhǔn)控制）。

厚度：每個(gè)試件的厚度取拉伸區(qū)域內(nèi)三處測(cè)量值的最小值。應(yīng)使用光學(xué)儀器或指針式測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)接觸壓力不超過(guò)7N/cm2。測(cè)量厚度的誤差應(yīng)不大于0.01mm，測(cè)量寬度時(shí)的誤差應(yīng)不大于0.04mm?；蛘咭部墒褂媒佑|壓力不大于2N/cm2的指針式測(cè)厚度儀。

1.3.4 試樣的處理、試驗(yàn)

熱塑性材料試件存放溫度（23±2）℃，如果有疑問(wèn)，制備試件前所有材料或試條應(yīng)在（70±2）℃溫度下放置24h；使用試驗(yàn)機(jī)的夾頭把試件兩端分別夾在試驗(yàn)機(jī)的夾頭上，設(shè)置好夾頭的移動(dòng)速度，夾頭移動(dòng)速度（25±5）mm/min，試件對(duì)稱(chēng)并垂直地夾在拉力機(jī)，按下開(kāi)始鍵、直至每個(gè)試件在標(biāo)志線內(nèi)斷裂為止。分別依次拉斷5個(gè)試樣，測(cè)量并記錄最大拉力和斷裂時(shí)的兩標(biāo)志線距離。在夾頭處拉斷的任何試件的試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)作廢，必須在標(biāo)志線內(nèi)拉斷方可有效。同時(shí)計(jì)算抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率至少需4個(gè)有效數(shù)據(jù)，否則試驗(yàn)失敗并重新制樣重做。

按照GB/T2951.11-2008/IEC60811-1-1:2001電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法第11部分：通用試驗(yàn)方法--厚度和外形尺寸測(cè)量--機(jī)械性能試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)給定的方法計(jì)算。

2 試驗(yàn)過(guò)程中容易影響試驗(yàn)結(jié)果的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 取樣及樣品制備對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響

護(hù)套是擠包在電纜半成品上的，主要作用是保護(hù)線芯絕緣不受外力破壞，阻燃聚乙烯在擠塑過(guò)程中，因粘性大且緊密的包覆在電纜半成品上，特別是帶有金屬帶（鋼帶）鎧裝的電纜，護(hù)套內(nèi)側(cè)會(huì)有不平整現(xiàn)象，同時(shí)阻燃聚乙烯護(hù)套冷卻時(shí)材質(zhì)較硬，在制備樣品時(shí)常規(guī)的削片機(jī)受自身功率、刀片老化及滾輪等諸多因素影響，容易造成制備的樣品表面不平整或有滾輪?。▓D1，a 削片后樣品），樣品的品質(zhì)會(huì)直接影響試驗(yàn)的結(jié)果，特別是伸長(zhǎng)率的結(jié)果（表1為同根樣品削平后有橫紋啞鈴試樣C 結(jié)果與表面平整光滑啞鈴試樣D 的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比）。

圖1 削片后試樣

表1 一根電纜上取樣有橫紋與表面平整光滑的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表1為同段樣品、同一位試驗(yàn)員、同臺(tái)拉力機(jī)在同一個(gè)試驗(yàn)環(huán)境下所測(cè)出的數(shù)據(jù)，只是試樣外觀表面處理不同，兩者測(cè)試結(jié)果明顯不一樣，平整光滑的試樣D 測(cè)試數(shù)據(jù)明顯優(yōu)越帶有橫紋啞鈴試樣C。

2.2 試樣標(biāo)記線對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響

做75mm 啞鈴試件的斷裂伸長(zhǎng)率和抗張強(qiáng)度時(shí)，通常采用記號(hào)筆或油漆筆來(lái)標(biāo)記20mm 的標(biāo)記線（圖2，a 標(biāo)記線），由于阻燃聚乙烯的伸長(zhǎng)率好、由于標(biāo)記線較粗，導(dǎo)致標(biāo)記線會(huì)隨著材料拉伸而不斷的伸長(zhǎng)，最終導(dǎo)致很難找到原始標(biāo)記點(diǎn)，從而影響伸長(zhǎng)率的讀數(shù)。對(duì)此也進(jìn)行了伸長(zhǎng)率試驗(yàn)，試件用記號(hào)筆作標(biāo)記線和用銅質(zhì)標(biāo)記模作標(biāo)記線試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，記號(hào)筆試樣a、銅質(zhì)試樣b 標(biāo)記線的斷裂伸長(zhǎng)率(%)分別為415/402、405/404、412/408、410/397、418/401，其中間值分別為410、402。不難看出，檢測(cè)結(jié)果能夠反映數(shù)據(jù)讀取的變化。

圖2 試樣上標(biāo)記線

通過(guò)對(duì)比不難看出，記號(hào)筆粗的標(biāo)記線斷裂伸長(zhǎng)率高于銅質(zhì)用標(biāo)記線，這樣就給試驗(yàn)數(shù)據(jù)的解讀帶來(lái)了誤差，容易造成數(shù)據(jù)的不客觀和試驗(yàn)數(shù)據(jù)不科學(xué)性。所以，進(jìn)行此類(lèi)試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)員要正確處理試件的制備工作，做到檢測(cè)數(shù)據(jù)的客觀性和科學(xué)性。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響

通常電線電纜廠家會(huì)根據(jù)企業(yè)的規(guī)模或由對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重視程度選擇配備相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備，當(dāng)做具有阻燃聚乙烯護(hù)套物理機(jī)械性能時(shí)（斷裂伸長(zhǎng)率和抗張強(qiáng)度），因拉伸速度較慢影響效率，有時(shí)會(huì)為了趕進(jìn)度，會(huì)使用不同型號(hào)的拉力機(jī)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，由于拉力機(jī)本身存在力值誤差，同時(shí)拉力機(jī)在校準(zhǔn)時(shí)基本只校準(zhǔn)力學(xué)性能，基本上沒(méi)有考慮到設(shè)備垂直的效果，加上有部分拉力機(jī)絲桿設(shè)計(jì)不同（圖3a，螺紋絲桿）以及拉伸速度不同導(dǎo)致拉伸時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，以上設(shè)備相關(guān)要求也可能影響試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 拉力試驗(yàn)機(jī)機(jī)絲桿

通過(guò)表3數(shù)據(jù)的對(duì)比（試樣均在同一試件上制?。┛闯觯瑑A斜試樣斷裂伸長(zhǎng)率和抗張強(qiáng)度與對(duì)稱(chēng)垂直試樣出現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的差異。因此進(jìn)行此類(lèi)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)員要認(rèn)真正確處理試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)工作，做到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、客觀性和科學(xué)性。

表3 對(duì)稱(chēng)垂直試件和傾斜不對(duì)稱(chēng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表4（試樣均在同一試件上制?。┓从吃嚰谠嚰M(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)設(shè)備或地面不平整狀態(tài)下和試件應(yīng)設(shè)備和地面平整狀態(tài)下所測(cè)量斷裂伸長(zhǎng)率、抗張強(qiáng)度的結(jié)果，也可以看出測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)變化。所以，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，一定要選用質(zhì)量穩(wěn)定的設(shè)備且試驗(yàn)環(huán)境良好的條件，只有這樣提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)才能夠代表試驗(yàn)的客觀性及準(zhǔn)確性。

表4 抖動(dòng)拉伸和平穩(wěn)拉伸試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 影響試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)防控制措施

取樣及樣品制備的控制措施。在成品電纜上應(yīng)該選擇無(wú)任何損傷的護(hù)套作為樣品來(lái)取樣，同時(shí)阻燃聚乙烯冷卻后護(hù)套較硬，應(yīng)選用功率大且傳輸穩(wěn)定的削片機(jī)，且應(yīng)有粗削和細(xì)削功能，確保樣品削片后內(nèi)外表面平整光滑（圖1b，削片后樣品）；試樣標(biāo)記線的控制措施。制備定尺為20mm 的銅質(zhì)標(biāo)記模，在做標(biāo)記時(shí)先沾白色或紅色印油后再蓋在啞鈴試件上（圖2，b 標(biāo)記線），此標(biāo)記線細(xì)，可降低拉伸后的讀數(shù)誤差。

試驗(yàn)設(shè)備的控制措施。根據(jù)阻燃聚乙烯塑料最大拉力需要，設(shè)備應(yīng)選用500N 的拉力試驗(yàn)機(jī)，且要求配備滾珠絲桿作為拉伸傳動(dòng)來(lái)增加拉伸穩(wěn)定性（圖3，b 滾珠絲桿），在設(shè)備安裝后應(yīng)用水平儀進(jìn)行測(cè)量平面和垂直水平；檢驗(yàn)人員通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，對(duì)試驗(yàn)有影響因素進(jìn)行了必要的預(yù)防控制措施，阻燃聚乙烯護(hù)套機(jī)械性能試驗(yàn)?zāi)芰γ黠@提升，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)試驗(yàn)，阻燃聚乙烯護(hù)套機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠有效。

綜上，通過(guò)多次試驗(yàn)總結(jié)阻燃聚乙烯護(hù)套在進(jìn)行老化前抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率時(shí)，影響試驗(yàn)結(jié)果的主要幾個(gè)控制點(diǎn)，希望對(duì)從事電線電纜試驗(yàn)的人員提供參考。為確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性、科學(xué)性,建議定期與具有CNAS 實(shí)驗(yàn)室或其他單位進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)或能力驗(yàn)證，以不斷地提高試驗(yàn)整體水平。