季偉 劉曉暉 劉皓

（滄州出入境檢驗(yàn)檢疫局河北滄州061001）

電線電纜高溫壓力試驗(yàn)的研究

季偉 劉曉暉 劉皓

（滄州出入境檢驗(yàn)檢疫局河北滄州061001）

電線電纜高溫壓力試驗(yàn)是考核PVC材料在高溫狀態(tài)下的抗壓性能、評判電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量的常用指標(biāo)，試驗(yàn)過程按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008進(jìn)行。以外徑6 mm及以下的不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗(yàn)為例，通過控制壓痕處切片形狀、厚度測量點(diǎn)位置選擇等關(guān)鍵細(xì)節(jié)，達(dá)到控制試驗(yàn)結(jié)果離散性的目的。

電線電纜；絕緣；高溫壓力試驗(yàn)

1 前言

電線電纜高溫壓力試驗(yàn)是電線電纜較為常見的檢驗(yàn)項(xiàng)目之一，是指電線電纜絕緣或護(hù)套在一定溫度下受外界機(jī)械力而變形后，當(dāng)除去外力、溫度降低時(shí)的恢復(fù)能力，用于考核電線電纜絕緣材料在高溫狀態(tài)下的抗壓性能，它是評判電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量的常用指標(biāo)之一。

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008[1]中，規(guī)定了電線電纜高溫壓力試驗(yàn)的相關(guān)方法，但在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，不同人員操作細(xì)節(jié)上差別很大。如有的在試樣上畫上標(biāo)記線，有的不畫線；壓痕處切片方式不同，獲得的薄片形狀不同等等。最終造成了檢測結(jié)果不一致。

已有許多研究者對電線電纜高溫壓力試驗(yàn)進(jìn)行了研究[2-4]，但這些研究集中于小截面硬導(dǎo)體的樣品，適用面窄；比較強(qiáng)調(diào)檢測數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，對于有關(guān)薄片測量細(xì)節(jié)的描述較少。本研究針對外徑6 mm及以下不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗(yàn)操作與分析，提出了對壓痕處切片形狀、厚度測量點(diǎn)位置選擇等關(guān)鍵細(xì)節(jié)的理解。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器設(shè)備

自然通風(fēng)老化箱（YH-8736，溫度偏差≤±2℃）、高溫壓力試驗(yàn)裝置（YH-8849A）、影像測量儀（VMS-1510F，讀數(shù)精確至0.01 mm）：東莞市常平銳鏵電子儀器廠，所有設(shè)備均檢定合格，且在試驗(yàn)過程中均處于受控狀態(tài)。

其他輔助用設(shè)備和物質(zhì)有：電子天平、游標(biāo)卡尺、冷水、鋒利的剃刀刀片等。

2.1.2 被測樣品

以下被測樣品均來自河北新寶豐電線電纜有限公司。

（1）小截面硬導(dǎo)體樣品：60227IEC 01（BV）450/750V 6 mm2；（2）小截面絞合導(dǎo)體樣品：BVR 450/750V2.5 mm2；（3）特殊樣品：60227IEC01（BV）450/750V10mm2。

2.2 方法

2.2.1 檢測依據(jù)

按照GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985《電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法—高溫壓力試驗(yàn)—抗開裂試驗(yàn)》進(jìn)行。

2.2.2 環(huán)境條件

（23±1）℃，（25-65）%RH。

2.2.3 試驗(yàn)過程

2.2.3.1 樣品制備與厚度尺寸測量

對于每個(gè)被試絕緣線芯，從每個(gè)長度約300 mm樣段上截取3個(gè)相鄰的試樣，試樣長度約為100mm，在每個(gè)試樣端頭分別切取一個(gè)薄片供絕緣平均厚度和外徑尺寸的測量。

絕緣平均厚度的測量：將試片置于投影儀的工作面上，切割面與光軸垂直，第一次測量應(yīng)在絕緣最薄處進(jìn)行，依次在試片徑向測量6點(diǎn)，6個(gè)測量值的平均值作為該樣段的絕緣平均厚度。

外徑尺寸的測量：將試片置于投影儀的工作面上，切割面與光軸垂直，在互相垂直的兩個(gè)方向上分別測量，2個(gè)測量值的平均值作為該樣段的外徑平均值。

2.2.3.2 試樣施加壓力計(jì)算

刀片作用于試樣上的壓力F，按照公式（1）計(jì)算：

式中：k-有關(guān)電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系數(shù)，本試驗(yàn)中取k=0.6；

δ-試樣絕緣厚度的平均值（mm，保留2位小數(shù)）；

D-試樣外徑平均值（mm，保留2位小數(shù)）；

D、δ按2.2.3.1的步驟在試樣端頭切取的薄片上測得。

F-刀片作用于試樣上的壓力（g），其計(jì)算值可以向較小值化整，但舍去的值應(yīng)不超過3%。

2.2.3.3 樣品的處理與放置

壓痕裝置由刀口厚度為（0.70±0.01）mm的矩形刀片組成，刀片可對試樣加壓。每個(gè)試樣放置在支撐板上，試樣的固定方式不應(yīng)使試樣在刀片壓力下發(fā)生彎曲。刀片也應(yīng)與試樣軸線垂直，并沿垂直于試樣軸線的方向施加上述計(jì)算出的壓力。

（1）測試前首先對約300 mm的樣段進(jìn)行校直，用細(xì)墨水筆在試樣外表面沿軸線方向畫上標(biāo)記線，預(yù)先畫好壓痕點(diǎn)的位置。試樣用手?jǐn)Q成s型，使其在支撐的平面上固定不滾動。

（2）在試樣支架上做好標(biāo)記線，將試樣按標(biāo)記線位置與支架平行放置；使用游標(biāo)卡尺測量并標(biāo)記刀口的中部位置，避免刀具壓載試樣時(shí)向一邊傾斜。

（3）高溫壓力值與被測樣品圓整度有關(guān)，對于圓形試樣而言，橢圓度小，高溫壓力值集中；橢圓度大，高溫壓力值離散。將線芯看成一個(gè)橢圓，橢圓的長軸平行于支架放置，這樣操作能使試樣重心降低，提高操作穩(wěn)定性。

2.2.3.4 試樣加熱

試樣在溫度為80℃的空氣烘箱中放置4 h。整個(gè)加熱過程中，試驗(yàn)設(shè)備和試樣放在烘箱中不應(yīng)振動，任何可能引起試樣振動的設(shè)備諸如鼓風(fēng)機(jī)等，不允許直接與烘箱接觸。烘箱溫度穩(wěn)定后，迅速平穩(wěn)放入裝置，整個(gè)試驗(yàn)期間烘箱溫度波動不能超過±2℃。

2.2.3.5 冷卻

規(guī)定的加熱時(shí)間結(jié)束后，用冷水噴射壓在刀口下的試樣使其在烘箱中及壓力作用下迅速冷卻。絕緣試樣冷卻至室溫并不再繼續(xù)變形后，從試驗(yàn)裝置中取出，然后浸入冷水中進(jìn)一步冷卻。試樣冷卻后應(yīng)立即進(jìn)行壓痕深度的測量。

2.2.4 厚度尺寸測量與數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008要求，進(jìn)行壓痕深度的測量：抽出導(dǎo)體留下管狀絕緣試樣，在壓痕處和壓痕附近（離開壓痕處3-5 mm）的位置橫向切取兩個(gè)試片，壓痕深度應(yīng)是剖面圖1和剖面圖2的測量值之差。全部測量值均應(yīng)以mm計(jì)，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位（簡稱方法一），如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008中小試樣的壓痕測量方法

每個(gè)試樣測得的壓痕深度與該試樣絕緣平均厚度的比值作為測試結(jié)果，以%計(jì)算，保留1位小數(shù)。絕緣高溫壓力試驗(yàn)測量結(jié)果取3個(gè)試樣測試結(jié)果的中間值（下稱“壓深率”）。

3 結(jié)果分析

3.1 小截面硬導(dǎo)體樣品絕緣高溫壓力試驗(yàn)

許多研究者[2-4]在進(jìn)行小截面硬導(dǎo)體樣品的絕緣高溫壓力試驗(yàn)時(shí)，獲取的壓痕典型圖像如圖2、圖3所示。在圖2中，兩個(gè)平面交匯處有明顯的陰影（或者亮光）干擾測量，對最終結(jié)果產(chǎn)生或大或小的影響。分析陰影/亮光的產(chǎn)生有兩個(gè)來源，一是矩形刀片的倒角，經(jīng)過長時(shí)間的使用，變得圓滑；二是使用刀片切試片，無法做到理論上的垂直于軸線，影像儀光線投射在樣品上產(chǎn)生陰影/亮光。

圖2 壓痕測量剖面圖1

圖3 壓痕測量剖面圖2

本研究測的是立體圖形，在影像儀上顯示的是平面圖形，試驗(yàn)過程中采用以下的處理辦法——在壓痕試片切取時(shí)按照圖4所示獲取，這樣進(jìn)行測定時(shí)，能有效規(guī)避陰影/亮光的干擾。

圖4 改進(jìn)的壓痕測量剖面圖1

由于要切取的試片非常小，操作一定要精細(xì)，測量前可以用極細(xì)的筆在試件上做好記號。

按照以下試驗(yàn)參數(shù)（絕緣厚度0.96 mm、外徑4.22 mm、溫度80℃、時(shí)間4 h）進(jìn)行了10次重復(fù)試驗(yàn)，壓深率分別為38.5%、39.6%、39.6%、38.5%、37.5%、38.5%、37.5%、38.5%、36.5%、39.6%。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008進(jìn)行判定，均為合格；按照本實(shí)驗(yàn)室對該項(xiàng)目的不確定度評定結(jié)果，該值為38.5%±4.4%，（包含因子k=2），以上10組數(shù)據(jù)均滿足要求。

3.2 小截面絞合導(dǎo)體樣品絕緣高溫壓力試驗(yàn)

樣品BVR 450/750V 2.5 mm2中導(dǎo)體由19根直徑為0.40 mm的單線絞合而成，絕緣高溫壓力試驗(yàn)獲得的壓痕典型圖像如圖5所示。

圖5 BVR 450/750V 2.5 mm2壓痕測量剖面圖1和剖面圖2

由于導(dǎo)體絞合扭轉(zhuǎn)，造成壓痕處與壓痕附近對應(yīng)位置的兩個(gè)圖像不一致，難于選擇與壓痕對應(yīng)的測量點(diǎn)進(jìn)行厚度測量，為試驗(yàn)帶來了困難。

這時(shí)候要充分考慮標(biāo)準(zhǔn)中測量方法的本質(zhì)，壓痕處厚度與壓痕附近處厚度相減，就是排除其他因素的影響，最大程度體現(xiàn)出高溫與機(jī)械壓力對于試樣的復(fù)合影響。處理辦法是測量導(dǎo)體線芯絞合節(jié)距，按照絞合情況、絞合方向在絕緣外表面受力處做好標(biāo)記，與某一條導(dǎo)體單線上下垂直對齊。在本例中，線芯絞合節(jié)距為100 mm，在離壓痕處3-5 mm的地方，單線的旋轉(zhuǎn)角度為10°-18°，按照絞合方向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，選擇壓痕對應(yīng)測量點(diǎn)位置進(jìn)行測量。圖5中十字線的水平線與試片圖像相交的位置即為測量位。

按照以下試驗(yàn)參數(shù)（絕緣厚度0.77 mm、外徑3.73 mm、溫度80℃、時(shí)間4 h）進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)，壓深率分別為35.0%、37.6%、39.8%、38.5%、34.2%，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008進(jìn)行判定，均為合格。

3.3 一種特殊樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在實(shí)際測試中碰到一種比較特殊的樣品，60227IEC 01（BV）450/750V 10 mm2，在標(biāo)準(zhǔn)GB/T5023.3-2008[5]中，該產(chǎn)品導(dǎo)體為第二類導(dǎo)體，絕緣厚度規(guī)定值為1.0 mm，平均外徑上限6.7 mm，下限5.6 mm。有的試驗(yàn)員測得的外徑平均值為6.0 mm，按照方法一進(jìn)行檢測；有的試驗(yàn)員測得的外徑平均值為6.1 mm，按照圖6中方法（標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008中大尺寸試樣壓痕測量方法）進(jìn)行檢測：沿著試樣的軸線方向，垂直于壓痕從試樣上切取一窄條試片。將窄條試片平放在讀數(shù)顯微鏡或測量投影儀下，并將十字線調(diào)到壓痕底部和試片外側(cè)（簡稱方法二）。不同方法獲得的圖形如圖7、圖8所示。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008中大尺寸試樣壓痕測量示意圖

圖760227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2壓痕測量1

圖860227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2壓痕測量2

按照圖7試驗(yàn)參數(shù)（絕緣厚度1.08 mm、外徑6.03 mm、溫度80℃、時(shí)間4 h）進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)，壓深率分別為35.2%、31.5%、36.1%、36.1%、37.0%；按照圖8試驗(yàn)參數(shù)（絕緣厚度1.11mm、外徑6.08 mm、溫度80℃、時(shí)間4 h）進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)，壓深率分別為25.2%、25.2%、27.0%、27.9%、28.8%。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2951.31-2008進(jìn)行判定，均為合格。

同一個(gè)試樣，不同的壓痕測量方法獲得的結(jié)果差別很大，筆者分析其原因：一是由于各種因素的影響，導(dǎo)致試驗(yàn)冷卻后樣品的形狀不規(guī)則，測量時(shí)不能按照理想、規(guī)則的圓柱體進(jìn)行簡化處理；二是試樣直徑越小，絕緣層張力越大，試樣切開后變形越明顯，這涉及到更為復(fù)雜的力學(xué)問題。

厚度尺寸恰好在6 mm邊緣的試樣高溫壓力實(shí)驗(yàn)，在筆者所能查閱到的論文資料中，均未談到；歷年的能力驗(yàn)證樣品的選擇，均明顯的遠(yuǎn)離這一區(qū)域，筆者認(rèn)為這是為了避免分歧。因此，筆者認(rèn)為，面對這種特殊的情況，兩種方法各有各的含義，沒有必要?jiǎng)澐终l對誰錯(cuò)。

4 結(jié)論

本研究介紹了外徑6 mm及以下不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗(yàn)操作中對壓痕處切片形狀、厚度測量點(diǎn)位置選擇等關(guān)鍵細(xì)節(jié)的理解，應(yīng)首先觀察試樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照本研究提供的辦法對試樣進(jìn)行分類處理，再進(jìn)行正式試驗(yàn)。通過精細(xì)化試驗(yàn)操作，控制高溫壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，希望能為線纜檢測工作者提供一些借鑒和幫助。

[1]GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法第31部分：聚氯乙烯混合料專用試驗(yàn)方法—高溫壓力試驗(yàn)—抗開裂試驗(yàn)[S].

[2]季紅.電線電纜絕緣高溫壓力試驗(yàn)研究[J].電線電纜，2012，8（04）：32-34.

[3]何蘭君，夏錫彬，葉東東.電線電纜絕緣高溫壓力試驗(yàn)測量不確定度分析及評定[J].科技信息，2014，7：288-289.

[4]陳鼎.電纜PVC絕緣層高溫壓力試驗(yàn)結(jié)果的不確定度評估[J].電線電纜，2015，3：31-35.

[5]GB/T 5023.3-2008/IEC 60227-3：1997額定電壓450∕750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜第3部分：固定布線用無護(hù)套電纜[S].

Research on High-Temperature Press Test of Insulation of Wires and Cables

JI Wei，LIU Xiaohui，LIU Hao
（Cangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Cangzhou，Hebei，061001）

High-temperature press test is concerned on resistance crushed performance of insulation materials，and the experiment is accorded with GB/T 2951.31-2008.The article studied measurement on pressure test at high temperature of insulations of wires and cables no more than 6mm in outside diameter.The results showed that the dispersion depends on the test measurement factors such as section shape and thickness measurement location.

Wires and Cables；Insulation；High-Temperature Press Test

TM247

E-mail：jiweidawang@126.com

2016-08-17