安徽渡江電纜集團(tuán)有限公司 巫春生 萬長(zhǎng)東 張家文

國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)離不了工業(yè)，工業(yè)的發(fā)展離不開電纜。電纜的基本結(jié)構(gòu)是導(dǎo)體、絕緣和護(hù)層，導(dǎo)體是傳輸電能或控制信號(hào)的主要元器件，絕緣能有效地將導(dǎo)體對(duì)地或相互間隔離，從而保證電能的安全運(yùn)輸，護(hù)套層能保護(hù)導(dǎo)體和絕緣不受外界破壞，有效地延長(zhǎng)電纜的使用壽命。由此可見，絕緣及護(hù)套的質(zhì)量水平對(duì)該電纜的整體質(zhì)量顯得至關(guān)重要。衡量絕緣和護(hù)套質(zhì)量水平的重要指標(biāo)是機(jī)械性能，如果電纜絕緣和護(hù)套材料的機(jī)械性能指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，那么電纜在安裝及使用過程中極易出現(xiàn)絕緣和護(hù)套變脆、斷裂等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致電纜損壞，給用戶帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

電纜絕緣和護(hù)套材料機(jī)械性能試驗(yàn)方法通常依據(jù)GB/T 2951.11—2008標(biāo)準(zhǔn)[1],發(fā)布至今已有十四年了，其間沒有被修訂過，標(biāo)準(zhǔn)中的部分內(nèi)容已不能滿足當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求，另外由于檢測(cè)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解不一樣，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏差較大,檢測(cè)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(hù)套材料機(jī)械性能試方法驗(yàn)及注意要點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 絕緣及護(hù)套材料機(jī)械性能要求及試驗(yàn)方法要求

絕緣和護(hù)套材料的機(jī)械性能又稱為機(jī)械物理性能，下面以GB/T 9330—2020[2]標(biāo)準(zhǔn)為例對(duì)絕緣和護(hù)套材料的機(jī)械性能要求及試驗(yàn)方法要求進(jìn)行介紹。GB/T 9330—2020標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絕緣的機(jī)械物理性能要求及試驗(yàn)方法要求見表1。GB/T 9330—2020[2]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)護(hù)套的機(jī)械物理性能要求及試驗(yàn)方法要求見表2。

表1 絕緣的機(jī)械物理性能要求及試驗(yàn)方法

表2 護(hù)套的機(jī)械物理性能要求及試驗(yàn)方法

由表1和表2可以看出：GB/T 9330—2020[2]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絕緣和護(hù)套材料機(jī)械性能試驗(yàn)方法依據(jù)GB/T 2951.11—2008[1]標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 2951.12—2008[3]標(biāo)準(zhǔn)，本文重點(diǎn)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)中的絕緣和護(hù)套材料機(jī)械性能試驗(yàn)方法進(jìn)行介紹。

2 檢測(cè)設(shè)備及使用注意要點(diǎn)

2.1 主要檢測(cè)設(shè)備

為了確保檢測(cè)結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備必要的設(shè)施及設(shè)備，如工作環(huán)境、溫度控制及必要的檢測(cè)設(shè)備等，檢測(cè)環(huán)境應(yīng)符合GB/T 2951.11—2008標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的機(jī)械性能試驗(yàn)要求，下面將主要的檢測(cè)設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。

電子拉力試驗(yàn)機(jī)。電子拉力試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)定拉伸及撕裂狀態(tài)下的力學(xué)性能，并獲得相關(guān)關(guān)物理參數(shù)，當(dāng)用于絕緣和護(hù)套材料試驗(yàn)時(shí)，主要試驗(yàn)項(xiàng)目為機(jī)械性能試驗(yàn)；削片機(jī)或磨片機(jī)。由于電纜的絕緣及護(hù)套厚度不一定能滿足2951.11—2008標(biāo)準(zhǔn)[1]機(jī)械性能試驗(yàn)厚度等技術(shù)要求，所以在這個(gè)時(shí)候就要用到削片機(jī)或磨片機(jī)，將絕緣及護(hù)套材料試樣削平或磨平，使試樣厚度滿足2951.11—2008標(biāo)準(zhǔn)[1]機(jī)械性能試驗(yàn)要求。

啞鈴刀。在絕緣或護(hù)套材料試樣上用啞鈴刀沖切啞鈴試件。用于電纜絕緣和護(hù)套材料試驗(yàn)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(xué)投影儀或指針式測(cè)厚儀。試件寬度和厚度的測(cè)量主要使用光學(xué)投影儀或者指針式測(cè)厚儀，指針式測(cè)厚儀的接觸壓力可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要更換合適的測(cè)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(diào)節(jié)測(cè)量頭和砝碼得到。

2.2 檢測(cè)設(shè)備使用注意要點(diǎn)

為確保檢測(cè)設(shè)備和輔助設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，在使用檢測(cè)設(shè)備和輔助設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)預(yù)防高溫、潮濕及腐蝕等，以免對(duì)檢測(cè)設(shè)備的性能造成影響；正確選擇電子拉力試驗(yàn)機(jī)的規(guī)格：絕緣和護(hù)套材料機(jī)械性能試驗(yàn)用電子拉力試驗(yàn)機(jī)選擇最大試驗(yàn)力為500N 的拉力機(jī)較為合適，如果選擇金屬拉力試驗(yàn)用的最大試驗(yàn)力為5000N 或10000N 的電子拉力試驗(yàn)機(jī)則對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)產(chǎn)生一定的影響；啞鈴刀應(yīng)當(dāng)鋒利，在沖切試件時(shí)以減少試件兩邊的缺陷，啞鈴刀使用完畢后應(yīng)裝入專用盒內(nèi)以防啞鈴刀刀口受損。

測(cè)厚儀為精密儀器，使用完畢后裝入測(cè)厚儀專用箱內(nèi)，放置干燥處以防受潮；當(dāng)使用光學(xué)投影儀測(cè)量試件厚度時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整工作臺(tái)升降手輪對(duì)試件調(diào)焦和選擇合適倍率的物鏡，確保試件在投影屏上顯示時(shí)為最清晰狀態(tài)，確保試件厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性；檢測(cè)設(shè)備應(yīng)定期校準(zhǔn)和維護(hù)，使檢測(cè)設(shè)備能持續(xù)滿足檢測(cè)工作的需求。

3 制取試件及注意要點(diǎn)

3.1 制取試件

在絕緣或護(hù)套材料上切取合適長(zhǎng)度的試樣，制取老化前機(jī)械性能用的試件應(yīng)不少于5個(gè)，如需進(jìn)行老化試驗(yàn)，則應(yīng)另外增加至少5個(gè)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(shí)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(jī)械性能試驗(yàn)用的試件厚度應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)[1]機(jī)械性能試驗(yàn)用的試件，試樣通常需要削平或磨平，使標(biāo)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(diǎn)

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

4 試件截面積及測(cè)量時(shí)注意要點(diǎn)

4.1 試件截面積

啞鈴試件的截面積S1(mm2)的計(jì)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(jì)算方法：S2＝π（d-t）t，式中：d為管狀試件外徑實(shí)測(cè)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(cè)量時(shí)注意要點(diǎn)

為了提升試件截面積測(cè)量精度，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

啞鈴試件寬度的測(cè)量可以使用光學(xué)投影儀測(cè)量，也可采用其它合適的測(cè)量?jī)x器，總之測(cè)量誤差應(yīng)小于0.07mm。在一組試件中抽取三個(gè)試件測(cè)量寬度，在每個(gè)試件的中間部位測(cè)量三處，共獲得9個(gè)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(cè)量可使用指針式測(cè)厚儀測(cè)量，如啞鈴試件的中間部分為弧形，也可使用帶合適弧形測(cè)量頭的指針式測(cè)厚儀測(cè)量，總之測(cè)量誤差應(yīng)小于0.01mm，測(cè)量時(shí)接觸壓力應(yīng)符合2951.11—2008標(biāo)準(zhǔn)[1]的要求。在每個(gè)試件的中間部位測(cè)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(cè)量可使用光學(xué)投影儀測(cè)量，在試樣的中間處取一個(gè)試件，用光學(xué)投影儀徑向測(cè)量6點(diǎn)，測(cè)量第1點(diǎn)應(yīng)從試件的最薄處開始，每測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間大約間隔60°，測(cè)量結(jié)果取平均值；所有測(cè)量結(jié)果保留兩位有效數(shù)字；如果有需要進(jìn)行老化試驗(yàn)的試件，應(yīng)在熱老化之前測(cè)量試件的截面積（導(dǎo)體和絕緣一起老化的除外）。

5 拉力試驗(yàn)及注意要點(diǎn)

5.1 拉力試驗(yàn)

拉力試驗(yàn)前應(yīng)在每個(gè)試件的中間部位標(biāo)上兩條標(biāo)記線，大啞鈴試件和管狀試件兩條標(biāo)記線之間的距離為20mm，小啞鈴試件兩條標(biāo)記線之間的距離為10mm。標(biāo)記線應(yīng)清晰，兩條標(biāo)記線之間的距離應(yīng)準(zhǔn)確。將試件固定在拉力機(jī)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(jìn)行拉力試驗(yàn)時(shí)夾頭移動(dòng)速度為（25+5）mm/min，其它絕緣或護(hù)套材料進(jìn)行拉力試驗(yàn)時(shí)夾頭移動(dòng)速度為（250+50）mm/min。測(cè)量并記錄試件斷裂時(shí)兩條標(biāo)記線之間的距離，并記錄最大拉力。

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

5.2 拉力試驗(yàn)時(shí)注意要點(diǎn)

為了確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，拉力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生疑問時(shí)，夾頭移動(dòng)速度應(yīng)為（25±5）mm/min 進(jìn)行試驗(yàn)；拉力試驗(yàn)時(shí)，試件斷裂位置如果在夾頭處，則該試件的試驗(yàn)結(jié)果作廢。如果有必要，在試驗(yàn)前可在試件與夾頭接觸處用合適材料對(duì)試件進(jìn)行保護(hù)，防止試件在夾頭處受損而導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)試件在夾頭處斷裂；試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)計(jì)算抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率試驗(yàn)結(jié)果的最小中間值。試件在拉伸試驗(yàn)時(shí)，如果試件在夾頭處斷裂或其它原因?qū)е虏荒塬@得至少4個(gè)有效數(shù)據(jù)時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)該重做。

檢測(cè)人員通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，掌握了機(jī)械性能試驗(yàn)的正確操作方法，提高了實(shí)際檢測(cè)水平，絕緣和護(hù)套材料的機(jī)械性能試驗(yàn)?zāi)芰γ黠@上升，并通過了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部能力驗(yàn)證以及實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)驗(yàn)證，檢測(cè)人員絕緣和護(hù)套材料的機(jī)械性能試驗(yàn)?zāi)芰δ軡M足標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜上，為了檢測(cè)結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性，還要對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)（和/或?qū)嶒?yàn)室間比對(duì)）以及檢測(cè)人員的檢測(cè)能力水平進(jìn)行一對(duì)一能力驗(yàn)證，以減小實(shí)測(cè)結(jié)果與真實(shí)值之間的差值。