于校偉　張俊璐　郭連志　萬同利　蒲靜

摘 要：本文參照GB/T 2951.11—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法——厚度和外形尺寸測量——機械性能試驗》中電線電纜絕緣機械性能測量方法，GB/T 2951.12—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法——熱老化試驗方法》中電線電纜老化試驗方法，對氟塑料電線電纜絕緣老化性能進行了試驗。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得出氟塑料絕緣耐老化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：電線電纜，氟塑料，絕緣老化規(guī)律

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.10.031

0 引 言

氟塑料因其良好的耐熱性、阻燃性以及電性能，廣泛應(yīng)用于電纜的絕緣和護套中。耐熱性能好是氟塑料最顯著的優(yōu)勢。PE、PVC、XLPE等電纜原材料正常工作耐受溫度為70℃～90℃，而氟塑料正常工作耐受溫度可達(dá)200℃，因此氟塑料電纜在高溫環(huán)境應(yīng)用極為廣泛[1]。耐老化性能是電線電纜產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)，決定著電線電纜產(chǎn)品的使用壽命。本文通過實驗的方法分析氟塑料電纜絕緣老化規(guī)律。

1 絕緣材料老化試驗方法

氟塑料絕緣試件按GB/T 2951.12—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法——熱老化試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)要求進行熱老化試驗[2]。熱老化試驗在自然通風(fēng)烘箱中進行，試驗用烘箱如圖1所示。試驗用自然通風(fēng)烘箱通過設(shè)備校準(zhǔn)，烘箱全部空氣更換次數(shù)每小時不小于8次也不多于20次，烘箱溫度范圍室溫～300℃，烘箱在240℃時均勻度±0.8℃、溫度波動±0.4℃、溫度上偏差+0.5℃、溫度下偏差-0.4℃，試樣制備按GB/T 2951.11—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法——厚度和外形尺寸測量——機械性能試驗》中9.1.3條啞鈴試件制備規(guī)定進行，每個試件之間的間距至少20 mm，均勻懸掛在烘箱有效使用空間范圍內(nèi)，試樣總體積不大于烘箱容積的2%，老化溫度240℃。

老化前后試樣按GB/T 2951.11—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法——厚度和外形尺寸測量——機械性能試驗》標(biāo)準(zhǔn)要求進行機械性能試驗。試驗預(yù)處理溫度22.7℃～24.9℃，預(yù)處理時間24 h，選用啞鈴試件進行試驗，啞鈴試件如圖2所示。有機械損傷的任何試樣不用于試驗[3]，在夾頭處拉斷的任何試件的試驗結(jié)果視為無效數(shù)據(jù)。機械性能試驗所用拉力機為美特斯微機控制萬能試驗機，如圖3所示。微機控制萬能試驗機通過設(shè)備校準(zhǔn)，量程：0～500N；分辨率：0.001N；準(zhǔn)確度等級：0.5級。

2 熱老化試驗結(jié)果分析

試驗用電纜樣品規(guī)格型號為FF-0.6/1 4×70，該電纜樣品絕緣材料為聚四氟乙烯塑料。選取紅色絕緣線芯，按GB/T 2951.11—2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法——厚度和外形尺寸測量——機械性能試驗》標(biāo)準(zhǔn)要求制成啞鈴試件，制成的啞鈴試件厚度為0.9～1.2mm，共制作205個啞鈴試件，將其分為41組，每組5個樣片，第1組試樣不進行老化試驗，第2至41組試樣分別進行1～40周熱老化，老化溫度240℃。老化結(jié)束后，所有205個啞鈴試件在溫度22.1～23.3 ℃、相對濕度41%～47%環(huán)境中處理3 h，在相同環(huán)境下，將41組試樣分別進行機械性能試驗，在夾頭處斷裂的試件結(jié)果作廢，計算抗張強度需要至少4個有效數(shù)據(jù)，41組測試試件有3組出現(xiàn)1個在夾頭處斷裂的試件，每組試件有效數(shù)據(jù)均不少于4個，取試件測試值的中間值，作為最終的測試結(jié)果。試樣抗張強度按式（1）進行計算：

式中：Fm為最大拉力，N；S為試樣截面積，截面積計算如式（2）：

S =b×δ （2）

式中：b為試樣寬度；δ為試樣厚度。在試件有效拉伸區(qū)域內(nèi)測三處，分別測量上、下兩邊的厚度，計算上、下測量處測量值的平均值，取最小值作為試件寬度，寬度測量誤差不大于0.04 mm。使用接觸壓力不超過0.02 N/mm2的指針式測厚儀在試件有效拉伸區(qū)域內(nèi)三處測量厚度，取最小值作為試樣厚度，厚度測量時誤差不大于0.01mm。在測量截面積前，所有試樣均應(yīng)避免陽光的直射。

為了降低溫度對試驗結(jié)果的影響[4]，機械性能試驗在恒溫恒濕間中進行，試驗期間環(huán)境溫度控制在（23±2）℃，相對濕度為40%～50%。為了減少夾頭移動速度對測試結(jié)果的影響[5]，試驗選擇夾頭移動速度為25 mm/min。

本文僅對氟塑料絕緣抗張強度老化規(guī)律進行分析，因此在實驗數(shù)據(jù)僅選擇記錄試樣抗張強度。拉力試驗前，在每個啞鈴試件的中央標(biāo)上兩條標(biāo)記線，所有斷裂在有效拉伸區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)，試驗過程中不使用引伸計，避免外力對試驗結(jié)果的影響。試樣抗張強度試驗結(jié)果詳見表1。

試驗數(shù)據(jù)形成老化時間與抗張強度之間的關(guān)系圖如圖4所示。

從圖4中可以看到，老化時間1周到25周的試樣抗張強度變化不明顯，老化25周的試樣老化后抗張強度較未老化樣品下降約17%。老化時間25周至35周的試樣抗張強度迅速劣化，抗張強度迅速下降至初始抗張強度50%以下，老化35周的試樣抗張強度較老化25周試樣抗張強度下降47%，較初始抗張強度下降55%。老化時間超過35周的試樣抗張強度變化率再次降低，老化40周的試樣抗張強度較老化35周的試樣抗張強度降低約3%。

3 結(jié) 論

通過試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以看到氟塑料絕緣材料抗張強度隨老化時間的增加逐步下降，在老化的初始階段其抗張強度變化率較低，性能穩(wěn)定，隨著老化時間的增加，在達(dá)到臨界時間時，氟塑料絕緣抗張強度會迅速劣化，抗張強度值迅速降低至初始抗張強度的50%以下，經(jīng)過抗張強度迅速變化的階段后，隨著老化時間增加抗張強度變化率在趨于平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

[1]謝俊彪.氟塑料絕緣電纜的研究進展及發(fā)展趨勢[J].塑料科技，2016 （11）：92-94.

[2]電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第12部分：通用試驗方法——熱老化試驗方法：GB/T 2951.12—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法——厚度和外形尺寸測量——機械性能試驗GB/T 2951.11—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]謝莉杰.電纜ST2型護套大啞鈴試件抗張強度測量不確定度的評定和分析[J].廣東化工，2020（23）：132-133.

[5]薛利明.電線電纜拉力試驗中夾頭移動速度對試驗結(jié)果影響的分析[J].科技資訊，2005（26）：18.

作者簡介

于校偉，工程師，主要從事電線電纜檢驗檢測研究工作。

張俊璐，工程師，主要從事電線電纜檢驗檢測研究工作。

郭連志，工程師，主要從事電線電纜檢驗檢測研究工作。

萬同利，高級工程師，主要從事電線電纜檢驗檢測及標(biāo)準(zhǔn)起草研究工作。

蒲靜，高級工程師，主要從事工程材料質(zhì)量控制研究工作。

（責(zé)任編輯：袁文靜）