浅谈电缆绝缘和护套材料机械性能试验方法

安徽渡江电缆集团有限公司 巫春生 万长东 张家文

国家的经济建设离不了工业，工业的发展离不开电缆。电缆的基本结构是导体、绝缘和护层，导体是传输电能或控制信号的主要元器件，绝缘能有效地将导体对地或相互间隔离，从而保证电能的安全运输，护套层能保护导体和绝缘不受外界破坏，有效地延长电缆的使用寿命。由此可见，绝缘及护套的质量水平对该电缆的整体质量显得至关重要。衡量绝缘和护套质量水平的重要指标是机械性能，如果电缆绝缘和护套材料的机械性能指标不符合标准要求，那么电缆在安装及使用过程中极易出现绝缘和护套变脆、断裂等不良现象，导致电缆损坏，给用户带来不必要的经济损失。

电缆绝缘和护套材料机械性能试验方法通常依据GB/T 2951.11—2008标准[1],发布至今已有十四年了，其间没有被修订过，标准中的部分内容已不能满足当今社会的发展需求，另外由于检测人员对标准的理解不一样，导致测量结果偏差较大,检测人员将不合格品判定为合格现象较为常见。本文就电缆绝缘和护套材料机械性能试方法验及注意要点作简要介绍，希望能起到抛砖引玉的作用。

1 绝缘及护套材料机械性能要求及试验方法要求

绝缘和护套材料的机械性能又称为机械物理性能，下面以GB/T 9330—2020[2]标准为例对绝缘和护套材料的机械性能要求及试验方法要求进行介绍。GB/T 9330—2020标准对绝缘的机械物理性能要求及试验方法要求见表1。GB/T 9330—2020[2]标准对护套的机械物理性能要求及试验方法要求见表2。

表1 绝缘的机械物理性能要求及试验方法

表2 护套的机械物理性能要求及试验方法

由表1和表2可以看出：GB/T 9330—2020[2]标准对绝缘和护套材料机械性能试验方法依据GB/T 2951.11—2008[1]标准和GB/T 2951.12—2008[3]标准，本文重点对该标准中的绝缘和护套材料机械性能试验方法进行介绍。

2 检测设备及使用注意要点

2.1 主要检测设备

为了确保检测结果的有效性和准确性，实验室应配备必要的设施及设备，如工作环境、温度控制及必要的检测设备等，检测环境应符合GB/T 2951.11—2008标准[1]规定的机械性能试验要求，下面将主要的检测设备和辅助设备进行简要叙述。

电子拉力试验机。电子拉力试验机用于测定拉伸及撕裂状态下的力学性能，并获得相关关物理参数，当用于绝缘和护套材料试验时，主要试验项目为机械性能试验；削片机或磨片机。由于电缆的绝缘及护套厚度不一定能满足2951.11—2008标准[1]机械性能试验厚度等技术要求，所以在这个时候就要用到削片机或磨片机，将绝缘及护套材料试样削平或磨平，使试样厚度满足2951.11—2008标准[1]机械性能试验要求。

哑铃刀。在绝缘或护套材料试样上用哑铃刀冲切哑铃试件。用于电缆绝缘和护套材料试验用的哑铃刀有大哑铃刀和小哑铃刀等多种，可以根据试样的大小选用合适的哑铃刀来获得大小不同的哑铃试件（图1）；光学投影仪或指针式测厚仪。试件宽度和厚度的测量主要使用光学投影仪或者指针式测厚仪，指针式测厚仪的接触压力可以根据标准需要更换合适的测量头和砝码，如：接触压力不大于0.02N/mm2或接触压力不大于0.07N/mm2均可调节测量头和砝码得到。

2.2 检测设备使用注意要点

为确保检测设备和辅助设备性能稳定可靠，在使用检测设备和辅助设备时，应注意以下几个问题：

试验环境应预防高温、潮湿及腐蚀等，以免对检测设备的性能造成影响；正确选择电子拉力试验机的规格：绝缘和护套材料机械性能试验用电子拉力试验机选择最大试验力为500N 的拉力机较为合适，如果选择金属拉力试验用的最大试验力为5000N 或10000N 的电子拉力试验机则对检测结果的准确性会产生一定的影响；哑铃刀应当锋利，在冲切试件时以减少试件两边的缺陷，哑铃刀使用完毕后应装入专用盒内以防哑铃刀刀口受损。

测厚仪为精密仪器，使用完毕后装入测厚仪专用箱内，放置干燥处以防受潮；当使用光学投影仪测量试件厚度时，应注意调整工作台升降手轮对试件调焦和选择合适倍率的物镜，确保试件在投影屏上显示时为最清晰状态，确保试件厚度测量的准确性；检测设备应定期校准和维护，使检测设备能持续满足检测工作的需求。

3 制取试件及注意要点

3.1 制取试件

在绝缘或护套材料上切取合适长度的试样，制取老化前机械性能用的试件应不少于5个，如需进行老化试验，则应另外增加至少5个试件。在试样上制取的试件最好为哑铃试件，如果不能获得大哑铃试件可以制取小哑铃试件，如果受试样尺寸的限制不能制备哑铃试件时可以制取管状试件。管状试件和哑铃试件见图1。

图1 管状试件、小哑铃试件及大哑铃试件

机械性能试验用的试件厚度应为（0.8～2.0）mm，如果无法获得0.8mm 厚度的试件，则可以制取不小于0.6mm 厚度的试件。哑铃试件的厚度是中间部位的最薄处厚度。为了获得符合2951.11—2008标准[1]机械性能试验用的试件，试样通常需要削平或磨平，使标记线之间有较为平行的表面，见图1中的小哑铃试件及大哑铃试件。

3.2 制取试件注意要点

为了提高检测结果的准确性，制取试件时应注意下面问题：所有试件应进行唯一性标识，以识别试件的来源以及在试样上相互之间的位置；每个试样的长度应能满足制取试件的要求，大约长度为100mm；所有试样均不得有任何机械损伤；试条磨平时应注意避免过热而影响到检测结果的准确性；PE 和PP 绝缘只能削平而不能磨平；冲切试件时在试样和底板之间放置一硬纸板或其他适当的垫片，既能提高试件的质量又能起到保护哑铃刀的作用；如果需要进行老化后机械性能试验，该试件应取自于老化前机械性能试验用的试件紧靠相连的一段。

4 试件截面积及测量时注意要点

4.1 试件截面积

哑铃试件的截面积S1(mm2)的计算方法：S1=a×b，式中：a 为哑铃试件的宽度、单位mm，b为哑铃试件的厚度，单位mm；管状试件截面积P2（mm2）的根计算方法：S2＝π（d-t）t，式中：d为管状试件外径实测量值、单位mm、t 为绝缘厚度平均值、单位mm。

4.2 试件截面积测量时注意要点

为了提升试件截面积测量精度，测量时应注意以下几个问题：

哑铃试件宽度的测量可以使用光学投影仪测量，也可采用其它合适的测量仪器，总之测量误差应小于0.07mm。在一组试件中抽取三个试件测量宽度，在每个试件的中间部位测量三处，共获得9个数值，取最小值作为该组哑铃试件的宽度；哑铃试件厚度的测量可使用指针式测厚仪测量，如哑铃试件的中间部分为弧形，也可使用带合适弧形测量头的指针式测厚仪测量，总之测量误差应小于0.01mm，测量时接触压力应符合2951.11—2008标准[1]的要求。在每个试件的中间部位测量三处取最小值作为该哑铃试件的厚度。

管状试件的厚度测量可使用光学投影仪测量，在试样的中间处取一个试件，用光学投影仪径向测量6点，测量第1点应从试件的最薄处开始，每测量两点之间大约间隔60°，测量结果取平均值；所有测量结果保留两位有效数字；如果有需要进行老化试验的试件，应在热老化之前测量试件的截面积（导体和绝缘一起老化的除外）。

5 拉力试验及注意要点

5.1 拉力试验

拉力试验前应在每个试件的中间部位标上两条标记线，大哑铃试件和管状试件两条标记线之间的距离为20mm，小哑铃试件两条标记线之间的距离为10mm。标记线应清晰，两条标记线之间的距离应准确。将试件固定在拉力机的上下两夹头之间，小哑铃试件两夹头之间的距离约为34mm，大哑铃试件两夹头之间的距离约为50mm；管状试件两夹头之间的距离：自紧式夹头约为50mm，非自紧式夹头约为85mm。PE 或PP 类绝缘材料进行拉力试验时夹头移动速度为（25+5）mm/min，其它绝缘或护套材料进行拉力试验时夹头移动速度为（250+50）mm/min。测量并记录试件断裂时两条标记线之间的距离，并记录最大拉力。

抗张强度P(N/mm2)的计算方法：P=F/S，式中：F 为试件断裂时最大拉力、单位N，S 为试件截面积、单位mm2；断裂伸长率ε(N/mm2)的计算方法：ε=（L1-L0）/L0×100%，式中：L1为试件断裂时两条标记线之间的距离，单位mm；L0为两条标记线之间的原始距离，单位mm。

5.2 拉力试验时注意要点

为了确保试验结果的可靠性，拉力试验时应注意以下几个问题：

对试验结果产生疑问时，夹头移动速度应为（25±5）mm/min 进行试验；拉力试验时，试件断裂位置如果在夹头处，则该试件的试验结果作废。如果有必要，在试验前可在试件与夹头接触处用合适材料对试件进行保护，防止试件在夹头处受损而导致试验时试件在夹头处断裂；试验结束后，应计算抗张强度和断裂伸长率试验结果的最小中间值。试件在拉伸试验时，如果试件在夹头处断裂或其它原因导致不能获得至少4个有效数据时，试验应该重做。

检测人员通过对标准加强学习，掌握了机械性能试验的正确操作方法，提高了实际检测水平，绝缘和护套材料的机械性能试验能力明显上升，并通过了实验室内部能力验证以及实验室间比对验证，检测人员绝缘和护套材料的机械性能试验能力能满足标准要求。

综上，为了检测结果的有效性和准确性，还要对检测设备进行实验室内比对（和/或实验室间比对）以及检测人员的检测能力水平进行一对一能力验证，以减小实测结果与真实值之间的差值。