0.6/1kV电力电缆用阻燃聚乙烯护套机械性能试验初探

安徽宇测线缆质检技术有限公司 周光亚 华齐东 张荣鹏 田兆云

随着国家西北部工业化推进带动了低压电力电缆的需求，低压电力电缆在设计时会考虑到地理环境因素和环保要求，比如耐低温、防水、阻燃等方面因素。因此，阻燃聚乙烯护套近年来被广泛应用。阻燃聚乙烯护套在进行成品机械性能试验时，往往会因取样、试样制备、拉伸速度以及设备等因素影响试验结果，本文就针对影响阻燃聚乙烯护套哑铃试件机械性能试验结果稳定性进行分析。

1 阻燃聚乙烯护套机械性能试验方法

1.1 试验方法

试验方法总体上按照GB/T2951.11-2008/IEC 60811-1-1:2001电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法--厚度和外形尺寸测量--机械性能试验》标准进行，即：在制取好的试件上（有效试件5个）进行机械拉力试验，通过计算获得结果。抗张强度σ=P/S，P 为试件拉伸至断裂时最大负荷N，S 为试件截面、mm。

断裂伸长率：测量断裂时的两个标记间的距离再除以原始标记距离。即ε=L1-L0/L0，L0为拉力前试件上标志线间距离（原始距离）、mm，L1为断裂时试件标志线间距离、mm，然后分别取中间值。当有效数据的个数为奇数时中间值为正中间一个数值，当有效数据的个数为偶数时中间值为中间两个数值的平均值。

1.2 试验条件和设备

试验室应有空调控制空间的温湿度，试验室内应明亮（光照度应≥250lux）；试件应在护套挤出后存放至少16h，在（23±5）℃温度下存放至少3h，有疑问时应在（23±2）℃温度下存放至少3h；使用的主要设备有JDL-500N 型电子拉力试验机、削片机、哑铃刀、伸率尺、直尺、标记章。

1.3 试验步骤

1.3.1 取样

从每个被测试电缆或软线试样或取自电缆的护套试样上切取足够长度的样段，供制取老化前机械性能试验用试件至少5个、和供电缆标准对护套材料规定老化后试验用所需试件至少5个的数量。应注意制备每个试件的取样长度要求100mm。有机械损伤的任何试样均不得用于试验。因为由于受到机械损伤会导致试验计算数据的偏差，最终因试验数据的偏差，造成检验结果不合格。

1.3.2 试件制备及处理

试件在做老化前后试验时，根据成品电线电缆的外径制备样品试件，尽可能采用哑铃试件。外径偏小时制备管桩试片，外径偏大时制备哑铃片。制备哑铃试件时，沿电缆轴线方向切开护套，剥离导电线芯。切取一窄条，将窄条内的所有电缆元件全部除去。如果窄条内有凸脊或压印则应磨平或削平。磨平或削平后试条的厚度应不小于0.8mm、不大于2.0mm。如果不能获得0.8mm 的厚度、允许最小厚度为0.6mm。而对于PE 和PP 护套，阻燃聚乙烯护套属于PE 材料，只能采取削平（即放入削片机中先粗削后细削），如果护套比较厚且两面均光滑，哑铃试件无需削到2.0mm。

拉力试验前，在每个哑铃试件的中间部位应印上两条标志线。其标志线之间的距离：I 号大哑铃试件标志线之间的距离为20mm；II 号小哑铃试件标志线之间的距离为10mm。制取哑铃试片，提高试验结果的可靠性，建议采用下列措施：哑铃刀要求非常锋利、不能有缺口，以减少试件的缺陷；在试条和底板之间放置一硬纸板或其他适当的垫片。垫片在冲切过程中可能被冲破。但不会被哑铃刀完全切断；应避免试件两边的毛刺。对于有可能冲出带毛刺的哑铃试件的材料，建议采取下列方法：冲模（特制的哑铃刀）两端应有一个2.5mm 宽、2.5mm 高的凹槽；冲制的哑铃片两端仍与要求制备的试条连接在一起；采用相关设备，切掉多余的0.1mm 到0.15mm厚度以除去由哑铃冲模引起可能出现的毛刺。

1.3.3 截面积的测量

哑铃试件：每个试件的截面积是试件宽度和测量的最小厚度的乘积，试件的宽度和厚度应按如下方法测量。

宽度：任意选取三个试件测量它们的宽度，取最小值作为该组哑铃试件的宽度；如果对宽度的均匀性有疑问，则应在三个试件上分别取三处测量其上、下两边的宽度,计算上、下测量处测量值的平均值。取三个试件的9个平均值中的最小值为该组哑铃试件的宽度。如还有疑问，应在每个试件上测量宽度（因哑铃试件宽度在测量中有误差，建议可对哑铃刀的宽度进行校准控制）。

厚度：每个试件的厚度取拉伸区域内三处测量值的最小值。应使用光学仪器或指针式测厚仪进行测量，测量时接触压力不超过7N/cm2。测量厚度的误差应不大于0.01mm，测量宽度时的误差应不大于0.04mm。或者也可使用接触压力不大于2N/cm2的指针式测厚度仪。

1.3.4 试样的处理、试验

热塑性材料试件存放温度（23±2）℃，如果有疑问，制备试件前所有材料或试条应在（70±2）℃温度下放置24h；使用试验机的夹头把试件两端分别夹在试验机的夹头上，设置好夹头的移动速度，夹头移动速度（25±5）mm/min，试件对称并垂直地夹在拉力机，按下开始键、直至每个试件在标志线内断裂为止。分别依次拉断5个试样，测量并记录最大拉力和断裂时的两标志线距离。在夹头处拉断的任何试件的试验结果均应作废，必须在标志线内拉断方可有效。同时计算抗张强度和断裂伸长率至少需4个有效数据，否则试验失败并重新制样重做。

按照GB/T2951.11-2008/IEC60811-1-1:2001电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法--厚度和外形尺寸测量--机械性能试验》标准给定的方法计算。

2 试验过程中容易影响试验结果的常见问题

2.1 取样及样品制备对试验结果影响

护套是挤包在电缆半成品上的，主要作用是保护线芯绝缘不受外力破坏，阻燃聚乙烯在挤塑过程中，因粘性大且紧密的包覆在电缆半成品上，特别是带有金属带（钢带）铠装的电缆，护套内侧会有不平整现象，同时阻燃聚乙烯护套冷却时材质较硬，在制备样品时常规的削片机受自身功率、刀片老化及滚轮等诸多因素影响，容易造成制备的样品表面不平整或有滚轮印（图1，a 削片后样品），样品的品质会直接影响试验的结果，特别是伸长率的结果（表1为同根样品削平后有横纹哑铃试样C 结果与表面平整光滑哑铃试样D 的试验结果对比）。

图1 削片后试样

表1 一根电缆上取样有横纹与表面平整光滑的试验结果对比

表1为同段样品、同一位试验员、同台拉力机在同一个试验环境下所测出的数据，只是试样外观表面处理不同，两者测试结果明显不一样，平整光滑的试样D 测试数据明显优越带有横纹哑铃试样C。

2.2 试样标记线对试验结果影响

做75mm 哑铃试件的断裂伸长率和抗张强度时，通常采用记号笔或油漆笔来标记20mm 的标记线（图2，a 标记线），由于阻燃聚乙烯的伸长率好、由于标记线较粗，导致标记线会随着材料拉伸而不断的伸长，最终导致很难找到原始标记点，从而影响伸长率的读数。对此也进行了伸长率试验，试件用记号笔作标记线和用铜质标记模作标记线试验结果对比，记号笔试样a、铜质试样b 标记线的断裂伸长率(%)分别为415/402、405/404、412/408、410/397、418/401，其中间值分别为410、402。不难看出，检测结果能够反映数据读取的变化。

图2 试样上标记线

通过对比不难看出，记号笔粗的标记线断裂伸长率高于铜质用标记线，这样就给试验数据的解读带来了误差，容易造成数据的不客观和试验数据不科学性。所以，进行此类试验时要求试验员要正确处理试件的制备工作，做到检测数据的客观性和科学性。

2.3 试验设备对试验结果影响

通常电线电缆厂家会根据企业的规模或由对产品质量的重视程度选择配备相关试验设备，当做具有阻燃聚乙烯护套物理机械性能时（断裂伸长率和抗张强度），因拉伸速度较慢影响效率，有时会为了赶进度，会使用不同型号的拉力机来进行试验，由于拉力机本身存在力值误差，同时拉力机在校准时基本只校准力学性能，基本上没有考虑到设备垂直的效果，加上有部分拉力机丝杆设计不同（图3a，螺纹丝杆）以及拉伸速度不同导致拉伸时会出现抖动现象，以上设备相关要求也可能影响试验结果。

图3 拉力试验机机丝杆

通过表3数据的对比（试样均在同一试件上制取）看出，倾斜试样断裂伸长率和抗张强度与对称垂直试样出现检测数据的差异。因此进行此类试验时，试验员要认真正确处理试样在试验过程中的细节工作，做到试验数据的准确性、客观性和科学性。

表3 对称垂直试件和倾斜不对称试验结果对比

表4（试样均在同一试件上制取）反映试件在试件进行拉伸试验时应设备或地面不平整状态下和试件应设备和地面平整状态下所测量断裂伸长率、抗张强度的结果，也可以看出测试结果出现变化。所以，进行拉伸试验时，一定要选用质量稳定的设备且试验环境良好的条件，只有这样提供的检测数据才能够代表试验的客观性及准确性。

表4 抖动拉伸和平稳拉伸试验结果对比

3 影响试验结果的预防控制措施

取样及样品制备的控制措施。在成品电缆上应该选择无任何损伤的护套作为样品来取样，同时阻燃聚乙烯冷却后护套较硬，应选用功率大且传输稳定的削片机，且应有粗削和细削功能，确保样品削片后内外表面平整光滑（图1b，削片后样品）；试样标记线的控制措施。制备定尺为20mm 的铜质标记模，在做标记时先沾白色或红色印油后再盖在哑铃试件上（图2，b 标记线），此标记线细，可降低拉伸后的读数误差。

试验设备的控制措施。根据阻燃聚乙烯塑料最大拉力需要，设备应选用500N 的拉力试验机，且要求配备滚珠丝杆作为拉伸传动来增加拉伸稳定性（图3，b 滚珠丝杆），在设备安装后应用水平仪进行测量平面和垂直水平；检验人员通过对标准的学习，对试验有影响因素进行了必要的预防控制措施，阻燃聚乙烯护套机械性能试验能力明显提升，经过多次实验室内比对试验，阻燃聚乙烯护套机械性能试验结果准确、可靠有效。

综上，通过多次试验总结阻燃聚乙烯护套在进行老化前抗张强度和断裂伸长率时，影响试验结果的主要几个控制点，希望对从事电线电缆试验的人员提供参考。为确保试验结果准确性、可靠性、科学性,建议定期与具有CNAS 实验室或其他单位进行比对试验或能力验证，以不断地提高试验整体水平。