额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆耐热乙烯-乙酸乙烯酯橡皮绝缘电缆绝缘老化后抗张强度、断裂伸长率检测

一、检测原理

绝缘材料在热、氧、时间等多因素作用下发生不可逆的化学变化，导致聚合物分子链断裂、交联或氧化，宏观表现为力学性能劣化。检测其老化后抗张强度与断裂伸长率，旨在模拟并评估材料在长期服役条件下的耐久性。

抗张强度检测原理：对标准试样施加单向拉伸载荷，直至断裂。记录大拉力，除以试样原始截面积，即为抗张强度。其科学依据是胡克定律及材料力学强度理论，反映材料抵抗拉伸破坏的能力。

断裂伸长率检测原理：测量试样在拉伸断裂时标距的增量，计算其与原始标距的百分比。该指标表征材料的韧性、柔顺性及其在形变下吸收能量的能力，反映分子链的柔性和可伸展性。

热老化试验原理：依据阿伦尼乌斯方程，通过提高环境温度加速材料内部化学反应的速率，在短时间内模拟长期使用过程中的热氧化老化效应。老化前后性能的变化率是评价材料耐热寿命的关键。

二、检测项目

检测项目系统分为两大类：

1. 原始性能检测：

   • 抗张强度：试样在未经过老化处理时，单位面积所能承受的大拉伸应力。

   • 断裂伸长率：试样在未经过老化处理时，拉断瞬间的伸长量与原始标距的百分比。

2. 老化后性能检测：

   • 热空气老化后抗张强度：试样在规定温度和时间的热空气老化箱中暴露后，测得的抗张强度。

   • 热空气老化后断裂伸长率：试样在规定温度和时间的热空气老化箱中暴露后，测得的断裂伸长率。

   • 老化前后性能变化率：计算抗张强度变化率和断裂伸长率变化率，是评判耐热性的核心指标。计算公式为：[（老化后值 - 老化前值）/ 老化前值] × 。

三、检测范围

此检测适用于所有使用额定电压450/750V及以下耐热乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）橡皮绝缘电缆的领域，其绝缘层需具备良好的耐热性和长期机械稳定性。

• 电力系统：建筑物内固定敷设的电力分配线路，特别是环境温度较高的场所，如电厂、变电站的辅助线路。

• 工业装备：冶金、化工、矿山等高温环境下设备的内部配线和控制电缆，如电炉、烘干设备的连接线。

• 轨道交通：机车车辆、地铁、高铁中耐热要求的布线系统，尤其是靠近热源或发动机舱的线路。

• 船舶制造：船用电缆中要求耐热、耐老化的部分，保障在海洋湿热环境下的长期可靠性。

• 新能源领域：光伏发电系统中直流侧电缆，需耐受户外日晒及较高工作温度。

四、检测标准

国内外标准对EVA橡皮绝缘电缆的耐热性能提出了明确要求。

• 标准：

  • IEC 60245：系列标准对橡皮绝缘电缆的通用要求进行了规定，其中包含绝缘和护套材料的试验方法。老化试验通常参照IEC 60811-501（热老化试验方法）。

  • EN 50525：系列标准适用于额定电压450/750V及以下的电力电缆，详细规定了电缆结构、材料及检测要求。

• 中国标准：

  • GB/T 5013：系列标准等同采用IEC 60245，是国内的标准。对于耐热EVA绝缘电缆，具体要求通常在产品标准（如GB/T 5013.3等）中明确。

  • JB/T 10491：《额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆》等行业标准亦提供补充规定。

• 标准对比分析：

  • 一致性：GB/T 5013与IEC 60245在核心技术要求上高度一致，老化试验条件（如温度、时间）和性能指标要求通常相同或等效，利于贸易。

  • 差异性：部分标准或行业标准可能包含更具体的应用场景补充要求或更严格的验收准则。检测时需明确产品遵循的具体标准版本。

五、检测方法

1. 试样制备：从成品电缆上小心剥离绝缘层，用哑铃状裁刀冲裁成标准试样（如IEC 60811-501中规定的I型或II型哑铃片）。试样厚度均匀，边缘光滑无瑕疵。

2. 老化前试验：

   • 在标准环境（如23±2°C，50±5%湿度）下状态调节试样。

   • 使用拉力试验机，测量试样的原始横截面积（精确测量宽度和厚度）。

   • 以恒定速度（如250±50 mm/min）拉伸试样至断裂，记录大力值和断裂时标距长度。

3. 热空气老化试验：

   • 将一组试样悬挂于热空气老化箱内，试样间保持适当间距以确保空气流通。

   • 根据标准规定（如EVA常用温度为135±2°C或根据产品标准，持续7x24=168小时），设置老化温度和时间。

   • 老化结束后，取出试样在标准环境下冷却并状态调节16至24小时。

4. 老化后试验：方法与“老化前试验”完全相同，对经过热老化的试样进行拉伸测试。

5. 操作要点：

   • 裁制试样时避免损伤或扭曲。

   • 老化箱温度均匀性需定期校准，确保温差不大于标准要求（如±2°C）。

   • 拉伸速度必须严格控制，保证结果可比性。

   • 老化后试样处理需轻柔，避免人为损伤影响结果。

六、检测仪器

1. 拉力试验机：

   • 技术特点：具备足够的载荷量程和精度（通常不低于1级）；横梁移动速度可精确控制且平稳；配备能自动记录大力值和断裂伸长量的数据采集系统；夹具应能有效夹持试样且防止滑脱或夹伤。

2. 热空气老化试验箱：

   • 技术特点：采用强制空气循环系统，确保工作室内部温度均匀稳定；控温精度高，波动小；升温速度快；具备超温保护功能；内胆通常由耐腐蚀、不易污染试样的材料（如不锈钢）制成。

3. 测厚仪与测宽仪：

   • 技术特点：用于精确测量哑铃试样的厚度和宽度。测厚仪分辨率至少达到0.01mm，测量压力符合标准规定，避免压缩试样。

4. 哑铃状裁刀：

   • 技术特点：刀口锋利、无缺口，尺寸精度符合相关标准（如IEC 60811-201），确保冲裁出的试样尺寸一致、边缘整齐。

七、结果分析

1. 计算：

   • 抗张强度 = 大拉力 (N) / 原始截面积 (mm²)

   • 断裂伸长率 = [(断裂时标距 - 原始标距) / 原始标距] ×

   • 抗张强度变化率 = [(老化后抗张强度中值 - 老化前抗张强度中值) / 老化前抗张强度中值] ×

   • 断裂伸长率变化率 = [(老化后断裂伸长率中值 - 老化前断裂伸长率中值) / 老化前断裂伸长率中值] ×

2. 评判标准：

   • 依据产品遵循的标准（如GB/T 5013中的具体型号电缆要求）进行判定。通常要求：

     • 老化后抗张强度：变化率的绝对值不大于某一限值（例如 ±25%）。

     • 老化后断裂伸长率：变化率的绝对值不大于某一限值（例如 ±40%），并且老化后的断裂伸长率绝对值不应低于某一小值（例如 150%）。

   • 中值的使用：性能变化率的计算基于老化前后各组试样测试结果的中位数，以减少个别异常值的影响。

   • 综合分析：若抗张强度显著下降，表明分子链发生降解；若显著上升，可能发生过度交联。断裂伸长率大幅下降是材料脆化的直接证据。两项指标需结合评判，以全面评估材料耐热老化性能。不合格结果表明绝缘材料配方或生产工艺存在缺陷，无法保证电缆在预期寿命内的机械完整性。