额定电压450/750V及以下橡皮绝缘软线和软电缆通用橡套软电缆绝缘老化后抗张强度与断裂伸长率检测

一、 检测原理

绝缘材料，特别是橡皮类材料（如天然-丁苯橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等），在长期使用过程中会受到热、氧、臭氧、紫外线等多种环境因素的综合作用，导致聚合物分子链发生断裂、交联或氧化等化学变化，此过程即为老化。老化会致使材料变硬、变脆，力学性能下降。

抗张强度是指单位截面积的试样在拉伸断裂前所能承受的大应力。断裂伸长率是指试样在拉断时的长度增量与原标距长度的百分比。检测绝缘老化后的这两项性能，其科学原理在于：

1. 模拟加速老化：通过实验室的热空气老化试验，在高于正常使用温度但低于材料变形温度的苛刻条件下，加速材料的老化过程，以在较短时间内评估材料在长期使用后的力学性能保持情况。

2. 表征材料劣化程度：抗张强度变化率反映了材料承载能力的保持性，正值为强度增加（通常因过度交联而变脆），负值为强度下降（主链断裂为主）。断裂伸长率变化率则直接反映了材料柔韧性和延展性的丧失程度，是材料脆化的敏感指标。二者结合，可全面评判绝缘橡皮的老化状态与剩余寿命。

二、 检测项目

此类检测主要分为两大项目：

1. 老化前性能检测：

   • 原始抗张强度

   • 原始断裂伸长率
     此为基础数据，用于计算老化后的性能变化率。

2. 老化后性能检测：

   • 老化后抗张强度

   • 老化后断裂伸长率

   • 抗张强度变化率（老化前后差值相对于老化前值的百分比）

   • 断裂伸长率变化率（老化前后差值相对于老化前值的百分比）
     这是评价材料耐热老化性能的核心项目。

三、 检测范围

此检测适用于所有使用橡皮绝缘和橡皮护套的软线和软电缆，其应用领域广泛，检测要求覆盖各行各业：

• 重型橡套软电缆（YCW等）：用于港口、矿山、户外移动设备，要求优异的机械强度和耐候性，老化后性能保持率要求高。

• 中型橡套软电缆（YZW等）：用于各种移动电器设备，如农业机械、建筑工地，需平衡柔韧性与耐久性。

• 轻型橡套软电缆（YQW等）：用于轻型移动设备、日用电器，强调柔韧性，老化后断裂伸长率是关键指标。

• 电焊机电缆（YH等）：频繁移动、弯曲，要求极高的柔韧性和耐热性。

• 潜水泵电缆：水下工作环境，要求耐水、耐热及长期稳定性。

• 电梯电缆：频繁弯曲与曳引，要求抗张强度和断裂伸长率在长期使用后仍能满足安全运行需求。

四、 检测标准

国内外标准对此均有严格规定，核心要求基本一致，但在具体指标和试验条件上存在差异。

• 中国标准（GB/T）：

  • GB/T 5013《额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆》系列标准是主要依据。例如，GB/T 5013.8中对IE1（天然-丁苯橡胶）、IE4（氯丁橡胶）等不同橡皮绝缘和护套材料的老化条件（温度、时间）以及老化后的抗张强度与断裂伸长率的小值、大变化率均有明确规定。

  • 试验方法通常引用GB/T 2951.11和GB/T 2951.12（电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法），详细规定了老化箱技术要求、试样制备、拉伸速度等。

• 标准（IEC）：

  • IEC 60245系列标准与GB/T 5013等效。IEC标准是广泛接受的基准。

  • 试验方法引用IEC 60811-501和IEC 60811-502。

• 标准对比分析：

  • 一致性：GB/T标准绝大多数技术内容与IEC标准保持等效或修改采用，核心原理、检测项目和方法高度统一。

  • 差异性：

    • 细节参数：可能存在细微差异，如对特定橡胶配方的性能指标要求，或针对本国市场常见的环境条件进行的适应性调整。

    • 更新周期：IEC标准的修订可能更为频繁，国内标准跟进需要一定时间，检测时需关注所依据标准的新有效版本。

    • 符合性评定：出口产品通常需直接满足IEC标准或目标的标准（如UL、VDE等中对应的橡套电缆标准）。

五、 检测方法

1. 试样制备：

   • 从成品电缆上小心剥离绝缘或护套层，用哑铃刀冲裁或磨削制备标准哑铃试片。

   • 试片厚度应符合标准规定（通常1.0mm左右），表面平整、无缺陷。测量试片标线间距内的小厚度和宽度，精确计算截面积。

2. 热空气老化：

   • 将一组试片悬挂于热空气老化箱内，试片间保持适当距离，避免相互接触或遮挡。

   • 根据电缆标准中对材料类型的规定，设置老化箱温度（如IE1为80±2℃，IE4为100±2℃）和时间（通常为7x24h=168h）。

   • 老化箱内空气应循环畅通，温度波动和均匀性需严格符合标准要求。

3. 拉伸试验：

   • 老化结束后，取出试片在标准实验室环境下（通常23±2℃）调节至少16小时。

   • 将试片对称地夹持在拉力试验机的夹具中，夹具间距按标准设定（如哑铃试片为20mm或25mm）。

   • 以恒定的速度（如250±50 mm/min）进行拉伸，直至试片断裂。

   • 记录断裂时的大力值（F）和标距间的伸长量（ΔL）。

六、 检测仪器

1. 热空气老化箱：

   • 技术特点：强制空气循环系统以确保温度均匀性；精密温控系统（精度通常±1℃），带超温保护；内壁由耐腐蚀、不易污染试样的材料制成；换气量可调，以控制老化气氛。

2. 拉力试验机：

   • 技术特点：具备足够的负荷容量和测量精度；配备能防止试片打滑或损伤的夹具（如气动平口夹具）；横梁移动速度可精确控制且平稳；集成高精度伸长测量装置（非接触式视频引伸计或接触式引伸计），能自动记录力-位移曲线并计算抗张强度、断裂伸长率等参数。

3. 测厚仪/显微镜：用于精确测量试片厚度。

4. 哑铃刀：高硬度钢材制成，刃口锋利，确保冲裁试片边缘光滑无毛刺。

七、 结果分析

1. 计算：

   • 抗张强度 (TS) = F / (w * t)
     (F: 断裂力，N； w: 试片狭小平行部分宽度，mm； t: 试片厚度，mm)

   • 断裂伸长率 (EB) = (ΔL / L₀) *
     (ΔL: 断裂时伸长量，mm； L₀: 原始标距，mm)

   • 性能变化率 = [(X_a - X_o) / X_o] *
     (X_a: 老化后性能值； X_o: 老化前性能值)

2. 评判标准：

   • 绝对值法：老化后的抗张强度（TS_a）和断裂伸长率（EB_a）不得低于标准中规定的低限值。例如，某标准可能规定IE1绝缘老化后抗张强度小值为5.0 N/mm²，断裂伸长率小值为250%。

   • 变化率法：抗张强度变化率和断裂伸长率变化率的绝对值不得超过标准规定的大允许值。例如，某标准可能规定IE1绝缘老化后抗张强度变化率不超过±25%，断裂伸长率变化率不超过±40%。

   • 综合判定：需同时满足绝对值和变化率的要求。任何一项不合格，即判定该批次电缆的绝缘或护套材料耐热老化性能不合格。

   • 趋势分析：对于研发和质量监控，分析性能变化率的趋势（是变脆还是变软）比单一的合格判定更具价值，有助于优化材料配方和工艺。例如，若断裂伸长率大幅下降而抗张强度变化不大或略有上升，表明材料以交联为主导老化机制，脆性增加。