标准条件下电缆交联聚乙烯绝缘热延伸性能的影响因素研究

2022-06-30李培娴LIPeixian章庆科ZHANGQingke杨丽YANGLi刘亚赤LIUYachi

价值工程 2022年20期

李培娴 LI Pei-xian；章庆科 ZHANG Qing-ke；杨丽 YANG Li；刘亚赤 LIU Ya-chi

（成都产品质量检验研究院有限责任公司，成都 610100）

0 引言

交联聚乙烯因其良好的耐热性、机械性能和电气性能被广泛应用在电缆的绝缘材料上[1]。热延伸试验是在恒定载荷恒定温度下衡量高分子材料形变量的试验，交联程度越大，高分子材料的三维网状结构越稳定，分子间作用力越强，抵御外部力的能力越强，发生形变越小，因此在电线电缆检测中热延伸试验是表征交联聚乙烯绝缘材料交联程度的重要指标[2]，其检测数据对企业的生产工艺和配方有直接影响。由于标准规定交联聚乙烯绝缘材料的试验温度范围为（200±3）℃，样品厚度范围为（0.8~2.0）mm，且未明确内层取样部位的具体位置，不同的检测机构不同的检测人员虽然都按照标准对电缆热延伸性能进行检测，但由于厚度、温度和取样部位的不同，会造成测试结果之间存在差异。因此，开展标准条件下交联聚乙烯绝缘电缆产品热延伸性能影响因素的测试研究具有十分重要的意义。

本文根据方法标准GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001和产品标准GB/T 12706.2-2020，以交联聚乙烯绝缘电缆产品为试样，研究标准条件范围内取样部位、试样厚度和试验温度对其热延伸性能的影响规律。

1 试验

1.1 试样与仪器设备

试样为一段型号规格YJV 8.7/15kV 1×400的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆（如图1）。试验所需仪器设备为热延伸试验箱和钢直尺。

图1 试样结构

1.2 测试步骤

1.2.1 制备试样

从每一被测试样上切取两个样段，除去所有凸脊和半导电层后从绝缘内层制取哑铃片（如图2），使试片厚度不小于0.8mm不大于2.0mm。在每个哑铃试件中部标上20mm标志线并测量截面积。

图2 哑铃片尺寸（尺寸单位为毫米）

1.2.2 悬挂试样

将烘箱温度设置为（200±3）℃，试件应悬挂在烘箱中，下夹头加重物使机械应力为20N/cm2。悬挂过程应尽可能快以使烘箱开门时间最短[3]。

1.2.3 测试载荷下伸长率

烘箱温度在5min内回升到规定温度（200±3）℃，试件在烘箱中再保持10min后（共计15min），测量标记线间距离并计算载荷下伸长率。

1.2.4 解除载荷冷却测试永久伸长率

然后从试件上解除拉力（在下夹头处把试件剪断），并将试件留在烘箱中恢复5min。然后从烘箱中取出试件，慢慢冷却至室温，再次测量标记线间的距离并计算永久伸长率[4]。

1.3 实验方案

为研究标准条件下热延伸测试结果的离散型和试样热延伸性能的变化规律，采用控制变量法在标准条件范围内测试不同取样部位、试样厚度和试验温度对其热延伸性能的影响，实验方案如下：

1.3.1 取样部位

本实验定义绝缘内层为靠近导体屏蔽层的二分之一绝缘层BD，方法标准GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001未明确规定取样部位绝缘内层的具体位置，故本实验选取在不同取样部位BC和CD同一厚度的试样在同一温度下进行热延伸试验[5]，如图3所示。

图3 取样部位

1.3.2 试样厚度

方法标准GB/T 2951.21-2008/IEC 60811-2-1:2001规定试样的厚度范围为（0.8~2.0）mm，故本实验选取以C点为中心点制取的不同厚度为0.8mm、1.2mm、1.6mm和2.0mm的试样在同一温度下进行热延伸试验。

1.3.3 试验温度

产品标准GB/T 12706.2-2020规定，交联聚乙烯绝缘热延伸试验温度为（200±3）℃，故本实验选取同一厚度同一取样部位试样在197℃、200℃、203℃温度下进行热延伸试验。

2 实验结果与分析

2.1 取样部位对热延伸的影响

表1为同一厚度不同取样部位的试样在相同温度下交联聚乙烯绝缘热延伸测试值。由表1和图4可以看出，当厚度和试验温度一定时，BC段试样载荷下伸长率显著小于CD段试样载荷下伸长率，取样部位越靠近导体，热延伸性能越差，冷却后最大永久伸长率不随取样部位变化而显著变化。由于中高压电缆一般采用过氧化物交联方式进行交联聚乙烯绝缘的交联，运用悬链式（CCV）或立式（VCV）生产设备，将混入过氧化物交联剂和氧化剂的PE电缆放入充满高温惰性气体的密封罐内加热，此时内外层绝缘的加热温度不同，过氧化物交联剂的分解程度就会不同，导致内外层的交联度不均，最终反映在热延伸载荷下伸长率不同[6]。外层绝缘加热温度高于内层绝缘，交联程度大，热延伸性能更优，载荷下伸长率更小。

图4 不同取样部位热延伸值散点图

表1 不同取样部位热延伸测试值

2.2 试样厚度对热延伸的影响

表2为以C点为中心点制取的不同厚度为0.8mm、1.2mm、1.6mm和2.0mm的试样在相同温度下交联聚乙烯绝缘热延伸测试值。热延伸值是反应交联聚乙烯绝缘交联程度的试验指标，交联程度不会随厚度变化发生较大改变，如表2和图5所示，当取样部位和试验温度一定时，载荷下伸长率和冷却后最大永久伸长率不随厚度变化而显著变化[7]。

图5 不同试样厚度热延伸值散点图

表2 不同试样厚度热延伸测试值

2.3 试验温度对热延伸的影响

表3为同一厚度同一取样部位的试样在不同温度下交联聚乙烯绝缘热延伸测试值。由表3和图6可以看出，当厚度和取样部位一定时，载荷下最大伸长率和冷却后最大永久伸长率均不随温度变化而显著变化。热延伸试验温度为（200±3）℃，此时交联聚乙烯绝缘材料处于橡胶态，在此温度偏差范围内，模量随温度变化很小，因此负载下的形变并不会有显著差异[8]。