氟塑料电线电缆绝缘老化性能探讨

2024-06-19于校伟张俊璐郭连志万同利蒲静

中国标准化 2024年10期

于校伟　张俊璐　郭连志　万同利　蒲静

摘要：本文参照GB/T 2951.11—2008《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》中电线电缆绝缘机械性能测量方法，GB/T 2951.12—2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分：通用试验方法——热老化试验方法》中电线电缆老化试验方法，对氟塑料电线电缆绝缘老化性能进行了试验。通过对试验数据的分析，得出氟塑料绝缘耐老化规律。

关键词：电线电缆，氟塑料，绝缘老化规律

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.10.031

0 引言

氟塑料因其良好的耐热性、阻燃性以及电性能，广泛应用于电缆的绝缘和护套中。耐热性能好是氟塑料最显著的优势。PE、PVC、XLPE等电缆原材料正常工作耐受温度为70℃～90℃，而氟塑料正常工作耐受温度可达200℃，因此氟塑料电缆在高温环境应用极为广泛[1]。耐老化性能是电线电缆产品的重要性能指标，决定着电线电缆产品的使用寿命。本文通过实验的方法分析氟塑料电缆绝缘老化规律。

1 绝缘材料老化试验方法

氟塑料绝缘试件按GB/T 2951.12—2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分：通用试验方法——热老化试验方法》标准要求进行热老化试验[2]。热老化试验在自然通风烘箱中进行，试验用烘箱如图1所示。试验用自然通风烘箱通过设备校准，烘箱全部空气更换次数每小时不小于8次也不多于20次，烘箱温度范围室温～300℃，烘箱在240℃时均匀度±0.8℃、温度波动±0.4℃、温度上偏差+0.5℃、温度下偏差-0.4℃，试样制备按GB/T 2951.11—2008《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》中9.1.3条哑铃试件制备规定进行，每个试件之间的间距至少20 mm，均匀悬挂在烘箱有效使用空间范围内，试样总体积不大于烘箱容积的2%，老化温度240℃。

老化前后试样按GB/T 2951.11—2008《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》标准要求进行机械性能试验。试验预处理温度22.7℃～24.9℃，预处理时间24 h，选用哑铃试件进行试验，哑铃试件如图2所示。有机械损伤的任何试样不用于试验[3]，在夹头处拉断的任何试件的试验结果视为无效数据。机械性能试验所用拉力机为美特斯微机控制万能试验机，如图3所示。微机控制万能试验机通过设备校准，量程：0～500N；分辨率：0.001N；准确度等级：0.5级。

2 热老化试验结果分析

试验用电缆样品规格型号为FF-0.6/1 4×70，该电缆样品绝缘材料为聚四氟乙烯塑料。选取红色绝缘线芯，按GB/T 2951.11—2008《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》标准要求制成哑铃试件，制成的哑铃试件厚度为0.9～1.2mm，共制作205个哑铃试件，将其分为41组，每组5个样片，第1组试样不进行老化试验，第2至41组试样分别进行1～40周热老化，老化温度240℃。老化结束后，所有205个哑铃试件在温度22.1～23.3 ℃、相对湿度41%～47%环境中处理3 h，在相同环境下，将41组试样分别进行机械性能试验，在夹头处断裂的试件结果作废，计算抗张强度需要至少4个有效数据，41组测试试件有3组出现1个在夹头处断裂的试件，每组试件有效数据均不少于4个，取试件测试值的中间值，作为最终的测试结果。试样抗张强度按式（1）进行计算：

式中：Fm为最大拉力，N；S为试样截面积，截面积计算如式（2）：

S =b×δ （2）

式中：b为试样宽度；δ为试样厚度。在试件有效拉伸区域内测三处，分别测量上、下两边的厚度，计算上、下测量处测量值的平均值，取最小值作为试件宽度，宽度测量误差不大于0.04 mm。使用接触压力不超过0.02 N/mm2的指针式测厚仪在试件有效拉伸区域内三处测量厚度，取最小值作为试样厚度，厚度测量时误差不大于0.01mm。在测量截面积前，所有试样均应避免阳光的直射。

为了降低温度对试验结果的影响[4]，机械性能试验在恒温恒湿间中进行，试验期间环境温度控制在（23±2）℃，相对湿度为40%～50%。为了减少夹头移动速度对测试结果的影响[5]，试验选择夹头移动速度为25 mm/min。

本文仅对氟塑料绝缘抗张强度老化规律进行分析，因此在实验数据仅选择记录试样抗张强度。拉力试验前，在每个哑铃试件的中央标上两条标记线，所有断裂在有效拉伸区域内的数据均为有效数据，试验过程中不使用引伸计，避免外力对试验结果的影响。试样抗张强度试验结果详见表1。

试验数据形成老化时间与抗张强度之间的关系图如图4所示。

从图4中可以看到，老化时间1周到25周的试样抗张强度变化不明显，老化25周的试样老化后抗张强度较未老化样品下降约17%。老化时间25周至35周的试样抗张强度迅速劣化，抗张强度迅速下降至初始抗张强度50%以下，老化35周的试样抗张强度较老化25周试样抗张强度下降47%，较初始抗张强度下降55%。老化时间超过35周的试样抗张强度变化率再次降低，老化40周的试样抗张强度较老化35周的试样抗张强度降低约3%。

3 结论

通过试验数据的统计分析，可以看到氟塑料绝缘材料抗张强度随老化时间的增加逐步下降，在老化的初始阶段其抗张强度变化率较低，性能稳定，随着老化时间的增加，在达到临界时间时，氟塑料绝缘抗张强度会迅速劣化，抗张强度值迅速降低至初始抗张强度的50%以下，经过抗张强度迅速变化的阶段后，随着老化时间增加抗张强度变化率在趋于平稳。

参考文献

[1]谢俊彪.氟塑料绝缘电缆的研究进展及发展趋势[J].塑料科技，2016 （11）：92-94.

[2]电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分：通用试验方法——热老化试验方法：GB/T 2951.12—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]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GB/T 2951.11—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]谢莉杰.电缆ST2型护套大哑铃试件抗张强度测量不确定度的评定和分析[J].广东化工，2020（23）：132-133.

[5]薛利明.电线电缆拉力试验中夹头移动速度对试验结果影响的分析[J].科技资讯，2005（26）：18.

作者简介

于校伟，工程师，主要从事电线电缆检验检测研究工作。

张俊璐，工程师，主要从事电线电缆检验检测研究工作。

郭连志，工程师，主要从事电线电缆检验检测研究工作。

万同利，高级工程师，主要从事电线电缆检验检测及标准起草研究工作。

蒲静，高级工程师，主要从事工程材料质量控制研究工作。