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摘要：电线电缆绝缘和护套机械性能试验是电线电缆检验中最常见的项目之一，在试验过程中，许多因素会对试验结果产生影响。针对电线电缆绝缘和护套机械性能试验过程中的试件类型选择、样品制备、拉力试验等环节中的影响因素进行分析，并通过数据对比，提出了对应的改进措施。选择试件类型时，应注意样品的结构，大尺寸试样(截面6mm2以上)应选用哑铃试件，小尺寸试样(截面6mm2以下)若无隔离层结构、内壁光滑选用管状试件和哑铃试件均可，如存在难以除去的隔离层时应选用哑铃试件(如尺寸较小可选用小哑铃试件),在制备样品时，根据试件类型采用适当的制样方法，消除电缆其他元器件对材料性能的影响,拉力试验时，应注意试件夹持方式，根据样品材料选择合适的拉伸速度和测量方法。通过对以上环节中的细节进行改进，确保试验结果的准确性和有效性。
关键词：绝缘材料,护套材料,机械性能,管状试样,哑铃试样
Process Control and Influencing Factors Analysis of Mechanical Property Test of Wire and Cable Sheath and Insulation
Wang Zhihui，Zhao Di，Huang Wanli，Ouyang Xiangzhang，Liu Jie
(Guangzhou Nanyang Cable Group Co．，Ltd．，Guangzhou 511356，China)
Abstract：The mechanical property test of wire and cable insulation and sheath is one of the most common items in wire and cable inspection．During the test，many factors will affect the test results．The influencing factors in the selection of test piece type，sample preparation，tensile test and other links during the mechanical property test of wire and cable insulation and sheath were analyzed，and the corresponding improvement measures were put forward through data comparison．When selecting the type of test piece，attention should be paid to the structure of the sample．Dumbbell test pieces should be selected for large size samples(section of more than 6 mm2)．Tubular test pieces and dumbbell test pieces could be selected for small size samples(section of less than 6 mm2)if there no isolation layer structure and the inner wall was smooth．Dumbbell test pieces should be selected if there was an isolation layer that was difficult to remove(small dumbbell test pieces could be selected if the size was small)．When preparing samples，appropriate sample preparation methods should be adopted according to the type of test pieces to eliminate the influence of other components of cables on material properties．During the tensile test，attention should be paid to the clamping method of the test piece，and the appropriate tensile speed and measurement method should be selected according to the sample material，so as to ensure the accuracy and effectiveness of the test results．
Key words：insulation material；sheath material；mechanical property；tubular sample；dumbbell sample
0引言
电线电缆绝缘和护套机械性能是电线电缆最基本的质量指标之一，直接影响到电线电缆的安全使用。通过机械性能试验可反映出绝缘和护套材料及生产工艺的水平。通常情况下，电线电缆绝缘和护套材料的机械性能试验按照GB／T 2951．11—2008标准进行，抗张强度和断裂伸长率的标准值在各个电线电缆产品标准中均有具体要求。实践中发现同批次的产品在不同客户处测得的试1验结果存在较大偏差，甚至出现不符合标准要求的情况。在检测电线电缆绝缘和护套机械性能时，存在大截面绝缘样品(截面6mm2以上)选用管状试件、耐火绝缘样品不处理内部原木就进行拉伸试验、护套样品不经削平就冲片取样、哑铃片存在明显毛刺仍进行试样等不规范的操作。不规范的操作会对试验结果造成误判，为生产企业带来不必要的困扰。通过长期的试验数据跟踪，本文总结了试件类型选择、样品制备、拉力试验等环节中的影响因素，并通过数据对比，提出改进措施。以确保电线电缆绝缘和护套材料在样品制备和试验中得到正确的处理，以获得准确的性能数据。
1试样制备时的影响因素和预防改进
在GB／T 2951．11—2008中试件类型分为哑铃试件和管状试件。选择哑铃试件时尽量使用图1(单位：mm)所示的哑铃试件，但如果样品直径太小，不能冲切出图示的哑铃试件时，可采用图2(单位：mm)所示的小哑铃试件；只有样品尺寸不能制备哑铃试件时才使用管状试件[1]。
1．1试件类型对试验结果的影响
一般情况下，各检测机构或企业在制备截面为6mm2及以下的绝缘试件时采用管状试件，截面为6mm2以上试样时采用哑铃试件。在正常取样和操作的情况下，上述试件类型选择在检测非耐火试样时的检测结果是稳定可靠的。但在处理隔离层难以除去的试样时(如耐火电线等)，试验数据分散、随机数据较多。现以采用相同绝缘材料、工艺生产的WDZN－BYJ－105 450／750V 2．5 mm2和WDZ－BYJ－105 450／750V 2．5 mm2样品为例，分别采用管状试件和哑铃试件进行机械性能试验，结果如表1~2所示。
从试验结果来看，相同材料、生产工艺的情况下，WDZ－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2在采用管状和哑铃试件时的试验数据稳定，且两种试件类型的试验结果接近；WDZN－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2在采用管状和哑铃试件时的试验数据相差较大，采用管状试件的试验数据分散，随机性大。
经过对试验数据分析和试件解剖，发现存在以下问题：(1)WDZ－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2的管状试件内壁光滑无附着物，WDZN－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2的管状试件内壁附有部分云母带残留，如图3(a)所示；(2)WDZN－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2的管状试件内壁不平整，在云母带搭盖处的绝缘内壁存在压痕等不平整的情况，如图3(b)所示，WDZ－BYJ－105 450／750V 2．5 mm2的管状试件内壁光滑平整。WDZN－BYJ－105 450／750V 2．5 mm2的管状试件由于云母残留物和压痕，在拉伸过程中压痕和残留物处应力集中，造成试件提前断裂；而哑铃试件在制样时可通过削、磨等方式除去残留物和压痕，排除电线其他结构对试验结果的影响，保证试件在拉伸过程中受力均匀，反映出材料实的机械性能。
1．2试件类型的选择
关于试件类型选择，在GB／T 2951．11—2008 9．1．3 b)中明确规定，只有当绝缘线芯尺寸不能制备哑铃试件时才使用管状试件；在制备管状试件时，导体抽出后，将隔离层(如有的话)除去；如隔离层仍保留在管状试件内，那么在拉力试验过程中试样拉伸时会发现试件不规整，如发生上述情况，该试验结果应作废[1]。
为此，对于类似WDZN－BYJ－105 450／750 V 2．5 mm2结构的小截面试样，若制样时绝缘内层有难以除去的残留物或压痕，应选用哑铃试件，选用哑铃试件时应根据试样尺寸选择合适的哑铃试件(优先选择图1所示的哑铃试件)。
2试件制备时影响因素及改进措施
2．1哑铃试件
2．1．1取样方式对试验结果的影响
制备哑铃试件时，试样应进行削平或磨平处理(PP和PE材料只能削平不能磨平)，然后再冲压哑铃试件。试样的厚度为0．8~2．0 mm，如果不能获得0．8 mm的厚度，允许的最小厚度为0．6 mm。值得注意的是，即使样品厚度符合0．8~2．0 mm，仍需进行削平或磨平处理，去除残留物或压痕(绝缘试样如图3，护套试样如图4)，切不可直接冲压制样。
以WDZ－YJY 0．6／1 kV 5×10 mm2护套样品为例，分别削平取样和直接取样进行护套机械性能试验，结果如表3所示。由表可知，在同一样品上，采用削平取样时的测量数据波动性小，直接取样的测量数据随机性较大。通过对试样和试验数据的分析，数据差异的原因为：直接取样时，由于试样未进行削平处理，拉伸时压痕处应力集中，试样在拉伸过程中提前断裂；哑铃试件在制样时通过削平的方式，去除了压痕和残留物，试件厚度均匀，拉伸过程中受力均匀，反映出材料真实的机械性能。
2．1．2制样时的注意事项
制备哑铃试件时，通常是先用削片机或磨床制备试件条，然后在冲片机上使用哑铃刀具进行冲压。由于电缆一般为圆形，所取绝缘或护套样品均带有一定弧度，在削片时容易出现中间薄两边厚的情况。为此试件试条宽度略大于哑铃宽度即可，如图5所示，在试件条的中间冲片，保证哑铃试件的厚度均匀。尤其是PE材料，塑料硬度大，若试条宽度过大，削片机压轮所受的阻力大，试件试条容易在压轮里跑偏，导致试件试条厚度不均匀造成试条报废。在GB／T 295．11—2008 9．2．3中规定，对于PE护套，如果护套比较厚，并且两面均光滑，则哑铃试件厚度不需削到2．0 mm。为此在处理PE护套试样时，可根据试样实际情况处理。
2．1．3冲片时的注意事项
(1)在冲切哑铃试件前应检查哑铃刀口是否有缺损，冲片时要一次成型，避免多次冲片造成的边缘毛刺[1]。
(2)冲片时应在试件条的中间部位冲切(图5)，保证试件的厚度均匀。
(3)哑铃试件冲片时，应在试条和底座之间垫上硬纸片或其他材料，同一位置不要多次冲切，避免在哑铃试件上留下压痕。
(4)为保证数据的严谨和准确性，在哑铃试件宽度测量时应采用标准哑铃刀切薄硬纸片再用投影仪测量的方法最为准确[6]，哑铃刀宽度需根据使用频次定期测量校正，如超出规定的范围(±0．4 mm)应立即更换哑铃刀并重新测量试件宽度。
(5)试件厚度测量可采用指针式测厚仪进行测量，测量时接触压力不超过0．07 N／mm2，选择最小厚度作为厚度测量值[1]。
(6)如果试样尺寸较小，不能冲切出图1的哑铃试件时，可采用图2的哑铃试件进行冲切。
(7)允许哑铃试件的两端不完整，断裂点发生在标记线之间[1]。
(8)哑铃试件截面积计算：试件宽度×试件厚度。
2．2管状试件
2．2．1管状试件的制备
只有当试样尺寸不能制备哑铃试件时才使用管状试件。制备管状试件时，将试样切成100 mm长的小段，抽出导体。在截取样品时，应使用锋利的、剪口斜度小的电缆剪，避免将铜导体切面剪成尖的椭圆形，在抽出导体时刮伤绝缘层(断口见图6)。在抽取绞合导体时应先从中心导体单丝抽取，以减小导体抽取难度，避免绝缘层的损伤。
导体抽出后，应除去隔离层(如有的话)。若为纸隔离层，可浸入水中；若为聚脂隔离层，可浸入酒精中；或者在光滑的平面上滚动绝缘。如隔离层仍保留在管状试件内，在拉力试验过程中试样拉伸时会出现不规整的现象，如发生上述情况，该试验结果应作废[1]。
2．2．2管状试件尺寸测量
试件厚度和外径尺寸可根据GB／T 2951．11—2008的规定，采用投影仪进行测量，取平均厚度和平均外径作为试件的厚度和外径。
截面计算：
A＝π(D－δ)δ
式中：A为截面积，mm2；D为试样平均外径，mm，修约到小数点后两位；δ为绝缘平均厚度，mm，修约到小数点后两位。
2．3样品的处理
在测量截面积前，试件应避免阳光直射，并在(23±5)℃温度下存放至少3h，热塑性材料试件的存放温度为(23±3)℃[1]。
3拉力试验时的影响因素和预防改进
(1)拉力试验机应选择试件拉断力在拉力试验机量程的15％~85％之间，拉力试验时必须保证在(23±5)℃温度下进行，试验环境的温度变化会直接影响试验数据[1]。
(2)试件夹持应垂直于水平面，保证试件整体受
力一致。夹头间的总间距：采用图1的哑铃试件时，夹头间距为50 mm；采用图2的哑铃试件时，夹头间距为34 mm；采用自紧式夹头夹持管状试样时，夹头间距为50 mm；采用非自紧式夹头夹持管状试样时，夹头间距为85 mm。
(3)若使用引伸仪测量试件断裂伸长率，为获取准确的试验数据，在夹持引伸仪的夹头前应稍微绷紧试件，再将校准过标距的引伸仪夹头固定在试件上[2]。
(4)拉伸速度通常应为(250±50)mm／min，但拉伸PE和PP材料时拉伸速度应为(25±5)mm／min。
在选择拉伸速度时应尽量选择推荐范围的中间值，避免选用上限或下限值。因为绝缘材料都存在延展性，在拉力试验进行时，绝缘在外力作用下会产生无法恢复的形变以适应所受到的拉力，随着永久形变的产生，读取到的力值也会随之减小。夹头移动速度越慢时，试样产生形变的时间就越充足，形变越大试样受到的拉力和抗拉力就越小，最终测得的拉断力也就越小；夹头移动速度较快时，试样没有充足的时间发生形变，在没有以形变来适应受到的拉力的情况下，试样受到的拉力和抗拉力也会变大，最后测得的拉断力数值也会变大[4]。在平常的检测工作中，可以用250 mm／min的速度进行快速测试，当出现疑问时，特别是出现临界值、客户疑议、投诉、仲裁等问题时，应该采用25 mm／min的速度重新进行测试[5]。
(5)测量断裂伸长率标记线距离经常采用的方法有两种：一种是采用伸率尺读数，另一种是采用引伸计读数[3]。目前企业多采用带有引伸计的自动拉力机，其可减少手动测量操作失误的影响，提高工作效率，减轻工作强度。但在进行PE类塑料拉伸试验时，由于材料特性，其形变为非同步形变且材料表面光滑，易发生引伸仪夹头滑动的情况(图7)，建议优先选用标尺手动测量断裂伸长率或采用专用夹头。
4试验数据处理
试验期间测量并记录最大拉力。同时在同一试件上测量断裂时两个标记线之间的距离。
在夹头处拉断的任何试件的试验结果均应作废，哑铃试件如果断裂发生在肩部或塑性形变扩展到整个肩宽时，应重新取样。在这种情况下，计算抗张强度和断裂伸长率至少需要4个有效数据，否则试验应重做[2]。
为此，在制样时应制取足够的试件，尤其是需要进行条件处理(老化、氧弹等)的样品，在进行试样处理时可多制取1~2个备件。
抗张强度和断裂伸长率应取试验结果的中间值。
5结束语
在选择试件类型时，大尺寸试样(截面6 mm2以上)应采用哑铃试件；小尺寸试样(截面6mm2以下)应根据以下原则取样：如试样内壁光滑且无隔离层，考虑到制样难度，可选择管状试件；若试样存在难以去除的隔离层时应采用哑铃试件(优先选择图1试件，若尺寸较小可选择图2试件)。试样制备时，应通过削、磨等方式除去影响试验结果的其他元器件或缺陷，使试件厚度均匀，保证拉伸时试件受力均匀。拉力试验时，应注意拉伸速度和测量方法，确保试验结果的准确性。本文通过对电线电缆绝缘和护套机械性能试验过程中的试件选择、样品制备、拉力试验三个环节中影响因素分析，提出了对应的改进措施，确保试验数据的可重复性，准确反映绝缘和护套材料的机械性能。
参考文献：
[1]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[S]．
[2]GB／T 1040．1－2018，塑料拉伸性能的测定第1部分：总则[S]．
[3]万同利，于校伟，蒲静．引伸计在电线电缆绝缘材料机械性能测试中应用的探讨[J]．中国标准化，2021(9)：237－239．
[4]秦云汉．电线电缆绝缘管状试样在拉力试验中数据的变化及分析[J]．电气工业，2021(2)：76－78．
[5]薛丽明．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)：9．
[6]托娅，刘晓明，李岩玮．电缆护套和绝缘机械性能试验过程控制与影响因素分析[J]．内蒙古科技与经济，2019(21)：90－93．
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