拉伸速率对聚氯乙烯绝缘材料机械性能的影响

周怀远

(安徽联嘉祥特种电缆有限公司,芜湖 241200)

0 引 言

拉伸性能作为材料力学性能测试中最重要的性能之一[1],电线电缆的绝缘拉伸机械性能检测对于电线电缆产品的质量管控同样至关重要。电线电缆机械性能检测依据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》所示方法进行。从试验要求上看,可选择的夹头移动速率范围较宽。因此,不同的检测人员可能根据自己的习惯选择不同的移动速率,导致检测结果偏差较大,尤其是产品的检测真实值处于临界点时,会对产品的质量造成误判。本工作主要讨论并分析试件在不同夹头移动拉伸速率下的机械性能变化的现象及影响因素,为广大工作者提供参考。

1 试验部分

1.1 试样制备

按照GB/T 2951.11—2008 标准9.1.3(b)中方法,在型号为60227 IEC 01(BV) 1×2.5 mm2的成品电缆上截取本试验所采用的试样,成品电缆结构示意图见图1。

图1 成品电缆结构示意图

将试样存放在温度范围为21～25 ℃、相对湿度不大于70% 的环境条件下,保持16 h 以上,并保证样品与周围环境温度一致。将所得试样分为7 组,每组包含10 个样品,每个样品长度为10 cm,精确测量每个样品的平均厚度与外径后,按标准要求做好标记,标记长度为20 mm。

1.2 试验设备及方法

本试验采用型号为ETM103B 的微机控制电子万能试验机,按照GB/T 2951.11—2008 中要求(夹头移动速率为200～300 mm·min-1,如有疑问时,夹头移动速率为20～30 mm·min-1)[2],采取分拉法对每组试样分别按照25,200,220,240,260,280,300 mm·min-1的速率进行拉伸试验,检测不同拉伸速率下的断裂伸长率与抗张强度。其中,拉伸试验测试时的环境温度为22.6～23.0 ℃,相对湿度为62%。

1.3 测试要点

在试验过程中需要注意:①测试设备在操作前需要将各项参数清零;②为保证试验数据的准确性,样品标识不应仅有试验拉伸区间标识,也应具有夹头所夹位置的标识,以确保夹头之间的距离为85 mm,避免试样两端所夹长度不一致;③试样在安装时,应先夹紧一端以保证垂直性,再夹紧另一端,使得试样长轴线与试验机的轴线成一条直线;④试样上端夹持后,安装引伸计,再夹持试样下端,引伸计无惯性滞后、无窜动,松紧适宜,安装试样时产生的预应力不得清零[3];⑤拉伸试验过程中,试验机应一直处于匀速、平稳的工作状态,避免拉伸时的速率突然过快或过慢,以减少测力传感器在拉伸测试过程中对测量结果产生的影响[4]。

2 试验结果与分析

2.1 拉伸速率对抗张强度的影响

试验得到的抗张强度曲线见图2,当拉伸速率为25,200,220,240,260,280,300 mm·min-1时,试件抗张强度的中间值分别为15.8,15.9,15.9,16.0,15.8,15.9,15.8 N·mm-2。

图2 抗张强度曲线图

由图2 可知,随着拉伸速率的提升,抗张强度的中间值并不会随着拉伸速率提升而显著变化,抗张强度的中间值会在某一范围内波动,浮动范围为2%～4%,数据趋势线较为平稳,数据偏差较小。因此,选择不同的拉伸速率并不会影响试件抗张强度的最终结果。

2.2 拉伸速率对断裂伸长率的影响

试验得到的断裂伸长率曲线见图3,当拉伸速率为25,200,220,240,260,280,300 mm·min-1时,试件断裂伸长率的中间值分别为220%,225%,233%,243%,250%,255%,260%。

图3 断裂伸长率曲线图

由图3 可知,随着拉伸速率的提升,断裂伸长率的中间值会随着拉伸速率提升而显著升高,期间的浮动变化达到15%,数据呈显著上升趋势。因此,选择不同的拉伸速率对断裂伸长率的影响较大,特别是当样品检测数据位于临界点时,能够直接影响对结论的判断。由此可知,选择适当的拉伸速率是检测中的重要一环。

3 结束语

本工作通过对聚氯乙烯绝缘材料进行拉伸试验,分析了拉伸速率对其性能的影响,得到以下结论。

1)拉伸速率对试件拉伸时抗张强度的影响不明显,主要原因有:①快速拉伸时,分子没有充分的时间重新排列和分散应力,无法形成更完美的分子链结构;②分子排列和应力分散时间较短,因而会形成较多的缺陷以及不规则的分子结构;③快速的拉伸测试中,聚氯乙烯材料的分子链会断裂或滑动,导致材料的抗拉性能降低。但是,电线在生产过程中,受外界因素影响较多,如生产速率、冷却速率、挤出压力、牵引速率等,导致试件在不同位置的外径、厚度和内应力等均会产生不同的变化。因此,在不同的拉伸速率下,抗张强度会呈现无规律的变化。

2)拉伸速率对试件的断裂伸长率影响较大,主要原因有:①拉伸速率越快,聚氯乙烯材料的变形速率加快,而材料的内部结构无法及时适应变化,从而会产生更多的塑性应变;②材料的变形热量增加,而材料的内部结构又无法及时释放热量,导致材料在断裂前更加柔韧;③快速拉伸会使聚氯乙烯材料含有更多的缺陷和空隙,这些空隙可以在断裂时扩张,从而进一步增加断裂伸长率。因此,在实际检测过程中,为保证检测数据的可靠性,建议选择200 mm·min-1的拉伸速率。

3)对样品进行检测时,应在检测报告中注明拉伸速率,若要保证抗张强度和断裂伸长率检测结果的一致性,应选择能使检测结果无显著性差异的拉伸速率进行检测。拉伸试验过程中应避免取样、样品制备、试样处理、试验环境、测试设备和人员操作等因素的影响[5]。