电线电缆用固体绝缘材料检测：关键项目解析

电线电缆作为电力传输和信号传递的核心载体，其安全性和可靠性直接关系到电力系统的稳定运行及人身财产安全。固体绝缘材料是电线电缆结构中的关键组成部分，主要承担电气绝缘、机械保护和抵御环境侵蚀的作用。因此，对固体绝缘材料进行全面、严格的检测，是确保电线电缆产品质量的核心环节。以下重点介绍固体绝缘材料的主要检测项目：

一、 核心检测项目类别

1. 电气性能检测

• 介电强度（电气强度）：
  • 目的： 衡量绝缘材料抵抗高电压击穿的能力，反映其绝缘可靠性。
  • 方法要点： 在特定条件下（温度、电极、升压速率），对标准试样施加逐渐升高的交流或直流电压，直至材料被击穿，记录击穿电压值，计算单位厚度下的击穿场强（kV/mm）。
• 绝缘电阻和体积电阻率：
  • 目的： 评估绝缘材料阻止泄漏电流通过的能力，反映其绝缘有效性。体积电阻率是材料固有的电绝缘特性参数。
  • 方法要点： 在试样两侧施加直流电压，测量流经试样体积内部的电流，计算绝缘电阻（Ω）和体积电阻率（Ω·cm 或 Ω·m）。
• 介质损耗角正切（Tanδ）和相对介电常数（εr）：
  • 目的： Tanδ 反映绝缘材料在交变电场中能量损耗（发热）的大小，损耗过大会导致温升过高。εr 反映材料储存电场能量的能力，影响电缆的电容和传输性能。
  • 方法要点： 通常在工频（50/60Hz）或更高频率下，使用电桥法测量试样的电容和损耗因数，计算出Tanδ和εr。
• 耐电痕化和电蚀损（耐漏电起痕）：
  • 目的： 评估绝缘材料表面在电场和电解液（如污秽、湿气）联合作用下，抵抗形成导电通路（电痕）和局部材料破坏（电蚀损）的能力。
  • 方法要点： 模拟污秽潮湿环境，在试样表面滴加电解液，施加电压，观察试样形成电痕或发生破坏的时间和程度。

2. 机械物理性能检测

• 拉伸强度和断裂伸长率：
  • 目的： 衡量材料在拉力作用下抵抗破坏（强度）和发生塑性变形（伸长）的能力，反映材料的韧性和加工、安装、使用过程中的抗机械损伤能力。
  • 方法要点： 对哑铃型试样进行拉伸试验，记录拉断时的最大应力（拉伸强度，MPa）和断裂时标线间的伸长百分比（断裂伸长率，%）。
• 抗撕裂强度：
  • 目的： 评估材料抵抗裂纹扩展的能力，对于薄膜类绝缘或存在切口缺陷的材料尤为重要。
  • 方法要点： 采用特定的试样（如直角撕裂、裤型撕裂），测量试样被撕裂时所需的力（N/mm）。
• 硬度测试：
  • 目的： 反映材料抵抗局部压入或划伤的软硬程度，与耐磨性、耐压性有一定关联。
  • 方法要点： 常用邵氏硬度计（如A型、D型）在规定条件下压入试样表面，读取硬度值。
• 密度：
  • 目的： 材料的固有属性，对计算用量、评估发泡或填充效果有参考价值。
  • 方法要点： 常用浸液法（阿基米德原理）测量固体密度（g/cm³）。
• 压缩永久变形：
  • 目的： 评估弹性体类绝缘材料在长期压缩后恢复原有形状的能力，对密封件或受挤压部位的材料很重要。
  • 方法要点： 将试样在特定温度和压缩率下压缩规定时间，卸载后在规定时间内测量其残余变形量（%）。

3. 热性能检测

• 热变形温度（HDT）或维卡软化温度（VST）：
  • 目的： 衡量材料在负载下抵抗热变形的能力，反映其短期使用温度上限。
  • 方法要点： 给标准试样施加特定弯曲应力（HDT）或用特定针头施加特定压力（VST），在匀速升温环境中测量其达到规定变形量时的温度（℃）。
• 熔融指数（MFR/MVR）：
  • 目的： 主要针对热塑性材料，反映其在熔融状态下的流动性，对加工工艺（挤出、注塑）有重要指导意义。
  • 方法要点： 在特定温度和负荷下，测量规定时间内通过标准口模挤出的熔体质量（MFR，g/10min）或体积（MVR，cm³/10min）。
• 热冲击（热稳定性试验）：
  • 目的： 评估绝缘材料在经受急剧温度变化后（如卷绕、安装、使用环境突变），是否出现开裂、脆化等损伤。
  • 方法要点： 将试样（或绕在芯轴上的成品电缆段）在高温（如150℃）烘箱中保持规定时间，然后迅速浸入低温（如-15℃）液体（常用水）中，检查试样是否开裂。
• 热延伸试验：
  • 目的： 主要针对交联聚乙烯（XLPE）等热固性材料，评估其交联度（网状结构完善程度）。交联度不足会导致材料在高温下过度软化变形。
  • 方法要点： 在特定温度和负载下，对哑铃状试样进行拉伸，测量规定时间后的伸长率及卸载后的永久变形率。达标值有严格要求。
• 热老化试验：
  • 目的： 模拟材料在长期使用温度下的性能变化，预测其使用寿命。
  • 方法要点： 将试样置于比预期使用温度高得多的空气烘箱中加速老化（如7天@135℃），老化前后对比关键性能（通常是断裂伸长率和/或拉伸强度）的保留率（%）。

4. 阻燃与防火性能检测

• 单根电线电缆垂直燃烧试验：
  • 目的： 评估单根绝缘线芯或小型电缆在接触火焰后自熄的能力。
  • 方法要点： 垂直固定试样，用规定火焰烧灼下端规定时间，移开火焰后观察试样上延燃的长度和时间。
• 成束电线电缆垂直燃烧试验：
  • 目的： 评估多根电缆成束敷设时阻止火焰蔓延的能力，对密集敷设场合（如竖井、通道）至关重要。
  • 方法要点： 将多根试样按规定方式成束固定在梯形或垂直托架上，用高强度喷灯烧灼规定时间，测量炭化高度和火焰蔓延距离。
• 烟密度测定：
  • 目的： 评估材料燃烧时产生烟雾的浓度（透光率损失），关系到火灾时的逃生能见度和救援难度。
  • 方法要点： 在特定燃烧箱内燃烧试样，测量火焰模式或烟雾模式下的最大比光密度或透光率最小值。
• 卤酸气体含量测定：
  • 目的： 评估含卤材料（如PVC）燃烧时释放腐蚀性酸性气体（如HCl）的总量，这些气体会损坏设备并危害人员。
  • 方法要点： 燃烧定量试样，用吸收液吸收燃烧气体，通过滴定或电导法测定卤酸（折算为HCl）的释放量（mg/g）。
• 氧指数（LOI）：
  • 目的： 衡量材料维持燃烧所需的最低氧气浓度（体积百分比），LOI越高越难燃。
  • 方法要点： 将试样垂直固定在玻璃管内，从底部通入氧氮混合气，点燃试样顶端，通过调整氧气浓度找到试样恰好能持续燃烧3分钟或燃烧50mm长度时的最低氧浓度值（%）。

5. 耐环境性能检测

• 吸水性能：
  • 目的： 评估材料在潮湿环境或浸水条件下吸收水分的倾向。吸水过多会显著降低电气绝缘性能。
  • 方法要点： 将干燥试样浸入规定温度（如23℃或70℃）的水中规定时间（如24h或7d），取出擦干表面后称重，计算质量增加的百分比（%）。
• 耐油/耐溶剂性：
  • 目的： 评估绝缘材料抵抗油类或特定溶剂溶胀、溶解或强度下降的能力，对特定应用环境（如机车、油矿电缆）尤为重要。
  • 方法要点： 将试样浸入规定温度的标准油（如IRM 902, 903）或溶剂中规定时间，取出后测量其体积变化率、质量变化率、硬度变化或力学性能的保留率。
• 耐候性（光老化/紫外老化）：
  • 目的： 评估材料在户外暴露于日光（特别是紫外线）、温度、湿度作用下性能劣化的程度。
  • 方法要点： 可采用自然户外曝晒（周期长）或人工加速老化试验箱（氙灯、荧光紫外灯模拟日光+温度+湿度循环），老化后检查外观变化（粉化、开裂、变色）和对比关键性能（力学、电学）变化。
• 低温性能（低温冲击/低温弯曲）：
  • 目的： 评估材料在低温环境下抵抗脆化、开裂的能力。
  • 方法要点： 将试样或成品电缆在设定低温（如-15℃, -25℃, -40℃）下冷冻规定时间，然后进行冲击（如落锤冲击）或在低温下绕规定直径的心轴弯曲，检查是否开裂。

二、 检测流程简述

1. 取样与制样： 按统计方法或规定要求从原材料或成品电缆上截取代表性样品，并根据不同测试项目的要求精确制备标准试样（如哑铃片、圆片、方块、棒状等）。
2. 状态调节： 将试样在标准环境（如温度23±2℃，湿度50±10%）下放置规定时间，使试样达到温湿平衡，确保测试结果可比性。
3. 项目测试： 依据公认的国际、国家或行业通用的测试方法标准，在符合要求的实验环境下，使用经过校准的仪器设备，逐项进行上述性能测试。
4. 数据处理与判定： 详细记录原始数据，按标准规定的方法计算各项性能指标结果。将测试结果与产品标准或技术规范中规定的限值进行比对，判定其是否符合要求。
5. 报告出具： 汇总所有测试项目的检测条件和结果，形成清晰、客观、完整的检测报告。

结论

对电线电缆用固体绝缘材料的检测是一项系统、严谨的工作，涵盖电气、机械、热学、阻燃、耐环境等多个维度的性能评估。每一项检测项目都从特定的角度揭示了材料的内在品质及其在复杂工况下的表现潜力。严格把控这些关键检测项目，是保障电线电缆产品长期安全、可靠、高效运行的基础，也是整个电力工业安全基石的重要支撑环节。持续优化检测技术和方法，提升检测的精度和效率，对于推动电线电缆行业的技术进步和高质量发展具有重大意义。