额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电梯电缆和挠性连接用电缆失重试验检测

额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电梯电缆和挠性连接用电缆失重试验检测技术研究

摘要：失重试验是评估额定电压450/750V及以下聚氯乙烯（PVC）绝缘电缆，特别是电梯电缆和挠性连接用电缆其绝缘和护套材料热老化性能的关键项目。该试验通过模拟材料在长期受热环境下挥发性物质逸出的情况，定量评价材料的热稳定性与耐久性，对确保电缆在反复弯曲、摩擦及温升环境下的长期安全运行至关重要。

1. 检测项目：详细说明各种检测方法及其原理

失重试验，通常称为热老化后质量损失测定，其核心是评估聚氯乙烯复合物在强制热老化过程中，由于增塑剂挥发、低分子组分分解等导致的不可逆质量损失。

1.1 标准热老化失重试验

• 原理：将制备好的试样置于规定温度、规定时间的空气循环老化箱中，进行加速热老化。老化前后，在标准环境条件下对试样进行精确称量。质量损失率直接反映了材料组分的挥发性和热分解程度。质量损失过大，意味着材料变硬、发脆，力学性能（如拉伸强度、断裂伸长率）和电气性能将急剧劣化，导致电缆使用寿命缩短。

• 方法：取绝缘或护套薄片试样若干，每组至少三个。试样在（80±2）℃的烘箱中预处理一定时间后，于干燥器中冷却至室温并称量初始质量（m1）。随后将试样悬挂于符合标准的老化箱中，在（100±2）℃或（80±2）℃（根据具体标准要求）的温度下持续老化7×24小时（168小时）。老化结束后，试样再次在干燥器中冷却并称量最终质量（m2）。失重率按下式计算：

  $$\text{失重率} = \frac{m_1 - m_2}{m_1} \times 100\%$$失重率=m1​m1​−m2​​×100%

  最终结果取所有试样的算术平均值。

1.2 热冲击试验（针对部分挠性电缆）

• 原理：此试验可视为一种更为严苛的失重与形变联合检验。试样在高温下承受一定时间的烘烤后，检查其外观是否出现肉眼可见的裂纹。其本质是评估材料在高温下增塑剂快速挥发或迁移后，材料收缩、硬化和开裂的敏感性。

• 方法：将一段电缆试样在（150±3）℃的烘箱中放置规定时间（如1小时或根据标准），取出冷却后，用正常或矫正视力观察绝缘和护套表面是否产生裂纹。

1.3 长期老化后的失重评定

• 原理：在某些评价体系中，失重试验是电缆进行长期（如60天以上）热老化寿命评定过程中的一项伴随测试。通过定期测量老化过程中试样的质量变化，绘制失重曲线，用以分析材料的老化动力学和寿命终点。

2. 检测范围：列举不同应用领域的检测需求

2.1 电梯电缆

• 应用特点：随电梯轿厢高速频繁上下运行，承受持续的弯曲、扭转、拉伸及摩擦，内部导体发热与环境温升叠加。

• 检测需求：必须进行严格的失重试验。若绝缘或护套因热老化失重过多而变硬变脆，在动态应力下极易产生裂纹，导致绝缘失效、短路，引发安全事故。检测重点在于验证其护套和绝缘材料在电梯井道可能的高温环境下具有极低的挥发性和优异的抗老化性能。

2.2 挠性连接用电缆

• 应用特点：用于移动设备、机器人、自动化生产线、手持工具等的电力与信号连接，需要持续进行小半径弯曲、卷绕、拖拽。

• 检测需求：失重试验是关键指标。材料失重率超标会直接导致电缆在反复弯曲过程中护套或绝缘开裂，暴露出内部线芯，造成机械损伤和电气危险。特别是用于户外或工业高温环境下的挠性电缆，其耐热老化失重性能要求更高。

2.3 其他固定敷设用PVC绝缘电缆

• 应用特点：用于建筑、配电柜等相对固定场合，但可能敷设在有温升的环境（如锅炉房、日照强烈处）。

• 检测需求：失重试验用于保证电缆在预期最高工作温度下，材料组分稳定，能确保设计使用寿命内的性能可靠。

3. 检测标准：引用国内外相关标准规范

国内外标准均对PVC绝缘和护套电缆的失重试验提出了明确要求。

• 国际标准：

  • IEC 60227（系列）：额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆。

  • IEC 60245（系列）：额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆（其中部分护套为PVC的型号适用）。

  • IEC 60811-501：电缆和光缆用非金属材料的试验方法 - 第501部分：机械性能试验 - 热老化试验。该部分详细规定了老化方法和质量损失（失重）试验的具体程序。

• 欧洲标准：EN 50305：电梯用电缆的特殊试验方法。此标准专门针对电梯电缆，其中包含了严格的热老化（含失重评估）和热冲击试验要求。

• 中国国家标准：

  • GB/T 5023（系列）：额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆（等效采用IEC 60227）。

  • GB/T 5013（系列）：额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆（等效采用IEC 60245）。

  • GB/T 2951.12：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（等同采用IEC 60811-501）。这是国内进行失重试验的核心方法标准。

  • JB/T 8734（系列）：额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆电线和软线，对连接用软线有相应规定。

4. 检测仪器：介绍主要检测设备及其功能

4.1 空气循环热老化试验箱

• 功能：提供试验所需的恒定高温环境。其关键性能要求包括：温度控制精确（通常需±2℃以内）、箱内空气强制循环以保证温度均匀性、换气量可调（如每小时8-20次）以排除挥发物并补充新鲜空气、无铜或铜合金部件以避免催化PVC降解。

• 组成：箱体、加热系统、强制鼓风系统、温控系统（PID调节）、计时器、超温保护装置。

4.2 分析天平

• 功能：用于精确称量老化前后试样的质量。要求精度高，通常分辨率不低于0.1 mg。

• 要求：需放置在无振动、无气流干扰的稳定台面上，并定期进行校准。

4.3 试样制备设备

• 功能：用于从电缆样品上制备符合标准尺寸的薄片试样。

• 组成：包括哑铃刀或冲片机（用于切割标准哑铃试件，若需测试老化后机械性能）、切片器或旋转切片机（用于切取厚度均匀的薄片试样，专用于失重试验）、厚度计（用于测量试样厚度，确保其符合标准范围，通常为0.6mm-1.0mm）。

4.4 干燥器

• 功能：老化前后，用于在干燥环境中冷却和存放试样，防止试样在冷却过程中从空气中吸收水分而影响称重准确性。干燥器内需放置有效的干燥剂（如硅胶）。

4.5 热冲击试验装置（如需要）

• 功能：进行热冲击试验。

• 组成：高温烘箱（温度可达150℃以上，精度±3℃）、试样架（通常为金属棒，用于卷绕试样）。

结论
失重试验作为一种有效的材料稳定性评估手段，对于额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘的电梯电缆和挠性连接用电缆的质量控制与寿命预测具有不可替代的作用。严格依据IEC、EN、GB/T等相关标准，利用精密的热老化箱和分析天平等设备进行检测，可以科学地筛选出热稳定性优良的电缆材料，从源头保障电缆产品在动态、温升等复杂工况下的长期可靠性与安全性，满足电梯、自动化设备等关键领域日益严格的应用需求。