电线电缆在生产、敷设、使用过程中,会受到拉伸、弯曲、挤压等各类外力作用,如果电缆的力学性能不达标,很容易在敷设过程中出现导体拉断、绝缘层开裂等问题,影响电缆的正常使用,甚至带来用电安全隐患。拉力测试是电线电缆力学性能检测的基础项目,用于测试电缆导体的抗拉强度、绝缘层和护套的拉伸强度、断裂伸长率等参数,电线电缆拉力试验机就是开展这类测试的专用设备,是电线电缆生产企业质检部门、电力系统检测机构、第三方质检单位的常用检测设备。
电线电缆拉力试验机属于电子万能试验机的细分品类,针对电线电缆的测试特点做了专门的优化,设备通常采用伺服电机驱动,能够实现精确的位移控制和力值控制,力值测量范围能够覆盖从小型信号线到大型电力电缆的测试需求,配合不同类型的夹具,能够完成不同类型的拉力测试。对于电线电缆的拉力测试来说,夹具的选择是影响测试结果准确性的关键因素,如果夹具选择不合适,测试过程中样品容易在夹具夹持位置断裂,或者出现打滑,导致测试结果不准确,无法反映材料的真实性能。
针对不同的测试项目和样品类型,需要选择适配的夹具。测试电缆导体的抗拉强度时,导体通常是多股铜丝或者铝丝绞合而成,表面比较光滑,直接用普通平口夹具夹持很容易打滑,而且夹持力过大容易把夹头位置的导体夹断,导致样品在夹具位置断裂,测试结果无效。这类测试通常需要使用楔形夹具,楔形夹具在拉力增大时会自动增加夹持力,既能够夹紧导体不打滑,又不会因为夹持力过大夹伤导体。对于比较细的导体,可以在夹具和导体之间垫一层细砂纸,增加摩擦力,避免打滑。
测试绝缘层和护套材料的拉伸强度、断裂伸长率时,需要先将绝缘层或者护套材料制备成标准的哑铃状试样,这时候需要使用橡胶专用的平口夹具,夹具的夹持面通常会做滚花处理增加摩擦力,而且夹具的夹持面平整,保证试样受力均匀,不会出现应力集中。夹持哑铃试样时,要注意将试样的中心位置和拉力方向保持在同一条直线上,试样不要歪斜,否则拉伸过程中试样受力不均匀,会导致断裂位置不在试样的平行段,测试结果无效。夹持时的力度要适中,既要保证试样不打滑,也不要夹持力过大把试样夹伤,导致试样在夹持位置断裂。
除了常规的拉伸测试,部分电线电缆还需要测试绝缘层和导体之间的附着力,也就是剥离力测试,这时候需要配合专用的剥离夹具,将导体一端固定,绝缘层固定在另一端,以规定的速度拉伸,测试两者之间的剥离力。还有的特殊电缆需要做拉伸后的回弹测试、缠绕后的拉伸测试等,也需要对应的专用夹具配合完成。
测试前的样品制备是保证测试结果准确的基础,不同类型的测试对样品制备有明确的标准要求。测试绝缘和护套材料的拉伸性能时,哑铃试样的制备需要按照标准规定的尺寸,冲切哑铃片的时候要保证试样边缘平整,没有缺口、毛刺,如果边缘有缺口,拉伸时缺口位置会出现应力集中,导致试样提前断裂,测试结果偏低。样品制备完成后,需要在标准规定的环境下放置一定时间,调节样品的状态,因为温度和湿度会影响橡塑材料的力学性能,通常是在23℃的室温环境下调节至少16小时,再开展测试。
测试过程中,首先要根据样品的大致力值选择合适量程的传感器,保证测试的力值在传感器量程的20%到80%之间,这个区间的测量精度最高。设置好测试的拉伸速度,不同材料的测试速度有明确的标准规定,比如聚氯乙烯绝缘材料的拉伸速度通常是250mm/min,聚乙烯材料的测试速度也有对应的要求,测试速度不对也会导致测试结果出现偏差。夹持样品时,先将样品的一端夹在上夹具上,将力值清零,再夹紧下端夹具,避免样品在夹持时就受到预拉力,影响测试结果。
测试启动后,设备会以设定的速度拉伸样品,直到样品断裂,系统会自动记录测试过程中的最大力值,也就是拉伸强度对应的力,同时记录样品断裂时的标距伸长量,计算断裂伸长率。如果样品在夹具夹持位置断裂,或者出现打滑,这次测试结果无效,需要重新制备样品测试,不能作为有效数据。测试完成后,取下断裂的样品,整理测试数据,每一组样品通常需要测试多个平行样,取平均值作为最终测试结果。
日常使用过程中,需要注意夹具的维护,夹具的滑动部位定期添加少量润滑油,保证夹具开合顺畅;夹具的夹持面如果磨损、出现打滑的情况,及时更换夹持块;定期校准设备的力值和位移,保证测试数据准确;设备长期不用时,在导轨等金属部件表面涂抹防锈油,避免生锈。