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201806/02

低烟无卤阻燃护套料抗开裂性能试验初探

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  光纤与电缆及其应用技术OpticalFiber& ElectricCable 2014年 No.42014 测试技术低烟无卤阻燃护套料抗开裂性能试验初探 (焦作铁路电缆有限责任公司,河南 焦作 454001) 针对目前低烟无卤阻燃电缆外护套的开裂问题,研究了护套材料及外护套抗开裂性能的试验方法 对护套材料及其挤制护套常温机械性能试验和耐温性能试验结果进行分析探讨 ,为更好地筛选出抗开裂性能较好 的低烟无卤阻燃护套料 ,提出了更 为苛刻的 ,以期对低烟无卤阻燃电缆护套料,抗开裂性能的研究及 筛选工作有所参考和借鉴。 图分类号]TM247 章编号]1006-1908(2014)04-0004-05 TheAnti-CrackingPerformanceTestof LSZHFlameRetardantSheath Material CHEN Yuhong ti-crackingperformanceofthesheathcompoundsandoutersheatharestudied,andthetestingresultsofthe mech anicalpropertiesandtemperatureresistanceofthesheathcompoundsandextrudedsheathareanalyzedand discuss ed.Inaddition,a morecriticaltest methodforscreeningouta LSZH sheathcompound betteranti-crackingp erformanceisproposedsoastoprovidesomereferencefortheresearchandscreeningofLSZH flame retardantca blesheathcompounds’anti-crackingperformance. Keywords 轨建设工程的广泛应用,使用现场发现 的电缆外护套的开裂问题已引起 了线缆行业的高度重视。已开裂的电缆所采用的低 烟无卤阻燃护套料的检验报告显示 各项性能指标均在标准的允许范围 ,但从已开裂电缆护套上直 接切取试片进行试验 套开裂的原因既与护套材料特性有关,又与挤制护套生产工艺有关 作为线缆制造厂家应力争通过相关试验方法在事先对低烟无卤阻燃护套料的抗开裂性能进行控制和筛 稿日期]2013-08-23 者简介]陈育红(1966—),女 者地址]河南省焦作市站前路 作铁路电缆有限责任公司技术中心 ,454001 选,保证电缆护套不开裂 套材料性能不劣化的前提下,寻求一种恰当的抗开 裂试验方法,能筛 选出抗开裂性能较好的低烟无卤 阻燃护套料,从而 指导线缆制造厂对材料和挤制工 艺提前管控,防止低烟无卤阻燃电缆护套开裂 试验方案的设计我们从已开裂的低烟无卤阻燃电缆样本试验入 手,通过对比、分 析、探讨了不同的厂家和配方的低 烟无卤阻燃护套料及其挤制电缆外护套的常温机械 性能试验和耐高低温性能试验的结果 本试验方案进行了设计。 常温机械性能试验研究材料的抗开裂性能首先要研究材料的常温 机械性能,一般选 择材料的拉伸强度和断裂伸长率 作为衡量塑料机械物理性能的指标。这也是本试验 2007《热塑性无 卤低烟阻燃电缆料》和 YD 2001《光缆护套用低烟无卤阻燃材料特性》 进行对比分析 [1-2] 。此外,容易出现开裂问题 的电缆 多为钢带铠装电缆,考虑到铠装钢 带边缘对外护套 的割裂应力也是造成护套开裂的一个原因 线电缆机械物理性能试验方法》中的抗 撕试验,增加了抗撕试验 高低温循环抗开裂性能试验铁路 -40~60 国低烟无卤阻燃电缆的使用环境往往超出以上规定范围,特别是城轨 高架铁路上的电缆一般敷设于金 属制作的电缆槽内,南方城市夏季高温天气时 ,黑色 的电缆外护套表面温度可能达到80~90 ,在狭小空间敷设的电缆,其 弯曲半 200mm 开裂性能都是严峻的考验,也是我们设计试 验条件时需要考 虑的范围。因此,本试验不仅要求 对电缆进行规定 工作温度下的高低温循环试验 验证电缆外护套的抗开裂情况,还 要进行超越规定工作温度范围的 高低温抗开裂性能试验 ,以期能够筛选出抗开裂性 能较好的低烟无卤阻燃护套料。 能良好的条件下获得的。试验中还将护套机械性能试 验结果与护套材料机械性能指标进行对比。 为了研 究试验数据的客观性更强 、试验结果比对分 析更为方 便,试验 中选择了不同厂家和配方的低烟 无卤阻燃 护套料及其挤制外护套的电缆样品 护套材料的样品编号和对应的挤制护套电缆的样品 编号完全相同。 已开裂电缆样品机械性能试验结果分析我们在已开裂电缆样品机械性能试验中,将 开裂的低烟无卤阻燃电缆样品的外护套扒皮后取头部样品1# ,开裂处附近样 别制片进行机械性能试验和抗开裂试验。表1示出了低烟无卤阻燃聚烯烃材料和 开裂的低烟无卤阻燃电缆样品外护套的机械性能试验结果。 可知,已开裂电 缆样品外护套的抗拉强 11.7~13.5MPa ,断裂伸 190%~210% 低烟无卤阻燃聚烯烃材料和护套的相关标准规定有热变形( 90 材料的抗开裂性能都未提出试验方法 2005《阻燃和 耐火电线电缆通则》对 /MPa断裂伸长 试验(80 低温冲击试验((-152 IEC60811-3-1 缆和光缆绝缘和护套材料通用 YD/T1113—200110.0 150 2中的抗开裂试验条件为130 已开裂的低烟无卤阻燃电缆样品外护套的机 械性能试验结果 方法 第31部分:聚氯 乙烯混合料专用试验方法 温压力试验抗开裂试验》进行试验比对分析 [4-5] 31~32mm 0.5mm 35mm (宽),电缆外护套 厚度 2.0~2.2 mm 为使样品电缆具有客观代表性,试验中完好电缆样品(未开裂的 电缆样品)选用了 更易发生开裂的较大外径的钢带 35~36mm 0.5mm 35mm 13.3210 开裂 11.7190 开裂 13.5200 开裂 完好电缆样品试验结果分析3.2.1 在规定工作温度范围内的高低温循环试验 在规定工作温度范围内的高低温循环试验要求 ),采用适宜的生产工艺挤制三根符合上述完好 电缆 样品要求的样品电缆 ,将其缠绕在一个筒体直 径为85 mm的电缆盘上 5~10 GB/T19666—20059.0 125 不开裂 JB/T10707—2007 9.0 150 光纤与电缆及其应用技术2014年 机械性能试验,试验数据作 为初始状态数据,其 低温试验箱的温度先从 温降至-40 ,稳定12h,再降至室温,作为一个温 度循环。 裂,同时每种电缆取出 1根备用样品静置 16h 抗张强度、断裂伸长率和抗撕裂试验 次高低温循环,共有 低温循环后,均未开裂,同时护套的抗拉强度 伸长率和抗撕裂性能均未下降,并且略有优化。 完好电缆样品外护套在规定工作温度范围内的高低温循环试验结果样品号 试验项目 高低温试验 样品电缆护套 样品电缆 护套材料 护套外观抗张强 度/MPa 抗开裂护套外观 抗张强 度/MPa 抗开裂护套外观 抗张强 度/MPa 10.2200 10.5 9.8130 7.9 10.2140 9.2 4中的试验数据均为中值。3.2.2 超越规定工作温度范围的高低温循环试验 超越规定工作温度范围的高低温循环试验要求 号分别为C1 低烟无卤阻燃护套料(代号分别为 C1 生产工艺挤制电缆样品进行试验。为了验证铠装钢带外绕包无纺布包带 对护套抗开裂性能的作用 ,我们对 每种材料做了两 种电缆结构,一种绕无纺布包带 ,另外一种不绕无纺 圈用于高低温性能试验,一种符合 弯曲半径要求的盘圈直径大约为 径400mm 从室温降至-40后稳定12h ,再升至室温后 稳定 12h ,此为一个温度循环。经过5 次温度循环后,再 做-40 持续恒温72h 是否开裂。e〃高温 抗开裂试验。 根据电缆使用环境 温度的实际情况以及规定工作温度范围内高低温循 环试验结果,本次耐高温性能试验温度选定三个 90和100 试验,如试验过程出现 开裂后,则不再 进行较高温度的试验。 其试验方法 为将盘圈电缆样品放入老化试验箱 温至规定温度(温度波动范围2 箱门自然降温,18h 后观察护套开裂情况并按照电 缆编号记录是否开裂 ,此为一次循环,连续进行五次 循环 圈电缆样品放置露天的自然环境下继续长期观察电缆外护套是否开裂。 试验结果列于表 能试验和130抗开裂试验全部合格也不能表征电 缆盘圈后高温抗开裂性能试 b〃铠装钢带外层绕包无纺布包带不一定能 够改善护套的抗开裂性能 ,因为试验结果中存在有 包带的电缆样品发生开裂 ,而无包带的电缆样品反 而未发生开裂的现象 缆护套130 抗开裂试 验合格不能表征电缆盘圈后高温抗开裂性能试验合 初始 状态 高低温循环试验后) 不开裂不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 9.99.7 10.3 10.3 11.3 9.5 10.3 156 180 212 188 204 172 188 14.8 14.3 14.2 13.9 14.5 13.8 14.2 合格 不开裂不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 11.311.4 11.5 10.9 11.1 11.0 11.1 186 180 182 196 184 160 182 5.1 7.5 5.7 9.2 8.7 5.8 7.5 合格 不开裂不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 10.310.2 10.3 10.6 10.4 9.7 10.3 170 154 164 166 160 150 160 11.1 11.5 9.2 10.6 11.2 11.1 11.1 合格 d〃合适的工艺方法挤制的护套的抗拉强度和断 裂伸长率比护套材料指标更好 于试验选用的电缆盘圈后耐高温抗开裂试验条件更为苛刻 可以作为对低烟无卤阻燃护套料具有更优的抗开裂性能的筛选试验方法。 完好电缆样品外护套在超越规定工作温度范围的高低温循环试验结果试验项目 样品号 C1 样品号 C2 样品号 C3 样品号 C6 样品号 C7 样品号 C8 样品电缆护套材料: 1.4011.440 1.339 1.440 1.467 1.290 度/MPa11.0 11.6 10.5 11.1 10.5 13.4 断裂伸长 160160 160 200 180 352 16.28.4 13.6 32.0 18.3 抗开裂合格 合格 合格 合格 合格 样品电缆:高温抗开裂试 合格开裂 合格 合格 合格 合格 80 合格合格 合格 合格 合格 合格 合格合格 合格 合格 90 合格开裂 合格 合格 合格 开裂 合格合格 合格 开裂 100 合格合格 合格 -40~常温 缆样品均无开裂。露天自然环境 2010年10月 27日 放置至今 ,试验仍在进行中 ,目前样品电缆护套均无开裂 度/MPa9.2 9.5 8.8 9.7 12.2 12.2 断裂伸长 380270 200 450 220 350 13.310.4 6.2 14.9 8.3 13.5 高温压力(90 ,6h)/%10.8 11.7 10.9 9.9 8.3 88.4 抗开裂 合格 合格 合格 合格 合格 合格 )样品电缆盘圈直径400 mm 400mm 两种。 低烟无卤阻燃材料抗开裂性能筛选和管控试验结果分析 基于上述试验成果 们对相关试验进行了调整后,展开低烟无 卤阻燃材料更优抗开裂性能筛选 40低温冲击脆化 替电缆低温抗开裂性能试验,以对 电缆的低温性能进行检验验证。 2005规定电缆护套的高温抗开裂 卷绕试验是在130 的条件下进行的,但 据我们调 查,有关材料厂家 为了能够更好地模拟实际天气情 况,在高温抗开裂 卷绕试验过程中对温度的设定做 无卤阻燃材料在90~ 100 温度区间 度的停留时间,材料的开裂情况也会有所变化。 合考虑上述高温抗开裂试验结果,在试验中将高温 抗开裂性能试验温度选定为90 ,并且直接采用无包带的盘圈直径400 mm 的样品电缆进行试验。 试验结果列于表5 ,可知,通 过对相关样品电缆 护套材料的检验和样品电缆的试验验证 后进行90 抗开裂的试验条件比GB 2005标准中规 定的护套130 抗开裂试验更为苛刻、可靠,作为筛 选具有更优抗开裂性能的低烟无卤阻燃材料试验方 法是可行的。我们在试验中依次对不同牌号的低烟 无卤阻燃材料进行了检验试验 ,并将试验结果通知 了材料生产厂家,材料生产厂家根据试验结果对不 合格的材料进行不断的改进 ,直至重新试验检验合 格。目前,通过筛 选试验的材料已批量应用于本公 司的低烟无卤阻燃电缆产品中 ,至今未发生开裂。 结束语本文建议的低烟无卤阻燃电缆护套料抗开裂性 能检验试验可结合所挤制的电缆进行研究和筛选。 本文建议的低烟无卤阻燃材料挤制电缆护套的机械 性能试验可用于确认加工工艺是否适宜 光纤与电缆及其应用技术2014年 低烟无卤阻燃材料更优抗开裂性能筛选和管控的试验结果试验项目 样品号 C5-1 样品号 C5-2 样品号 C9-1 样品号 C9-2 样品号 C9-3 样品电缆护套材料: 1.2901.339 1.401 1.450 1.408 度/MPa10.4 11.6 10.6 10.3 10.3 断裂伸长 300286 256 210 210 样品电缆(盘 圈直径 400 mm 90高温抗开裂(无 包带型) 开裂 合格 开裂 合格 合格 露天自然环境 分别从 2011年 ~10月放置至今 ,试验仍在进行中 ,目前样品电缆护套均无开裂 度/MPa10.9 13.0 12.3 13.5 10.2 断裂伸长 340220 160 220 300 抗撕裂试 验/(Nmm 14.317.9 7.9 8.0 8.1 -40 低温冲击脆化温度 1/300/30 高温压力(90 ,6h)/%89.4 10 21.4 6.5 20.6 抗开裂 合格 合格 合格合格 指标,护套的高温压力 变形率 20% 130抗开裂试验应仅作为衡量电缆护套抗开裂性 能的参考。本文建议的试验样品电缆的盘圈直径 400 mm 2005标准规定的护套130 抗开裂试验条 件更为苛刻、可靠,作 为一种试验条件 以更好地筛选出抗开裂性能较好的低烟无卤阻燃护套料。 国家发展和改革委员会.JB/T10707—2007热塑性无 卤低烟阻燃电缆料[S].北京:机械工业出版社,2007. 信息产业部.YD/T1113—2001光缆护套用低烟无 卤阻燃材料特性[S].北京:人民邮电出版社,2001. 机械物理性能试验方法抗撕试验[S].1994. 国家质量监督检验检疫总局 .GB/T2951.31—2008 电缆和光缆绝缘 :中国标准出版社,2009. (上接第3页) 数是相对缓慢的,不足以在短期内 严重威胁光缆的 运行。但值得注意的是,低烟无卤阻燃材料的断裂 伸长率性能在 6左右,假设这时光缆突然受到外界施加的拉力 外护套就难以有合格的表现。因此,光缆的设计、生产单位除了 在诸如阻燃这类特殊功能上下功夫外 应该兼顾外护套力学性能的长期可靠性 ,以保证光缆的寿命 虽然HDPE 具有很好的耐寒性,是 运行于低温 环境中的光缆常用的外护套材料 ,但其耐环境应力 开裂性能表现不佳,对架空光缆的 长期运行是一个 较大的隐患。 LLDPE 的拉伸强度和断裂伸长 能虽不如HDPE MDPE接近,耐 寒性也较好, 且耐环境应力开裂性能长期可靠。敷设于高寒地区 的架空光缆,在拉 伸强度和断裂伸长率满足光缆线 路设计条件 HDPE的耐环境应力开裂性能。 国家质量技术监督局.GB/T3681—2000 业出版社,2005:164-165. 大学出版社,1988:315-317. .HDPE耐环境应力开裂性能的改进 分子通报,1992(4):218-227.


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