技术概述
室外通信电缆与光缆的护套是抵御外界环境的外层防护屏障,常见材料包括聚乙烯、聚氯乙烯以及低烟无卤等阻燃材料,典型产品如市内通信电缆的各类外护层与光缆外护套。护套在敷设与服役中受温度作用持续老化,材料分子链断裂或交联,表现为变硬、变脆或强度下降,一旦开裂将导致进水与传输性能劣化。热老化性能是护套材料基础的耐久性指标之一。
GB/T 2951.12属于电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法系列中的热老化试验方法部分,规定了采用热空气老化箱对材料试样进行老化处理的方法。试样在规定温度下经受规定时间的热空气作用,随后测定老化前后力学性能的变化,以变化率的形式表达,作为判定材料热老化性能的依据。
需要强调,该标准是热空气老化方法,试验中不涉及氙灯、紫外荧光灯等光源辐照,也不规定任何光老化条件。护套抵抗日光中紫外作用的能力,需通过相应的人工气候老化或自然暴露试验另行评价,两类试验不能相互替代,报告中也不应将本标准描述为光老化方法,这是委托与结果解读时较为常见的概念混淆。
老化箱条件与换气率
热空气老化箱是试验的核心设备,箱内温度均匀性与换气率对结果影响很大。温度过高会显著加速降解并使老化机理偏离实际,过低则老化不充分、难以拉开材料间的差距,试验温度与时间按产品标准规定执行,不同护套材料对应不同的老化温度与时间组合。换气率关系到箱内氧气补充与挥发物排出,换气过小则氧含量不足,过大则温度波动加剧,标准对换气率的要求与测定方法均有规定,试验前应对设备状态进行确认。
试样在箱内的放置方式也有讲究,试样间应保持适当间距,不得相互接触或与箱壁接触,避免局部过热或受阻导致老化不均。温度达到设定值后开始计时,老化期间应尽量减少开启箱门,防止温度波动影响曝置条件的一致性。
老化结束后试样需在标准环境中停放规定时间再进行测试,使试样温度与状态恢复一致。老化箱应定期校验温度分布,多点温度偏差超出允许范围时,试验结果的有效性将受影响,设备核查记录宜与试验记录一并保存,便于结果追溯。
哑铃试样制备与拉伸测试
护套材料老化性能通常以拉伸强度与断裂伸长率的变化率表征,试样按标准规定的哑铃形裁制。对于成品电缆,可从护套上纵向截取试样并测量厚度,管状或过厚的护套还需按标准进行适当处理;对于材料厂家的片状样品,可直接压制或裁切成规定厚度的试片。哑铃试样尺寸、标距与裁刀规格在标准中均有明确规定,边缘缺陷与厚度不均会引入额外的数据离散。
老化前后分别测量厚度并在试样上标注标记线,在拉力试验机上以规定速度拉伸至断裂,记录拉伸强度与断裂伸长率。试样组应有足够数量以满足有效数据要求,剔除因打滑、断裂在标距外等异常数据时应有明确依据。
试验速度、夹持方式与数据处理方法按标准执行,老化前后测试条件保持一致,是保证变化率计算可靠的前提。制样与测试环节的任何偏离,都会使老化前后数据失去可比性,进而影响判定结论的准确性。
变化率判定与产品标准衔接
判定采用老化前后对比的方式,计算拉伸强度变化率与断裂伸长率变化率,部分产品标准还规定老化后中间值与老化前中间值的比值要求。具体限值不在本方法标准中规定,而是由各产品标准,如通信电缆、光缆相应产品规范,根据材料类型与用途分别给出,委托时应明确所依据的产品标准及其判定要求。
结果表达上,报告应给出老化条件、老化前后各试样实测值与计算得到的变化率,判定结论依据约定标准给出。若变化率超出要求,常见表现有老化后伸长率大幅下降、材料发脆,或强度与伸长率同时劣化;也有材料因增塑剂挥发而硬化,出现伸长率下降但强度上升的情况,应结合材料体系具体分析。
判定还要注意试验条件与产品标准规定条件的一致性,温度或时间的偏离会使数据失去判定效力,复检时应严格按标准条件重新试验。对判定临界的结果,宜增加平行试样复核,并结合材料工艺记录综合评估后再下结论。
炭黑与敷设环境差异
护套配方对热老化表现影响显著。黑色护套中炭黑既承担紫外屏蔽功能,其含量与分散度也影响材料的热稳定表现,分散不良的炭黑团聚会成为薄弱点,使老化后性能数据离散增大。聚乙烯护套的抗氧剂体系与炭黑质量共同决定其耐久性;聚氯乙烯护套则对增塑剂迁移更敏感,高温下增塑剂挥发导致伸长率明显下降,是此类材料老化的典型特征。
不同敷设方式对护套的要求侧重不同。架空敷设直接承受日光辐照,热老化之外光氧老化突出,炭黑护套与耐候配方更为必要;管道敷设环境温度相对温和,但存在牵引磨损与管内积水;直埋敷设关注土壤应力与防潮;水下敷设则对长期浸水后的性能有更高要求。
热老化试验反映材料基础的耐热耐久水平,是各类敷设环境下的通用评价基础;户外应用还应以光老化、浸水等试验补充,形成与敷设方式匹配的评价组合。单一热老化结果不宜直接外推至全部使用环境,这一点在选型与验收文件中应予明确。
应用场景
通信电缆与光缆制造企业将热老化试验纳入常规出厂检验与型式试验体系,原材料更换、挤出工艺调整后均需验证护套热老化性能。进料环节对护套料粒料抽测,可提前拦截热稳定性能不达标的批次,避免成品报废损失。新产品鉴定与产品标准符合性验证中,该项数据是必备项目之一。
工程与运营侧,通信线路设计选型时可要求供应商提供符合相应产品标准的试验数据;线路改造与抢修采购的批次,宜安排验证后再使用。运营维护中,当某区段电缆出现批量护套开裂时,对同批次样品进行老化与拉伸测试,有助于判断是材料热老化性能先天不足,还是环境温度异常、外力损伤等其他原因所致。
此外,敷设环境特殊的项目,如高温管廊、直晒架空段,可在常规要求基础上提出更严酷的老化条件,这类加严要求应在采购文件中事先明确,并与实验室就试验条件与判定依据达成一致,避免验收阶段出现争议。
常见问题
问:这项试验一般需要多长时间?
答:周期主要由老化时间决定。常见护套材料的热老化处理从数天到十余天不等,具体温度与时间按所依据的产品标准规定执行;加上制样、试样调节、拉伸测试与数据处理,整体通常在两周左右可以完成。若同时验证多种护套材料或多个老化条件,周期会相应延长;加急需求可与实验室协商,但试验条件不得因赶周期而偏离标准规定。
问:检测费用大概需要多少?
答:该项费用受多方面因素影响,主要取决于委托的检测项目数量、所采用的试验方法与判定条件、样品的数量与规格尺寸、试验工况设置的复杂程度,以及委托方对报告出具周期的缓急要求等。单项常规性能测试与多项目组合验证之间的费用差异较为明显,若需加急出具报告,通常也会对最终费用产生一定影响。建议在正式委托前先梳理并明确检测需求与项目清单,直接与承接检测任务的实验室沟通,由技术人员依据实际样品情况与试验方案给出针对性的报价参考。
问:样品应如何准备?
答:成品送检时,应提供长度足够的电缆或光缆样品,保证能从护套上裁出规定数量的哑铃试样,并附型号规格、护套材料说明与执行的产品标准。材料厂家送检时可直接提供压制试片。样品应完好无损,避免局部压扁、割伤等影响取样的损伤,成盘样品注意防止运输变形。若依据特定产品标准,应一并告知判定要求与老化条件,便于试验安排与结果判定。
问:结果与实际使用性能有何关联?
答:热老化变化率反映护套材料在热空气作用下的基础耐久水平,与电缆在较高环境温度或导体发热影响下的长期表现存在关联,可作为材料选型与批次质量比较的依据。但实际护套还承受光氧老化、水解、应力与环境介质作用,热老化合格并不等于户外长期寿命无忧,架空直晒场合尤其需要光老化数据补充。综合多类试验结果,才能对护套耐久性作出较全面的判断。
问:老化后性能大幅下降通常是什么原因?
答:常见原因包括护套料抗氧剂或热稳定剂用量不足、分散不均;聚氯乙烯配方增塑剂体系耐热迁移性差,高温下大量挥发;挤出工艺温度过高导致材料预交联或降解;炭黑等填料分散不良形成薄弱点,使老化后数据离散增大。也可能是老化温度或时间设置偏离标准、试样制备缺陷等试验环节问题。归因时应核对配方与工艺记录,并确认试验条件无误后再下结论。
问:报告通常包含哪些内容?
答:报告一般包括样品型号、护套材料与取样部位说明;哑铃试样尺寸与数量;老化箱条件,如老化温度、时间与换气率;老化前后拉伸强度与断裂伸长率的实测值及中间值;计算得到的变化率;依据的产品标准与判定结论;试验方法标准号与试验日期。若含失效试样剔除情况或异常数据说明,也应如实记录,判定条件与委托约定的对应关系需在报告中体现。
问:哪些情况下建议做这项试验?
答:一是护套料配方调整或树脂、助剂供应商更换后的验证;二是成品电缆型式试验或产品标准符合性验证,热老化数据为必备项目;三是进料验收中对护套料批次抽测;四是线路运营中批量护套开裂等异常的归因分析;五是高温管廊、直晒架空等严酷环境项目选型时,需要在常规条件基础上加严验证。上述情形均可通过本项试验获得基础数据。


