电缆与保护套管湿热环境耐久性能评价方法及装置与流程

本发明属于电缆
技术领域：
，尤其涉及一种电缆与保护套管湿热环境耐久性能评价方法及装置。
背景技术：
：湿热老化检测适用于可能在温暖潮湿的环境中使用的产品，热带地区全年、中纬度地区一年有长短不等的季节就是这种温暖潮湿的环境。试验的目的是检验产品对温暖潮湿的环境的适应能力。塑性材料、多孔性材料或成品等而言,各种不同材料对温度与湿气有不同形态之物理反应，温度所产生效应多为塑性变形或产品过温或低温启动不良等等,多孔性材料在湿度环境下会因毛细孔效应而出现表面湿气吸附,渗入、凝结等情形，在低湿环境中会因静电荷累积效应诱发产品出现失效。常见湿度效应有：物理强度的丧失、化学性能的改变、绝缘材料性能的退化、电性短路、金属材料氧化腐蚀、塑性的丧失、加速化学反应、电子组件的退化等现象。湿热试验主要用于仪器仪表材料、电工、电子产品、家用电器、汽摩配件、化工涂料、航空航天产品及其他相关产品零部件在高低温湿热的环境下贮存、运输、使用时对温暖潮湿的环境的适应能力。湿热老化试验是一种人工模拟环境试验,使用湿热试验设备产生湿热气氛模拟产品在储存、运输和使用过程中可能遇到的湿热环境，以考核产品的耐候性。人工加速湿热老化一般采用恒温恒湿试验法和交变温湿度循环试验法。湿热老化试验除了人工模拟湿热环境外还具有加速作用，可大大缩短试验时间，且具有与现场暴露试验相似的试验结果。我国湿热老化实验方法有材料暴露于潮湿的热空气环境中，经受湿热作用后会发生性能变化，通过测定在规定环境条件下暴露前后的一些性能或外观变化，评价材料的耐湿热性能。电缆由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，将电力或信息从一处传输到另一处的导线。电缆在使用的过程中，经常要跟保护套管配合使用。电缆在使用的过程中，特别是在湿热条件下，经常会发生腐蚀，表面产生斑点，造成短路等事故，产生腐蚀的部分原因是：在一定的温湿度条件下网管中的阻燃剂助剂析出，粘附在电缆表面，水溶、水解生成酸(根)。电缆中填充有大量的氢氧化镁或氢氧化铝，氢氧化镁/铝难溶于水，但易溶于稀酸，在磷酸根等的催化下，保护套管吸附的水可将氢氧化镁/铝从电缆中溶出，反应生成白色的磷酸盐，从而腐蚀电缆。现有的电缆湿热环境测试标准EN60068-2-78，测试条件为温度90℃，湿度85％，测试时间为1000小时,但是该标准测试时间长，且主要目的是比较试验前后抗拉强度变化率和断裂伸长率的变化率，并且由于测试条件比较温和，不能模拟测试出电缆和护套管湿热环境下产生的化学反应，检验不出电缆和护套管的匹配稳定性。技术实现要素：本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种电缆与护套湿热环境耐久性能评价方法，该方法能够测试出电缆和护套管湿热环境下产生的化学反应，检验出电缆和护套管的匹配稳定性，并且便捷高效，操作员不需要专业知识或特别培训亦可操作，仪器设备价廉易得。本发明的目的之二在于提供一种评价电缆与护套湿热环境耐久性能的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电缆与护套湿热环境耐久性能评价方法，包括如下步骤：(1)截取20-30mm长的电缆，用保护套管包裹电缆，制成试样,使二者紧密接触；(2)高压容器中加入去离子水，试样放在高于水面的网格上，控制容器内温度为95-125℃，容器内压力为0.10-0.20MPa；(3)试样在高压容器中高温高压维持40-60小时后取出测试。所述容器内温度和压力是指试样所处的环境温度和压力。其中步骤(2)中的容器内温度过低，不易检测出电缆和护套管的匹配稳定性；温度过高，可导致电缆中助剂等正常成分中小分子物质的挥发，使检测结果不准确。步骤(2)中的容器内温度优选110℃-120℃，压力优选0.15MPa。其中步骤(2)中的去离子水应满足如下条件：23℃时，电阻率应不小于0.5MΩ.cm，PH值应在6.0～7.2之间。在将水装入之前，应对试验箱内部各部分进行清洗，清洗导则见GB/T2423.50-2012附录B.3。其中步骤(3)中的高温高压维持时间过短，试验效果不好，时间过长，延长了测试周期，高温高压维持时间最好为48小时。本发明优选的技术方案为：(1)截取25mm长的电缆，用保护套管包裹电缆，制成试样,使二者紧密接触；(2)高压容器中加入去离子水，试样放在高于水面的网格上，控制容器内温度为110℃-120℃，容器内压力为0.15MPa；(3)试样在高压容器中高温高压维持48小时后取出；(4)试样取出后置于60℃干燥箱中2小时；(5)然后记录电缆表面出斑、出霜、颜色变化等现象；(6)利用红外光谱仪衰减全反射附件(FTIR-ATR)测试试样中的电缆外表皮，优先选择外观有变化的位置测试电缆和护套管的匹配稳定性。本发明电缆与护套湿热环境耐久性能评价方法，能能够测试出电缆和护套管湿热环境下产生的化学反应，检验出电缆和护套管的匹配稳定性，并且便捷高效，操作员不需要专业知识或特别培训亦可操作，仪器设备价廉易得。本发明测试方法的测试装置为高压容器，该高压容器内放入水，控制温度和压力，样品放置在高压容器内高出水面的网格上，高压容器的一个具体例子为高压罐，包括加热器、内桶、加热器控温系统、安全阀、放气阀、压力表、外桶、上盖、紧固栓，能够控制高压罐的温度范围为室温-150℃，压力范围，0.10-0.20MPa，高压罐采用自动控温的加热器加热，安全阀和放气阀控制压力恒定，内置金属网格，用于放置样品。本发明高压容器的参数应满足下列要求：a)应满足评价方法步骤(2)中给出的温度和相对湿度条件，并至少保持168小时不间断；b)试验期间，应能提供受控的温湿度条件，并能根据规定的条件升温和降温；c)容器壁结构材料不应引起试验样品的明显腐蚀和降低加湿水的质量。该高压容器还可以是高压蒸汽灭菌器。附图说明图1为实施例1高压罐示意图。图2为实施例1高压罐上盖正视图。图3为实施例1高压罐上盖俯视图。附图标记：1.加热器2.内桶3.加热器控温系统4.安全阀5.放气阀6.压力表7.外桶8.上盖9.紧固栓。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。实施例1本发明测试方法的测试装置为高压罐，包括加热器1，内桶2、加热器控温系统3、安全阀4、放气阀5、压力表6、外桶7、上盖8、紧固栓9，能够控制高压罐的温度范围为室温-150℃，压力范围0.10-0.20MPa，高压罐采用自动控温的加热器加热，安全阀和放气阀控制压力恒定，内桶内置金属网格，用于放置样品。实施例2采用实施例1高压罐和本发明方法对某设备有限公司使用的电缆和护套管的匹配稳定性进行了测试，样品编号及测试结果见表1。表1电缆和护套管的匹配稳定性试验结果实施例2的测试方法如下：(1)试样准备：按编号截取25mm长电缆数根，用对应的保护套管包裹，保护套管绕电缆2圈，并用2～3根尼龙扎带扎紧；(2)高压罐中加入去离子水，试样全部放在高于水面的金属网格上，罐体组装密封，控制罐内温度120℃，蒸汽压为0.15MPa，待温度稳定时开始计时；(3)48小时后关闭加热装置，排气、打开密封盖，取出样品，置于60℃干燥箱中2小时；(4)从干燥箱中取出样品，剪开尼龙扎带，展开保护套，查看电缆皮表面情况，拍照；(5)记录电缆表面出斑、出霜、颜色变化及勒痕等现象。取试验结果为可见喷霜和斑点的样品组合进行红外光谱及元素分析，结果见表2：表2实施例2样品湿热试验后红外光谱及元素分析结果分析结果显示喷霜和斑点主要成分均为磷酸氢镁等磷酸盐类，部分样品检出酰胺类物质(加工助剂)。在一定的温湿度条件下护套管中的阻燃剂等助剂析出，粘附在电缆表面，水溶、水解生成酸(根)。电缆中填充有大量的氢氧化镁或氢氧化铝，氢氧化镁/铝难溶于水，但易溶于稀酸，在磷酸根的催化下，保护套管吸附的水可将氢氧化镁/铝从电缆中溶出，反应生成白色的磷酸盐，从而腐蚀电缆。实施例3选取12种电缆和3种护套管按实施例2的方法评价匹配稳定性试验，测试温度为115±5℃，其他条件不变，试样结果见表3：表3实施例3电缆和护套管匹配稳定性试验结果经红外检测，电缆表面白斑或者喷霜成分主要为磷酸氢镁和/或磷酸铝盐，部分样品检出酰胺类物质(加工助剂)。该项试验中性能较好的是电缆K，白斑严重的有电缆D、电缆G，变形(勒痕)严重的有电缆A、电缆B、电缆C、电缆G、电缆I、电缆J及电缆L。护套管O吸水率大、热稳定性差，护套管N材质柔软，对电缆损伤程度最低，护套管M次之。从成分分析的结果判断，该项性能表现最好的电缆K的交联程度较高。电缆成分分析见表4，表4电缆成分分析样品名称红外光谱分析结果电缆AEVA、氢氧化镁、氢氧化铝电缆BEVA、氢氧化镁电缆CEVA、氢氧化镁、氢氧化铝电缆DEVA、氢氧化镁电缆EEVA、氢氧化镁、氢氧化铝电缆FEVA、氢氧化镁、氢氧化铝电缆GEVA、氢氧化铝电缆H聚对苯二甲酸酯、氢氧化镁电缆IEVA、氢氧化铝电缆JEVA、氢氧化铝电缆KEVA、氢氧化铝电缆LEVA、氢氧化镁、氢氧化铝可见，湿热处理以后，电缆表面白斑或者喷霜成分主要来自于与护套管的反应。为了验证本发明测试方法的准确性，从电缆使用厂家提取了使用过的电缆D/护套管M样品，当时电缆已因腐蚀短路，不能继续使用，腐蚀部分有白斑产生，经红外检测，白斑的主要成分为磷酸氢镁。可见，本发明方法能够快速测试电缆/护套管的匹配稳定性。对比例1将实施例2和实施例3的样品采用EN60068-2-78标准测试，测试条件为温度90℃，湿度85％，测试时间为1000小时,样品表面均看不出变化，经红外检测试验前后电缆与护套接触位置的成分差别不大。将实施例2和实施例3的样品采用GB2423.34标准进行交变温湿度循环试验测试，样品表面也看不出变化，经红外检测试验前后电缆与护套接触位置的成分差别不大。实施例4选取6种电缆和7种护套管按实施例2的方法评价匹配稳定性试验，试样结果见表5：表5实施例4电缆和护套管匹配稳定性试验结果利用红外光谱软件对比功能，可以对比样品初始外表面与匹配试验后外表面红外光谱，仪器自动计算出匹配度，该匹配度代表样品主要化学基团的改变程度，可较灵敏、准确地反映电缆绝缘层外表面的成分及微观结构的变化情况，匹配度越高，说明电缆绝缘层的变化越小，耐腐蚀性、耐热氧老化、耐湿热性能越好。因红外光谱测试范围较小(mm级)，故在测试时，须选择外观有变化的地方检测，结果取匹配度最低值。表6实施例4电缆与保护套耐湿热性能测试红外光谱匹配度判定如按照5分制评定外观和红外光谱匹配度，评定规则列于表7中，则各电缆的得分见表8。表7电缆与保护套耐湿热性能测试外观评价与红外光谱匹配度打分规则表8电缆与保护套耐湿热性能测试外观评价与红外光谱匹配度平均分从实施例4可以看出，本发明的电缆与保护套管湿热环境耐久性能评价方法可快速地评价出电缆或保护套的耐湿热老化性能；利用试验后外观检查及红外光谱等评定微观结构变化，对电缆评级，是控制电缆长期使用性能的有效方法。虽然已经参照具体地实施方式详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的装置、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的装置、方法和步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的装置、方法和步骤。当前第1页1 2 3