一种快速验证辐照后的交联聚氯乙烯的交联度的方法与流程

本发明涉及一种快速验证辐照后的交联聚氯乙烯的交联度的方法，适用于汽车用交联聚氯乙烯绝缘低压电线的交联度的验证。

背景技术：

聚氯乙烯绝缘材料具有热塑性和大分子的柔软性，分子含有氯原子使树脂具有难燃性和较好的耐化学腐蚀性耐水环境的特性，由极性键使得分子间的作用力大，因而具有较好的机械强度，用于低压电缆经济实惠且性能稳定。但是因为分子结构存有极性基团使得材料电绝缘性能不够理想，热稳定性不够好，耐热性较低。聚氯乙烯绝缘材料80-85℃开始软化，130℃开始分解，用在电缆绝缘材料，当电缆通过电流温度可能上升，经受电和热的作用下会使材料软化变形、降解，从而引起电气绝缘性能降低。辐照后的交联聚氯乙烯具有优良的电气绝缘性能，它的耐热和机械性能大幅度的提高，克服聚氯乙烯绝缘的缺点。辐照剂量小，材料交联度小，无法达到耐热和机械性能的提高，无法满足产品要求，辐照剂量过高，交联度过大，又会引起材料机械强度和硬度都将增加，因此，在电线电缆生产中对交联绝缘材料的交联度的检测控制是非常重要的一个步骤。测试辐照后的交联聚氯乙烯热延伸率可以快速的验证其交联度，交联度的大小直接影响电线性能，比如电线的光、热和机械性能。现有技术中产品中大多数材料均会有相应的热延伸率测试的处理条件和工艺参数，对于辐照后的交联聚氯乙烯绝缘材料依据现有热延伸率处理条件和工艺参数执行发现无法对样品进行正常测试，因此无法验证辐照后的交联聚氯乙烯绝缘材料的交联度。目前没有涉及对辐照后的聚氯乙烯绝缘电缆的产品进行热延伸率测试的现有技术。

现有技术中测试交联度的方法，主要就是通过化学萃取方式计算凝胶率，试验步骤为：干燥——称重——萃取——干燥——称重，通过萃取前后试样的重量，计算凝胶含量，确定交联度，此方法完成一次试验至少需要72小时，能够准确的判断交联度，但周期较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过测试辐照后的交联聚乙烯热延伸率来提供一种快速验证辐照后的交联聚氯乙烯的交联度的方法，从而获取或达到控制交联聚氯乙烯的辐照剂量，有效地控制产品的最佳性能的目的。本发明的热延伸率测试，从试样制备到结束测试仅需要1h，试验周期短，可以定性地初步快速验证辐照剂量(或交联度)的大小。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种快速验证辐照后的交联聚氯乙烯的交联度的方法，该方法包括一下步骤：

(1)试样制备

从被测样品上制备每根至少100mm长的三根试样，在室温(23±5)℃下存放至少3h，其中绝缘内径小于5mm时为管状试样，绝缘内径等于或大于5mm时沿轴向切开形成为哑铃型试样，其中哑铃型试样应在除去所有凸脊和/或半导电层后从绝缘和护套内层制取，在哑铃型试样中部标上两条标志线；

i.对于哑铃型试样

a.绝缘试样应磨平或削平，使两条标记线间的试样具有平行的表面；

b.测量每一试样的宽度，取最小值作为该组哑铃型试样的宽度；

c.在每个试样厚度取拉伸区域内测量其厚度，取最小值作为该组哑铃型试样的厚度；

ii.对于管状试样

a.将每个试样的导体取出,精确测量试样剩余绝缘长度100mm，在试样中间标记两条标志线，并在试样两端各插入一小段小于试样内径的金属针管，管状试样的上下两端会被夹住并放入烘箱内，在加热的条件下两端会软化管状样品内部会形成封闭空间，在加热的条件下会膨胀，因此两端各插入小于内径的金属针管，排放内部气体；

b.测量试样的外径；

c.测量试样的厚度，即外径与内径之差的一半；

(2)热延伸率计算

a.将制备好的试样悬挂在试验温度为200±3℃老化试验箱中，试样承受机械应力：4n/cm²，即4mpa，试样下头夹重物，负载重量计算公式如下：

哑铃型试样的截面积a(mm²)＝试件宽度mm×厚度mm

管状试样的截面积a(mm²)＝π(d-δ)δ

负载重量m(g)＝a/100×0.102×1000×4＝4.08a

式中：d：外径mmδ：厚度；

b.当烘箱温度回升到试验温度，试件放置烘箱中再保持10min后，测量标记线间距离长度并计算热延伸率，计算公式如下：

热延伸率％＝(加热后试样标记长度—加热前试样标记长度)/加热前试样标记长度×100％；

c.从试件上解除拉力将试样留在老化箱内的试验温度下恢复5min后从烘箱中取出试件，慢慢冷却至室温，再次测量标记线间的距离。考核热延伸率的结果需要两个参数，一：高温箱内载荷下的伸长率；二：高温下去除负载冷却后的伸长率。因此再次测量标记线间的距离就是第二点参数需要计算的值。

当获得了试件的热延伸率的结果之后，可以定性地初步判断交联度的大小。

其中哑铃型试样和管状试样的两条标志线的距离为20mm。

其中哑铃型试样的宽度确定方式为在三个试样上分别取三处测量其宽度，计算平均值，三个试样宽度平均值数据中的最小平均值为该组哑铃试件的宽度。

其中哑铃型试样的厚度确定方式为在三个试样的拉伸区域内分别取三处测量其厚度，计算平均值，三个试样厚度平均值数据中的最小平均值为该组哑铃试件的厚度。

其中每个哑铃型试样的厚度应不小于0.6mm，不大于2.0mm，优选不小于0.8mm，不大于2.0mm。

其中所述管状试样的外径确定方式为在被测样品上截取试样并标记测量位置，放置在检测设备上，在测量位置标记处相互垂直两个方向测量其外径，计算两个数据的平均值作为管状试样的外径。

其中所述管状试样的厚度确定方式为在被测样品上截取试样，用刀片将绝缘切成薄片，放置在检测设备上，在圆周方向上取厚度最小的六个点，测量这两个点处的厚度值，计算这六个数据的平均值作为管状试样的厚度。

其中在所述热延伸率计算步骤的b步骤中，烘箱温度回升到试验温度的时间控制在5min以内。烘箱达到温度后放置样品时需要快速，从而不引起烘箱内温度大幅度降低，若温度降低过多，将无法满足样品在200±3℃的条件下测试的条件，举例：温度降低到150℃，此时试样放进烘箱内10min才恢复至200℃，样品可能已有一定伸长现象，但是并不是要求的200摄氏度条件下，若在开始计时10min，相当于样品在150-200℃和200℃两个条件下的伸长，此时测得的结果不准确，因此规定温度回升时间，达到每一次时间不同人操作时可确保测量结果的准确。

其中在所述热延伸率计算步骤的b步骤中，测量标记线间的距离长度应在打开烘箱门30s内测量完毕。测量方法中测量高温下伸长率需要开箱门，箱内外温差大，会使温度急速减低，导致被测样品因受温度变化，试样出现冷缩现象，导致测量数据不准确，因此需要确保测量速度越快越好。如果设备可满足不开箱门，从观察窗外部直接测量数据可忽视30s内测量的要求。

本发明所取得的有益效果是：可快速验证聚氯乙烯辐照剂量的大小，从而可初步得到交联聚氯乙烯绝缘材料的交联度，确保产品使用要求。

附图说明

为了更容易理解本发明的技术方案和有益的技术效果，通过参照在附图中示出的本发明的具体实施方式来对本发明进行详细的描述。这些附图仅绘出了本发明的典型实施方式，并不构成对本发明的保护范围的限制，其中：

图1是哑铃型试样的外形图。

图2和图3是管状试样厚度测量示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种快速验证辐照后的交联聚氯乙烯的交联度的方法，该方法包括一下步骤：

(1)试样制备

从被测样品上制备每根至少100mm长的三根试样，在室温(23±5)℃下存放至少3h，其中绝缘内径小于5mm时为管状试样，绝缘内径等于或大于5mm时沿轴向切开形成为哑铃型试样，其中哑铃型试样应在除去所有凸脊和/或半导电层后从绝缘和护套内层制取，在哑铃型试样中部标上两条标志线，两条标志线的距离为20mm；

i.对于哑铃型试样(其外形如图1中所示)

a.绝缘试样应磨平或削平，使两条标记线间的试样具有平行的表面；

b.测量每一试样的宽度，取最小值作为该组哑铃型试样的宽度，如果对哑铃型试样的宽度均匀性存疑，可以在三个试样上分别取三处测量其宽度，计算平均值，三个试样宽度平均值数据中的最小平均值为该组哑铃试件的宽度；

c.在每个试样厚度取拉伸区域内测量其厚度，取最小值作为该组哑铃型试样的厚度，如果对哑铃型试样的厚度均匀性存疑，可以在三个试样的拉伸区域内分别取三处测量其厚度，计算平均值，三个试样厚度平均值数据中的最小平均值为该组哑铃试件的厚度，其中每个哑铃型试样的厚度应不小于0.6mm，不大于2.0mm，优选不小于0.8mm，不大于2.0mm；

ii.对于管状试样

a.将每个试样的导体取出,精确测量试样剩余绝缘长度100mm，在试样中间标记两条标志线，两条标志线的距离为20mm，并在试样两端各插入一小段小于试样外径的金属针管；

b.测量试样的外径，所述管状试样的外径确定方式为在被测样品上截取试样并标记测量位置，放置在检测设备上，在测量位置标记处相互垂直两个方向测量其外径，计算两个数据的平均值作为管状试样的外径；

c.测量试样的厚度，即外径与内径之差的一半，其中所述管状试样的厚度确定方式为在被测样品上截取试样，用刀片将绝缘切成薄片，放置在检测设备上，在圆周方向上取厚度最小的六个点，测量这两个点处的厚度值，计算这六个数据的平均值作为管状试样的厚度，如图2和3所示；

(2)热延伸率计算

a.将制备好的试样悬挂在试验温度为200±3℃老化试验箱中，试样承受机械应力：4n/cm²，即4mpa，试样下头夹重物，负载重量计算公式如下：

哑铃型试样的截面积a(mm²)＝试件宽度mm×厚度mm

管状试样的截面积a(mm²)＝π(d-δ)δ

负载重量m(g)＝a/100×0.102×1000×4＝4.08a

式中：d：外径mmδ：厚度；

b.当烘箱温度回升到试验温度(最好在5min以内)，试件放置烘箱中再保持10min后，测量标记线间距离长度并计算热延伸率，应在打开烘箱门30s内测量完毕，计算公式如下：

热延伸率％＝(加热后试样标记长度—加热前试样标记长度)/加热前试样标记长度×100％；

c.从试件上解除拉力将试样留在老化箱内的试验温度下恢复5min后从烘箱中取出试件，慢慢冷却至室温，再次测量标记线间的距离。

测试试验一

下表中列出了在相同辐照强度照射后管状试样和哑铃型试样在时间相同时，不同试验温度和不同机械应力下的热延伸性能。从该表中可以看出试验温度在200摄氏度，机械应力在4mpa下会测试结果有效，通过该试验确定了本发明的试验温度和试验中施加的机械应力。

测试试验二

下表中列出了在相同辐照强度照射后等同温度，等同时间，不同机械应力，不同导体截面大小的条件下，试样的热延伸性能，每种条件测试样品均为三个，通过以上测试数据，机械应力≥7.5mpa时无一样品通过试验；当机械应力≤2mpa时针对导体截面偏小的样品由于施加负载过轻，无法称取重量完成实验；选择5mpa或4mpa均是可取的结果。

测试试验三

下表中验证了同等温度、同等试验时间、同等机械应力、不同辐照剂量的条件下试样的热延伸情况，原辐照剂量为1号样品，2号样品辐照剂量增加0.3mrad，3、4号样品以此类推。从下表列出的数据可知机械应力为4mpa时，针对合理范围不同辐照剂量的样品均能完成测试出，同时不同的辐照剂量也能分辨出测试结果的不同。

测试试验四

下表中验证了同等温度、同等试验时间、同等机械应力、不同辐照剂量的条件下试样的热延伸情况，原辐照剂量为1号样品，2号样品辐照剂量增加0.3mrad，3、4号样品以此类推。从下表列出的数据可知机械应力为5mpa时，样品的热延伸值偏大，同时间接性出现样品断裂现象，实验结果不稳定，存在欠缺

本发明可以以其他具体的形式进行体现，但这并不会脱离本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由所附的权利要求限定。