一种煤矿用无卤低烟阻燃聚烯烃护套料机械性能试验的制样方法

【摘要】本文旨在介绍一种适用于煤矿用无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的机械性能试验制样方法。由于无卤低烟阻燃聚烯烃材料在煤矿电缆中的应用日益广泛，其机械性能的稳定性与可靠性成为关键考量因素。然而，传统的制样方法存在拉伸性能实验数据不稳定的问题，无法满足煤矿用电缆护套料的严格检验要求。本文提出的制样方法采用了挤出机制作料片再切成哑铃形试样的过程。通过该方法制备的哑铃形试样，能够真实反映无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的拉伸性能。相较于传统方法，本文提出的制样方法克服了实验数据不稳定、结果不准确的弊端，使得试验结果更加准确可靠。

【关键词】无卤低烟阻燃聚烯烃护套；机械性能；制片机。

煤矿用无卤低烟阻燃电缆是一种用于煤矿开采工业的特殊电缆，可以在煤矿山以及复杂的环境下使用，近年来备受青睐。这种电缆能有效保护大气环境，且不含铅、镉等对人体有害的重金属，在使用及废弃处理时，不会对土壤、水源产生污染，相比传统电缆更环保。它可用于煤矿开采中的地面设备和井下设备，包括采煤机、运输机、通信、照明与信号设备用电缆，以及电钻电缆、帽灯电线和井下移动变电站用的电源电缆等。煤矿用无卤低烟阻燃电缆具有良好的阻燃性能，可在一定程度上阻止或延缓火焰蔓延，保障煤矿生产安全。在火灾等紧急情况下能减少有毒烟雾产生，有利于人员逃生和救援。由于无卤低烟阻燃聚烯烃电缆在煤矿的广泛应用，产品的安全性显得尤为重要，因此对原材料的性能检验极为关键。

现行国家标准GB/T32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》要求，无卤低烟阻燃电缆料断裂伸长率应大于等于160%。为了保障煤矿生产的安全，《煤矿用无卤低烟电缆通用安全技术要求》中规定：煤矿用电力电缆、控制电缆，通讯电缆等固定敷设类无卤低烟电缆，护套性能在GB/T19666-2005附表B要求的基础上，老化前抗张强度提高到10N/mm²，断裂伸长率提高到200%，其他技术指标应满足MT/T818系列标准要求。现有技术标准中没有专门针对煤矿用无卤低烟电缆护套料的检验试样制作标准，业内通常采用国家标准GB/T8815-2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑料》中的试样制备方法将无卤低烟阻燃电缆护套原料颗粒用塑炼机炼塑后压制成料片再切成哑铃形试样进行拉伸性能测定，或按照 GB/T1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定》的规定，将无卤低烟阻燃聚烯烃护套料直接放入模具内经高温高压制成料片，再切成哑铃形试样进行拉伸性能测定。由于无卤低烟护套料加入了大量无机阻燃物，使得在熔融状态下熔体的强度、拉伸比和粘度与其他电缆材料存在着较大差异。基于以上原因，本文介绍一种煤矿用无卤低烟阻燃聚烯烃护套料机械性能试验的制样方法。

一、适用范围

适用于测量煤矿用无卤低烟阻燃聚烯烃护套电缆料老化前后的抗张强度和断裂伸长率。

二、检验依据

GB/T2951.11—2008 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法厚度和外形尺寸测量机械性能试验》

Q/LNJD15—2019《额定电压8.7/10 kV 及以下煤矿用无卤低烟交联聚乙烯绝缘电力电缆》

《矿用产品安全标志通用安全技术要求》

三、原材料检验方法

煤矿用无卤低烟聚烯烃护套电缆生产过程中需要对护套生产原料的机械性能进行检验，以确认该批次塑料是否符合电缆护套的设计要求，在对护套材料的机械性能进行检验时，需要将护套材料制成标准试样。现有技术中电线电缆用软聚氯乙烯塑料试样的制作方法为：将颗粒料混合后在温度为（165±5）℃的塑炼机上炼塑510min，再在温度为（165±5）℃的液压机中按不加压预热、恒温加压、加压冷却的顺序压制1520min，出模制成试样。采用这种方法制作试样时，炼塑的质量直接决定检验数据的准确性，故对操作人员的技术水平要求较高，并且，炼塑机难于模拟电缆生产过程中挤包护套的状态，因此，会导致采用塑炼机制成试样的检验数据与用电缆护套削片制成试样的检验数据不一致，难以真实反映电缆护套的机械性能。

采用塑炼机炼塑后再进行平板硫化的方法制成的试样不能使无卤低烟护套料得到充分混合，导致拉伸性能的实验数据不稳定，同一料片切制的多个试样拉伸性能测试结果、同一批次护套颗粒、不同料片制得的试样拉伸性能测试结果离均差都很大，测试结果与采用电缆护套削片制成的试样测试结果亦有很大的差距，经常发生合格的无卤低烟护套料断裂伸长率实验数据不合格，造成误判和非正常退货。而未经断裂伸长率检验的无卤低烟护套料直接投入生产，如果断裂伸长率不合格，将造成成品电缆不合格而产生严重浪费，一旦因产品不合格而导致电缆起火事故，将造成人员伤亡和财产的巨大损伤。因此，采用塑炼机炼塑后压制成料片和采用模具高温高压制成料片所制成的试样均不能真实反映无卤低烟阻燃电缆护套原料的拉伸性能，不能满足在煤矿用无卤低烟电缆生产前对无卤低烟阻燃电缆护套原料进行检验的要求。

为解决以上实验数据不稳定、结果不准确的弊端，发明了一种卧式挤出制片机，采用了具有水平矩形出料口的片料挤出模头，合理地限定了出料口的长高比，又在出料口外设有可以与挤出料片同步移动的水平接料皮带，从而使该卧式挤出制片机可以模拟电缆护套的挤包过程，生产出适于制作试样的试片，所生产出的料片平整度好、表面光滑，仅通过冲剪就可以生产出合格的试样，满足检验的要求。

本卧式挤出制片机由于采用了挤出方式生产料片，并采用了具有水平矩形出料口的片料挤出模头，合理地限定了出料口的长高比，又在出料口外设有可以与挤出料片同步移动的水平接料皮带，从而使该卧式挤出制片机可以模拟电缆护套的挤包过程生产出适于制作试样的料片，所生产出的料片平整度好、表面光滑，无需对料片刨光，仅通过冲剪就可以生产出合格的试样，满足检验的要求，该卧式挤出制片机还具有结构简单、易于操作，对操作人员技术要求低等优点。由于采用了在挤出模头内设有将挤出筒输出的熔融状态物料导向出料口的导向漏斗，并合理地限定了导向漏斗的锥角，使熔融状态塑料能够均匀地进入出料口，使挤出的料片内部质地更均匀，料片内不会形成影响检测结果准确性的缺陷，且料片表面光滑度更好。由于采用了所述挤出筒从进料端到出料端依次分为预热段、压缩段和均化段，所述挤出螺杆分为等距等深的深槽纹段、等距不等深的渐变槽纹段、等距等深的浅槽纹段，所述预热段对应挤出螺杆的深槽纹段，压缩段对应挤出螺杆的渐变槽纹段，均化段对应挤出螺杆的浅槽纹段的技术特征，进一步提高了挤出料片的质量，最大限度的模拟真实挤包护套的状态生产料片，使试样检验数据更能真实反映出护套的机械性能。由于采用了所述加热装置为电磁感应加热装置，对应预热段、压缩段和均化段设有三个独立的电磁感应加热线圈，在工作台下部设有三台独立的电磁感应加热控制器的技术特征，使得料片的生产过程中温度更控制更方便，可以能够满足多种塑料护套的试样制作要求。由于采用了在挤出筒的预热段、压缩段和均化段分别设有温度传感器，在工作台下部设有温度显示器的技术特征，使得温度能够直观的显示，便于监测及控制。由于采用了所述传动机构为链轮链条传动机构，在减速机的动力输出轴上装有主动链轮，在挤出螺杆的轴端装有从动链轮，在主动链轮与从动链轮之间装有传动链条的技术特征，在满足传动扭矩要求的前提下，结构更简单，占用空间更小，生产成本更低。由于采用了所述水平接料皮带为依靠由出料口输出的料片驱动的被动式皮带的技术特征，使料片与皮带的同步性更好，防止料片受到外力干扰而变形，进一步保证了料片的质量。

操作流程如下：

1.设备加热前，把模具拧在设备上；

2.确认电源开关，温控表和电流表是否正常；

3.加热过程中，取适量颗粒料备用；

4.设备达到预设温度后，备好的颗粒料倒入料斗，启动电机，缓慢旋转调试开关，进行排胶，当模口均匀排出矩形样片时，戴好棉手套，进行缓慢拉伸，样片拉伸到300-400mm时取下，并进行轻微拉伸，放入冷水盆里冷却，重复操作取样，样片达到10件时，关闭电机按钮；

5.清理模具及机头。

下面分别给出传统方法及本文提到的方法针对同一批次无卤低烟聚烯烃护套料的试验数据。

表1是根据传统方法制样得到的数据。

表2是根据本文提到的方法制样得到的数据。

试验结果的对比分析进一步凸显了本文所提及制样方法的优越性。

传统制样方法在制备试样时，由于工艺限制和原材料混合不均等问题，导致试样在抗拉强度和断裂伸长率测试中出现较大的数据波动和偏差。这种不稳定性不仅增加了试验的重复性和再现性难度，也严重影响了对原材料性能的准确评估。

结论：

本文所阐述的制样方法，则通过采用挤出成型技术，实现了原材料在熔融状态下的充分混合和均匀塑化。这一创新点不仅提高了试样的制备质量，还使得在抗拉强度和断裂伸长率测试中所得数据更加稳定可靠。具体而言，挤出成型过程中的螺杆搅拌、剪切和均质作用，使得原材料各成分得以充分混合并排出空气，避免了试样内部空洞、夹渣和裂纹等缺陷的形成。同时，通过精确控制挤出机各段的温度和模头的设计，进一步确保了试样的均匀性和一致性。该方法所制备的哑铃形试样，不仅符合相关标准的要求，还能够在拉伸试验中准确反映原材料的机械性能。相较于传统方法，本文所提方法不仅提高了试验数据的准确性和稳定性，还为煤矿用无卤低烟阻燃聚烯烃电缆护套材料的研发、生产和质量控制提供了更为可靠的技术支持。

参考文献：

[1]电缆情缘网<<电线电缆>>相关材料；

[2]专利所有者：赫英雪，刘万朋，王国强 专利名称：一种卧式挤出制片机

[3] Q/LNJD15—2019 《额定电压8.7/10 kV 及以下煤矿用无卤低烟交联聚乙烯绝缘电力电缆》