GBT 2951.42-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通 用试验方法 第42部分：聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法 高温处理后抗张强度和断裂伸长率试验 高温处理后卷绕试验 空气热老化后的卷绕试验 测

《GB/T2951.42–2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法

第42部分：聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法

高温处理后抗张强度和断裂伸长率试验

高温处理后卷绕试验

空气热老化后的卷绕试验

测定质量的增加

长期热稳定性试验

铜催化氧化降解试验方法》专题研究报告目录一、标准战略地位：为何此专用试验方法是线缆材料可靠性的基石？二、材料科学深度剖析：

聚乙烯与聚丙烯混合料的微观世界与宏观性能关联三、高温考验第一关：抗张强度与断裂伸长率试验的关键指标与失效机理四、柔韧性持久战：高温处理与空气热老化后卷绕试验的实战意义五、质量增加的奥秘：测定质量增加对材料稳定性的预警作用六、预见材料寿命：长期热稳定性试验的加速老化模型与寿命预测七、铜的催化作用：铜催化氧化降解试验模拟最严苛环境挑战八、数据艺术：从原始数据到性能评价的专家级分析路径九、未来趋势融合：标准如何指引高性能与可持续线缆材料研发十、实践指南：将标准试验方法转化为质量控制与研发创新的利器标准战略地位：为何此专用试验方法是线缆材料可靠性的基石？标准在电缆光缆产业链中的核心枢纽作用本标准并非孤立的测试程序集合，而是连接材料研发、生产质量控制、产品认证与最终应用的关键技术枢纽。它针对聚乙烯和聚丙烯这类广泛应用的热塑性混合料，提供了一套权威、统一的性能退化评价体系。在电力传输、通信网络、新能源汽车等关键领域，线缆材料的长期稳定性直接关系到系统安全与寿命。本标准通过模拟材料在服役过程中可能遭遇的热、氧、机械应力及金属催化等综合老化条件，为评估和确保材料在几十年设计寿命内的可靠性提供了不可替代的试验依据，是保障重大基础设施安全运行的底层技术规范。专用试验方法相对于通用方法的深化与必要性GB/T2951系列是一个完整的试验方法体系，而第42部分则是对聚乙烯和聚丙烯混合料的“专科诊断”。通用试验方法可能无法充分暴露特定材料的失效模式。例如，聚烯烃材料对氧化降解尤为敏感，且铜导体可能加速这一过程。本标准集成的“长期热稳定性试验”和“铜催化氧化降解试验”正是针对这些材料特性量身定制的深度检验。它超越了常规的短期性能测试，聚焦于材料在长期环境应力下的性能演变规律，使得材料配方优劣的评判更为科学和具有预见性，避免了因材料潜在缺陷导致的早期故障风险。支撑产品质量升级与行业技术壁垒构建1在全球化竞争与国内产业升级背景下，本标准为国内线缆及材料制造商提供了明确的高性能产品研发标杆。严格遵循并利用本标准进行材料筛选和工艺优化，有助于企业提升产品档次，满足特高压、深海缆、轨道交通等高附加值领域对线缆的苛刻要求。同时，它也为行业监管、产品准入和国际贸易提供了共同的技术语言和合格评定基础，是构建技术壁垒、促进优质优价市场环境的重要工具，推动整个行业从规模扩张向质量效益型转变。2材料科学深度剖析：聚乙烯与聚丙烯混合料的微观世界与宏观性能关联分子结构、结晶度与共混改性对性能的底层决定作用聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）均为聚烯烃，但PE分子链柔顺，结晶区与非晶区共存；PP则因存在甲基侧基，刚性与耐热性略优。二者共混或与其他组分混合，旨在优势互补。分子量及其分布、支化度、共聚单体含量等微观结构，直接决定了初始力学性能和加工性。结晶度影响密度、硬度、抗蠕变性和耐溶剂性。本标准的各项试验，实质是在外部应力（热、氧、机械力）作用下，对这些微观结构变化的宏观度量。例如，高温会破坏结晶区，导致强度下降；氧化则从分子链弱键处引发断链或交联。0102抗氧化体系与稳定剂在长期热老化中的关键角色1聚烯烃在加工和使用中不可避免地面临热氧老化，其抵御能力高度依赖于所添加的抗氧化剂、光稳定剂等添加剂体系。这些稳定剂通过捕获自由基、分解氢过氧化物等方式延缓老化进程。本标准中的“长期热稳定性试验”和“铜催化氧化降解试验”正是对稳定剂体系有效性最严峻的考核。试验结果直接反映了稳定剂的种类、含量、协同作用是否得当。性能保持率高的材料，意味着其稳定剂体系能够提供持久保护，是材料配方设计的核心机密与技术水平的体现。2填料、交联与相形态对混合料综合性能的复杂影响为满足特定需求，PE/PP混合料中常加入填料（如炭黑、氢氧化铝）、进行交联（如硅烷交联、辐照交联），或与其他聚合物形成多相体系。这些改性会深刻影响材料性能。填料可增强或赋予阻燃性，但可能影响柔韧性；交联能大幅提升耐热变形性和耐环境应力开裂能力。本标准中的卷绕试验、抗张试验能有效评估这些改性对材料在老化前后机械性能的影响。相形态的稳定性（是否在热老化下发生相分离）也会通过质量变化、力学性能损失等指标间接反映出来。高温考验第一关：抗张强度与断裂伸长率试验的关键指标与失效机理试验参数精准控制：温度、时间与试样状态的核心意义本部分试验要求在特定高温下对试样进行规定时间的处理后，再测定其抗张强度和断裂伸长率。温度设定需模拟实际使用上限或加速老化条件；时间则是应力累积的度量。试样的制备（模压或从成品上截取）、状态调节必须严格统一，以确保数据可比性。高温处理可能引发多种物理化学变化：如残余应力松弛、结晶度变化、轻微氧化等。这些变化的综合效应最终通过力学性能的数值变化得以量化，因此试验参数的精确性与重复性是数据可信度的根本。抗张强度保留率：衡量材料热劣化程度与结构完整性的刚性标尺抗张强度是材料抵抗拉伸破坏的最大应力。高温处理后，该指标的下降率（或保留率）是评价材料耐热性的核心参数之一。下降显著表明材料内部可能发生了分子链断裂（降解）或界面粘结失效（对于填充/共混体系）。较高的强度保留率则意味着材料在高温下结构稳定性好，能够保持承载能力。该指标对于承受机械张力或内部压力的电缆护套和绝缘层至关重要，直接关系到电缆在热环境下的短期过载安全余量。断裂伸长率变化：洞察材料脆化趋势与韧性的灵敏探针断裂伸长率反映了材料在断裂前的塑性变形能力，是韧性的体现。高温老化往往导致材料变脆，断裂伸长率急剧下降。即使抗张强度变化不大，断裂伸长率的大幅降低也预示着材料已发生严重氧化交联或分子链刚性增加，其抗冲击、抗弯曲和耐开裂性能恶化。对于需要经常移动、敷设或可能受外力冲击的电缆，保持足够的断裂伸长率是避免意外脆断的关键。因此，必须将强度与伸长率两个指标结合分析，才能全面评估材料的耐热老化性能。柔韧性持久战：高温处理与空气热老化后卷绕试验的实战意义卷绕试验原理：模拟安装应力与热应力叠加的严苛场景卷绕试验是一种定性或半定性的机械性能检验方法，主要评估绝缘或护套材料在特定直径芯棒上卷绕后是否开裂。本标准包含“高温处理后”和“空气热老化后”两种条件下的卷绕试验。这模拟了电缆在敷设安装时的弯曲（机械应力）与在长期运行热环境或短期过热后（热应力）的共同作用。材料若在试验中出现开裂，则表明其柔韧性不足或已发生热脆化，在实际使用中可能因振动、热胀冷缩或外力导致绝缘破损或护套失效，引发安全隐患。010302芯棒直径选择与失效判据：量化柔韧性的工程化方法试验的关键参数之一是芯棒直径，通常与试样厚度成倍数关系。直径越小，弯曲应力越大，试验越严苛。标准会规定具体的倍数要求。失效判据为目视检查（通常放大规定倍数）下试样表面是否产生裂纹。该试验方法直观、快速，能有效筛除那些在热老化后柔韧性严重下降的配方。它不仅是材料性能测试，也是对材料与导体（或模拟芯棒）附着力的间接考察，因为开裂可能始于界面剥离。通过对比老化前后的卷绕表现，可以清晰追踪材料柔韧性的退化轨迹。试验结果对电缆敷设与运行维护的直接影响卷绕试验的结果对电缆的工程设计、安装规范和维护策略具有直接指导意义。若材料通过高温处理后卷绕试验，表明其适合在需热加工（如热收缩终端）或高温环境下敷设的场合。通过空气热老化后卷绕试验，则预示着电缆在长期运行后仍能保持一定的弯曲能力，这对需要维修时移动电缆或处于动态振动环境中的电缆尤为重要。该试验为电缆制造商选择合适的材料、为施工方制定安全的敷设规程（如最小弯曲半径）、为运维人员评估老旧电缆的机械状态提供了关键依据。质量增加的奥秘：测定质量增加对材料稳定性的预警作用质量增加现象的物理化学本质：吸收、氧化与反应增重在热老化过程中，试样质量可能发生变化，本标准专门“测定质量的增加”。质量增加主要源于两个可能原因：一是材料吸收环境中的小分子物质（如氧气、湿气）；二是在氧化初期，氧气分子与聚合物链结合生成含氧官能团（如羰基、过氧化物），导致质量增加。后续的氧化降解（断链导致挥发性小分子逸出）则可能导致质量减少。因此，在特定老化阶段监测到的质量增加，是氧化反应正在发生的明确信号，是材料进入老化进程的早期指示，往往先于力学性能的显著下降。试验方法精要：精度、环境控制与称重要点1准确测定微小的质量变化需要高精度的分析天平（通常精度至少0.1mg），并对试验环境（温度、湿度）和试样状态进行严格控制。试样在老化前后需在规定的温湿度条件下进行充分的状态调节，以排除吸附水分对质量的干扰。称重过程需迅速、规范，避免操作引入误差。通过测量同一试样老化前后的质量差，并计算单位表面积或体积的质量变化率，可以获得量化数据。这个看似简单的测试，其数据可靠性高度依赖于对细节的极致把控。2质量变化曲线作为材料老化动力学的指示器1单一时间点的质量增加值信息量有限，而如果在不同老化时间点连续测定质量变化，绘制质量变化–时间曲线，则能揭示材料的老化动力学特征。曲线可能呈现先增重后减重的特征，拐点对应着氧化反应从以氧气结合为主转向以链断裂挥发为主的转折。通过分析曲线形状和变化速率，可以比较不同配方材料的氧化诱导期、氧化速率等关键参数，为优化稳定剂体系、预测材料长期使用寿命提供极具价值的基础数据。它是连接微观氧化反应与宏观性能衰变的桥梁。2预见材料寿命：长期热稳定性试验的加速老化模型与寿命预测阿伦尼乌斯模型在热老化试验中的核心应用原理长期热稳定性试验是基于化学反应的速率随温度升高而加剧的原理（阿伦尼乌斯方程）。通过在多个高于实际使用温度的加速老化温度下进行试验，测定性能（如断裂伸长率）下降到某一临界值所需的时间。将老化时间的对数与对应绝对温度的倒数作图，外推至较低的使用温度，即可预测材料在该使用温度下的理论寿命。这是高分子材料寿命评估的经典方法。本标准中该试验的设计，正是为了获取用于外推的加速老化数据，是材料研发阶段进行寿命设计的核心工具。终点判断与性能指标选择：如何定义材料“失效”？寿命预测的关键之一是合理选择作为老化终点的性能指标及其临界值。对于电缆材料，断裂伸长率因其对老化敏感且与实用韧性直接相关，常被选作终点指标。临界值（如原始值的50%）的设定需结合行业经验、标准要求或实际应用的安全裕度。试验中需在不同老化时间点取样测试，绘制性能保持率–老化时间曲线，从而确定各加速温度下的失效时间。终点定义的合理性直接决定了外推寿命的工程意义与实际符合程度。外推的局限性与试验设计的科学考量1尽管阿伦尼乌斯外推法被广泛应用，但必须认识到其局限性。它假设在整个温度范围内老化机理一致。然而，实际材料在不同温度段可能主导不同的老化机理（如低温下物理老化为主，高温下化学氧化为主）。因此，加速温度的选择不宜过高，通常建议最高加速温度不应导致材料发生相变或稳定剂异常消耗。试验温度点至少三个，以检验线性关系。外推结果时需谨慎，应结合其他试验（如微观分析）进行综合判断，并留足安全系数。2铜的催化作用：铜催化氧化降解试验模拟最严苛环境挑战铜离子催化氧化机理：为何它是聚烯烃的“天敌”？聚烯烃，特别是用于通信电缆绝缘的聚乙烯，在与铜导体直接接触时，老化速率会急剧加快。这是因为铜离子（Cu+和Cu2+）是高效的氧化还原催化剂。它能促进氢过氧化物分解为自由基，引发新的氧化链反应，并在此过程中循环再生，持续“催化”材料的氧化降解。这种催化作用使得材料在相对较低的温度下就可能迅速脆化失效。本标准专门设置此项试验，正是为了在最苛刻的条件下考核材料的抗氧化体系是否足以抑制铜的催化效应，是评估材料与铜导体相容性的终极测试。试验构型设计：紧密接触确保催化效应充分显现为了有效模拟和加速催化过程，标准规定了特定的试样制备方法，通常要求将混合料薄膜或片材与清洁的铜片（或铜丝）在压力下紧密接触，构成组合试样后进行热老化。紧密接触是确保铜离子能有效迁移至聚合物中并发挥催化作用的关键。老化条件（温度、时间）比普通空气热老化更为严苛。老化结束后，通过检查接触区域材料的颜色变化、脆化程度、或进行力学性能测试（如剥离强度、卷绕试验），来评价铜催化氧化的严重程度。试验结果对电缆结构设计与材料选型的决定性影响此项试验结果对电缆，尤其是用于数据传输、汽车线束等内部结构紧凑、绝缘直接接触铜导体的电缆，具有决定性的指导意义。若材料无法通过此项试验，意味着其在长期使用中可能在导体界面处优先发生氧化脆裂，导致绝缘失效、短路甚至起火。根据试验结果，材料制造商可能需要调整配方，添加更高效的金属钝化剂或铜抑制剂；电缆制造商则需据此决定是否需要在导体与绝缘之间增加隔离层（如镀锡、涂覆屏障涂层），或选择更高等级的绝缘材料，从根源上杜绝此类界面失效风险。数据艺术：从原始数据到性能评价的专家级分析路径超越合格线：从数据趋势中发现材料配方的优劣密码标准给出了具体的试验方法，但专业远不止于判断“合格”或“不合格”。专家视角注重分析数据背后的趋势与关联。例如，比较不同配方材料在相同老化条件下各项性能（抗张强度、伸长率、质量变化）的下降曲线斜率，可以判断其老化速率的快慢。分析卷绕试验中裂纹的形态（细密裂纹vs.粗大裂纹）和位置，可以推断失效机理是表面氧化还是整体脆化。将长期热稳定性试验的外推寿命与铜催化试验结果结合，可以综合评价材料在不同应用场景下的潜力。这种深度分析是材料配方优化迭代的灵魂。多指标关联分析：构建材料性能的完整画像单项试验指标可能具有误导性。例如，抗张强度因填充或交联而增加，可能掩盖了断裂伸长率下降带来的脆化风险。又如，短期热老化后性能保持良好，但长期热稳定性试验却显示寿命较短。因此，必须将本标准内的所有试验结果作为一个整体进行关联分析。观察高温处理后力学性能变化与质量增加的关系，对比空气热老化与铜催化老化的性能损失差异，综合卷绕试验的定性结果与定量力学数据。通过构建多指标性能矩阵，才能对材料的综合耐热老化性能、优缺点和适用边界形成全面、准确的判断。0102将试验数据转化为产品规格书与工程决策的语言试验的最终目的是指导实践。专家需要将实验室的测试数据，翻译成工程师、采购商和标准制定者能理解的语言。这包括：根据长期热稳定性数据提出产品的额定温度等级建议；依据铜催化试验结果明确该材料是否适用于直接接触铜导体的场合；结合卷绕试验数据推荐电缆安装时的最小弯曲半径；利用各项性能保留率数据制定原材料进厂检验的内控标准。通过这种转化，标准的试验方法才能真正落地，成为连接材料科学、产品制造与终端应用的桥梁，驱动产品质量的持续提升与技术创新。未来趋势融合：标准如何指引高性能与可持续线缆材料研发面向高压直流与超高压电缆：对材料纯净度与长期稳定性的极致要求1随着特高压直流输电和海上风电送出等工程发展，对交联聚乙烯（XLPE）等绝缘材料的长期电–热综合稳定性提出了前所未有的高要求。未来材料研发需在超纯净基础树脂、高效抗氧剂与电压稳定剂体系上下功夫。本标准中的长期热稳定性、高温下性能保持等试验方法，是筛选和验证这些高端材料配方的基础。同时，可能需要开发更高温度、更长时间的加速老化试验模型，并探索将电应力与热氧老化相结合的综合老化试验方法，以更真实地模拟实际工况。2绿色环保与循环经济驱动下的生物基与可降解材料评价挑战1行业对可持续性的追求催生了生物基聚烯烃、可生物降解聚酯等新型电缆护套材料。这些材料的分子结构与传统石油基聚烯烃不同，其老化机理（如水解、酶解）和失效模式也可能迥异。现有标准主要基于热氧老化，未来可能需要补充针对水解老化、生物降解性能的评价方法。如何评估这些“绿色”材料在确保使用寿命期内的稳定性，同时又能准确预测其在使用寿命结束后的可控降解性，将是标准发展与材料研发共同面临的新课题，本标准为此类探索提供了方法论框架。2智能化与微型化趋势对材料耐热性与可靠性的新需求15G通信、物联网、新能源汽车高压系统及设备微型化，使得线缆需要在更狭小的空间、更高的功率密度和更复杂的电磁环境下工作，导致局部温升可能更高。这对材料的长期耐热性、耐电晕性及在紧凑结构下的机械可靠性提出了更严苛的要求。本标准的试验体系，尤其是高温、老化后的机械性能测试，是保障这些新型线缆可靠性的基本门槛。未来，标准可能需要进一步细分应用场景，针对极端温度循环、高频率振动等复合应力条件，发展更精细化的材料评价协议。2