电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置

摘要

本发明属电线电缆材料检验技术领域，涉及电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，它包含有：管形装置、环形加热装置、石英管、第一、二电磁阀、承载体、支托体、热电偶组件、测试仪器、燃烧舟、软木塞；软木塞上有连接孔，软木塞塞在石英管一端的空腔中；管形装置内部具有可以容纳石英管的通道且在安装状态时，石英管与管形装置是不接触的；加热装置分布在管形装置中；第一电磁阀的输出口接在软木塞的一个连接孔中，第二电磁阀的输出口接在石英管另一端的空腔中。本发明还公开了测试方法。本发明具有以下主要有益效果：测试装置结构简单、易制作、成本低、测试数据准确可靠；测试方法简单、易掌握，测试成本低。

说明书

技术领域

 本发明属于电线电缆材料检验技术领域，尤其是涉及电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置。

背景技术

空气和阳光对地球上的人类生存及植物生长是必不可少的，但这对聚烯烃材料使用过程中却起着恶劣的破坏作用。空气中的氧气和阳光中的紫外线导致塑料材料发生热氧化或光氧化反应，使用于光电线缆护套和绝缘的聚烯烃材料的物理机械性能变差，提前失去原有功能和使用价值。塑料材料因分子结构不同，或同分子结构因聚合工艺不同、加工工艺不同、使用环境和条件不同，自身的热氧化、光氧化反应速度和抗热氧化、光氧化反应能力有很大不同。抗氧剂和光稳定剂添加于塑料材料中可有效地抑制或降低塑料大分子的热氧化、光氧化反应速度，显著地提高塑料材料的耐热、耐光性能，延缓塑料材料的降解、老化过程，延长塑料制品使用寿命的。但由于供货方为了降低成本使用再生塑料，或抗氧剂和光稳定剂添加不足和性能差使得聚烯烃材料在自然环境中抗氧化性能变差，降低光电线缆的机械物理性能和使用寿命, 从而对各行各业造成较大的危害。因此测试材料的热氧化稳定性能非常重要，而对材料的氧化诱导期的就是反映材料热氧化稳定性能的一个重要指标，通过氧化诱导期的测试来鉴别产品的使用寿命，原材料的性能的好坏。氧化诱导期法是在高温纯氧下通过加速催化材料的老化来外推材料的热氧寿命，一般认为，如果氧化诱导期为一分钟，产品的使用寿命为一年。对于电缆或光缆来说，使用寿命一般要求不小于20年；为此，中国人民共和国家家标准GB/T 15065-2009《电线电缆用黑色聚乙烯塑料》中规定了黑色耐环境开裂低密度聚乙烯护套料（NDH）、黑色线性低密度聚乙烯护套料（LDH）、黑色中密度聚乙烯护套料（MH）、黑色高密度聚乙烯护套料（GH）的氧化诱导期必需不小于30min，然而，由于竞争的不断加剧，市场上出现了多种采用回收塑料制成的电线电缆护套料，这种材料在使用不到5年内就出现了严重的护套开裂、变形、早期老化，降低了线缆的使用寿命，为此，用户方需求对氧化诱导期进行比较严格的测试。

电线电缆具有室内用及室外使用的区分，用于室外的线缆通常是暴露在空气及阳光中，由于阳光中具有大量的紫外线，对于护套的老化具有加速作用，因此，若线缆材料中无恰当的防紫外线成分则电缆无法达到预期的寿命，在行业内，通常采用在护套材料中添加炭黑的方式来实现。炭黑在塑料中的填充不体现显著的增强效果，但可以提高其耐热变形性能、尺寸稳定性、刚性和硬度等等。随着炭黑填充量的增加，其拉伸强度和冲击性能急剧下降，根据炭黑在塑料中所起作用不同其填充量各异。当要求炭黑起稳定和防老化作用时，它的加入量为塑料的重量的2～3%；线缆护套材料中的炭黑同时还起到了对护套材料着色的效果。因此，为了使电线电缆具有较好的抗紫外线效果及恰当的热变形性、稳定性、刚度和硬度，检验线缆护套材料中的炭黑含量尤其重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是揭示一种测试装置，它既可以用来测试电线电缆护套材料的氧化诱导期，又可以用来测试电线电缆护套材料中的炭黑含量，它是采用以下技术方案来实现的。

电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于它包含有：一管形装置1、一环形加热装置2、一中空的石英管11、第一电磁阀31、第二电磁阀41、一承载体5、一支托体6、一热电偶组件7、一测试仪器8、一燃烧舟9、软木塞；软木塞上具有两个贯通的连接孔，软木塞塞在石英管一端的空腔中；管形装置内部具有可以容纳石英管的通道且在安装状态时，石英管与管形装置是不接触的；环形加热装置呈螺旋状地分布在管形装置中，位于石英管的通道与石英管的外壁之间；第一电磁阀的输出口连接在软木塞的一个连接孔中，第二电磁阀的输出口连接在石英管另一端的空腔中；支托体位于承载体之上，管形装置放置在支托体上，测试仪器通过第一控制单元控制第一电磁阀，测试仪器通过第二控制单元控制第二电磁阀，热电偶组件的测温端安装在石英管另一端的空腔中且与石英管的内壁是不接触的，热电偶组件的另一端连接在测试仪器的温度输入接口上。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述管形装置是由透明材料制成的。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述软木塞上具有的另一个连接孔中安装有玻璃导气管。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述热电偶组件是铜热电偶组件或铂热电偶组件。

本发明测试氧化诱导期的原理是这样的：先取电线电缆护套料若干，置入燃烧舟的承物单元91内，将燃烧舟放入石英管的空腔中，并尽量放在中间位置，然后将软木塞塞在石英管一端的空腔中；在测试仪器上设定温度值为200℃，将氮气4通过管道接入第二电磁阀的进气口，将氧气3通过管道接入第一电磁阀的进气口，打开第二电磁阀，并通过测试仪器控制氮气的进气量，打开第一电磁阀，并通过测试仪器控制氧气的进气量为零，使环形加热装置进行加热，测试仪器通过热电偶组件的测温端监测到加热温度为设定值时，关闭第二电磁阀即切断氮气供应并进一步打开第一电磁阀使供气为氧气且氧气流量与供氮气时的流量一样并开始计时，并标记为第一时间，使石英管内的温度处于稳定上升及趋稳的状态，当测试仪器的显示屏上出现温度突然急速上升时标记为第二时间，此时停止环形加热装置的加热及氧气的通入；第二时间与第一时间的差值即为氧化诱导期；软木塞上的另一个连接孔起到了透气、使石英管内部的压力保持稳定。

本发明炭黑含量的原理是这样的：第一步：将燃烧舟加热到灼热，然后在干燥器中冷却至少30分钟，称重燃烧舟得到原始重量，将（1.0000±0.1000）g重的电线电缆护套材料试验放入到燃烧舟中，再一起称量，减去燃烧舟的重量得到试验的首重；第二步：设定测试仪器的参数值，第一阶段为350℃、升速为33℃/分种、恒定时间为20分钟；第二阶段为450℃、升速为10℃/分种、恒定时间为10分钟；第三阶段为500℃、升速为5℃/分种、恒定时间为30分钟；第三阶段为550℃、升速为3℃/分种、恒定时间为40分钟；将氮气通过管道接入第二电磁阀的进气口，热电偶组件的测温端安装在石英管另一端的空腔中且与石英管的内壁是不接触的，将通过夹具将燃烧舟放入到石英管的空腔中，并尽量放在中间位置，然后将软木塞塞在石英管一端的空腔中；测试仪器控制氮气的流速为200ml/min，通氮气直到第三阶段结束，关闭通入氮气；第三步：取出燃烧舟并在干燥器中冷却20～30分钟后称量并减去燃烧舟的原始重量得到次重；第四步：采用夹具将燃烧舟再次置入石英管中，并将软木塞塞在石英管一端的空腔中,进行第二步中设定的第四阶段的试验，通入氧气使燃烧舟内的电线电缆护套材料完全燃烧直至熄灭，关闭测试仪器及氧气的供应，取出燃烧舟放在干燥器中冷却20～30分钟后称量并减去燃烧舟的原始重量得到终重；第五步:计算得到炭黑含量=（次重-终重）/首重×100%。

上述所述的试验方法，重量都需精确到0.0001g。

本发明在试验时管形装置上会较热，通过承载体隔热，不会损坏支托体。

本发明中的装置具有结构简单、易制作、成本低的特点，测试仪器由工控机或者是笔记本电脑或者是台式电脑外加控制元件构成，由于控制电磁阀导通与关闭或打开程度的技术是现有技术，因此，申请人在此申请中未作进一步展开；另外，由于通过具有热电偶的热电偶组件来引入到工控机或笔记本电脑或台式电脑测量温度也是常见的技术，因此也未作详细展开说明；同时，在电脑上对于监测到的温度数据以表格工曲线的方式显示也为现有技术，因此本申请也未作详细说明，所述技术领域的人员借助现有技术即可实施；同时，通过程序编写，来设定压力、温度、流量、时间、温度升速、监测/记录时间等等都是现有技术，故也未作详细说明，所述技术领域的人员借助现有技术即可实施。

本发明具有以下主要有益效果：测试装置结构简单、易制作、成本低、测试数据准确可靠；测试方法简单、易掌握，测试成本低。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

请见图1，电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于它包含有：一管形装置1、一环形加热装置2、一中空的石英管11、第一电磁阀31、第二电磁阀41、一承载体5、一支托体6、一热电偶组件7、一测试仪器8、一燃烧舟9、软木塞；软木塞上具有两个贯通的连接孔，软木塞塞在石英管一端的空腔中；管形装置内部具有可以容纳石英管的通道且在安装状态时，石英管与管形装置是不接触的；环形加热装置呈螺旋状地分布在管形装置中，位于石英管的通道与石英管的外壁之间；第一电磁阀的输出口连接在软木塞的一个连接孔中，第二电磁阀的输出口连接在石英管另一端的空腔中；支托体位于承载体之上，管形装置放置在支托体上，测试仪器通过第一控制单元控制第一电磁阀，测试仪器通过第二控制单元控制第二电磁阀，热电偶组件的测温端安装在石英管另一端的空腔中且与石英管的内壁是不接触的，热电偶组件的另一端连接在测试仪器的温度输入接口上。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述管形装置是由透明材料制成的。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述软木塞上具有的另一个连接孔中安装有玻璃导气管。

上述所述的电线电缆护套材料氧化诱导期及炭黑含量测试装置，其特征在于所述热电偶组件是铜热电偶组件或铂热电偶组件。

本发明测试氧化诱导期的原理是这样的：先取电线电缆护套料若干，置入燃烧舟的承物单元91内，将燃烧舟放入石英管的空腔中，并尽量放在中间位置，然后将软木塞塞在石英管一端的空腔中；在测试仪器上设定温度值为200℃，将氮气4通过管道接入第二电磁阀的进气口，将氧气3通过管道接入第一电磁阀的进气口，打开第二电磁阀，并通过测试仪器控制氮气的进气量，打开第一电磁阀，并通过测试仪器控制氧气的进气量为零，使环形加热装置进行加热，测试仪器通过热电偶组件的测温端监测到加热温度为设定值时，关闭第二电磁阀即切断氮气供应并进一步打开第一电磁阀使供气为氧气且氧气流量与供氮气时的流量一样并开始计时，并标记为第一时间，使石英管内的温度处于稳定上升及趋稳的状态，当测试仪器的显示屏上出现温度突然急速上升时标记为第二时间，此时停止环形加热装置的加热及氧气的通入；第二时间与第一时间的差值即为氧化诱导期；软木塞上的另一个连接孔起到了透气、使石英管内部的压力保持稳定。

本发明炭黑含量的原理是这样的：第一步：将燃烧舟加热到灼热，然后在干燥器中冷却至少30分钟，称重燃烧舟得到原始重量，将（1.0000±0.1000）g重的电线电缆护套材料试验放入到燃烧舟中，再一起称量，减去燃烧舟的重量得到试验的首重；第二步：设定测试仪器的参数值，第一阶段为350℃、升速为33℃/分种、恒定时间为20分钟；第二阶段为450℃、升速为10℃/分种、恒定时间为10分钟；第三阶段为500℃、升速为5℃/分种、恒定时间为30分钟；第三阶段为550℃、升速为3℃/分种、恒定时间为40分钟；将氮气通过管道接入第二电磁阀的进气口，热电偶组件的测温端安装在石英管另一端的空腔中且与石英管的内壁是不接触的，将通过夹具将燃烧舟放入到石英管的空腔中，并尽量放在中间位置，然后将软木塞塞在石英管一端的空腔中；测试仪器控制氮气的流速为200ml/min，通氮气直到第三阶段结束，关闭通入氮气；第三步：取出燃烧舟并在干燥器中冷却20～30分钟后称量并减去燃烧舟的原始重量得到次重；第四步：采用夹具将燃烧舟再次置入石英管中，并将软木塞塞在石英管一端的空腔中,进行第二步中设定的第四阶段的试验，通入氧气使燃烧舟内的电线电缆护套材料完全燃烧直至熄灭，关闭测试仪器及氧气的供应，取出燃烧舟放在干燥器中冷却20～30分钟后称量并减去燃烧舟的原始重量得到终重；第五步:计算得到炭黑含量=（次重-终重）/首重×100%。

本发明在试验时管形装置上会较热，通过承载体隔热，不会损坏支托体。

本发明中的装置具有结构简单、易制作、成本低的特点，测试仪器由工控机或者是笔记本电脑或者是台式电脑外加控制元件构成，由于控制电磁阀导通与关闭或打开程度的技术是现有技术，因此，申请人在此申请中未作进一步展开；另外，由于通过具有热电偶的热电偶组件来引入到工控机或笔记本电脑或台式电脑测量温度也是常见的技术，因此也未作详细展开说明；同时，在电脑上对于监测到的温度数据以表格工曲线的方式显示也为现有技术，因此本申请也未作详细说明，所述技术领域的人员借助现有技术即可实施；同时，通过程序编写，来设定压力、温度、流量、时间、温度升速、监测/记录时间等等都是现有技术，故也未作详细说明，所述技术领域的人员借助现有技术即可实施。

本发明具有以下主要有益效果：测试装置结构简单、易制作、成本低、测试数据准确可靠；测试方法简单、易掌握，测试成本低。

本发明的装置也可用于PP管、PVC管等塑料材料的检验中。

本发明中，同一装置可以测试两种参数，大大地节省了设备的投入。

本发明不局限于上述最佳实施方式，应当理解，本发明的构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。