一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法与流程

1.本发明属于铁路信号电缆评估技术领域，具体涉及一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法。


背景技术：

2.随着国内铁路建设特别是高速铁路的快速发展，为铁路信号自动闭塞系统、车站电码化、计算机连锁、微机监测、调度集中、调度监督、大功率电动转辙机等信号设备和控制装置之间传输控制信息、监测信息和电能传输的铁路信号电缆提供了广阔的市场空间，已广泛应用于铁路既有线电气化改造、新建铁路、客运专线、高速铁路、城市轨道交通建设之中。在铁路电气化改造项目中，电缆敷设施工条件比较恶劣，电缆弯曲、扭转现象较普遍，阻燃电缆的低烟无卤聚烯烃护套在夏季高温环境下容易出现开裂。
3.gb/t 32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》标准中规定了无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的拉伸强度、断裂伸长率、空气箱热老化、热变形、耐热冲击试验等性能指标，tb/t 2476-2017《铁路信号电缆》标准中规定了电缆无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的拉伸强度、断裂伸长率、高温压力试验、抗开裂试验等性能指标。
4.低烟无卤阻燃聚烯烃护套料由基础树脂、相容剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、交联剂及其他助剂经特定工艺混合加工而成。通过配方中各组分的调配，可制得性能各异的材料，满足不同无卤低烟阻燃电线电缆对护套的要求。不同材料厂家的配方体系不同，其生产的无卤低烟阻燃聚烯烃护套料均能满足gb/t32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》、tb/t 2476-2017《铁路信号电缆》标准性能指标，但是不同厂家的无卤低烟阻燃聚烯烃护套料生产的同型号规格电缆，在相同的施工环境下，表现出不一样的结果，有的厂家无卤低烟阻燃聚烯烃护套出现开裂，有的厂家没有。
5.目前gb/t 32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》、tb/t 2476-2017《铁路信号电缆》标准中规定的无卤低烟阻燃聚烯烃护套料性能指标不能真实反映不同厂家不同牌号材料的优劣，存在阻燃电缆无卤低烟阻燃聚烯烃护套开裂的风险。
6.经检索，申请号为201710041990的专利文献公开了一种快速评价阻燃光电缆护层抗开裂性能的试验方法，包括以下步骤:1)预处理：待检测阻燃光电缆弯曲成圈，成圈不大于阻燃光电缆外径的25倍；将成圈的阻燃光电缆恒温并检查外观是否开裂；2)模拟施工试验：将经预处理后阻燃光电缆，冷却至少3h；将阻燃光电缆沿一个方向按设定的张力卷绕一定圈数后成缆线圈，然后反向转动相同圈数将试样从卷曲状态松开；检查外观是否开裂；3)环境试验：待检测阻燃光电缆弯曲成圈，成圈不大于阻燃光电缆外径的30倍；将成圈的阻燃光电缆放恒温并检查外观是否开裂。
7.此发明模拟光缆施工条件，采用正反向卷绕试验评估阻燃光缆护套抗开裂性能，光缆铠装结构为钢塑复合带纵包，钢带搭接处沿长度方向，是低烟无卤聚烯烃护套料的薄弱点，采用正反向卷绕可以评估光缆护套开裂性能；但是铁路信号电缆铠装结构为钢带绕包结构，钢带搭接处与电缆成一定角度，铁路信号电缆施工过程中存在弯曲、扭转现象，弯
曲和扭转对钢带搭接处施加一定的作用力，当该作用力大于低烟无卤阻燃护套料的内应力后，护套会沿钢带搭接处开裂，采用正反向卷绕不能评估铁路信号电缆护套在敷设施工过程中的开裂性能。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，解决了现有铁路信号电缆产品标准中规定的性能指标不能表征铁路信号电缆在实际敷设、安装过程中低烟无卤聚烯烃护套开裂原因的问题。
9.本发明是通过以下技术方案来实现：
10.本发明公开了一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，包括护套高温拉伸试验、电缆弯曲高低温循环冲击试验及电缆高温扭转试验；
11.护套高温拉伸试验具体为：
12.对低烟无卤阻燃护套料在20℃-80℃不同温度下进行抗拉强度性能指标测试，随着温度的升高，低烟无卤阻燃护套料抗张强度指标下降；
13.判断比较每种低烟无卤阻燃护套料的软化点温度和下降速率，比较出不同厂家生产的低烟无卤阻燃护套料的耐热极限温度；
14.电缆弯曲高低温循环冲击试验具体为：
15.将一定长度的电缆弯曲成多圈，成圈直径为电缆外径的若干倍，进行高低温循环试验；试验结束后，取出样品，检查阻燃护套是否开裂；
16.电缆高温扭转试验具体为：
17.将电缆两端插入扭转装置中，进行扭转试验；将扭转后的阻燃电缆置于高温试验箱中，放置多天，取出检查电缆低烟无卤阻燃护套是否开裂。
18.进一步，在护套高温拉伸试验中，低烟无卤聚烯烃护套料中含eva、poe，软化温度在60-70℃之间，分子链结构处在固态向玻璃态转化的不稳定状态，在60-70℃温度区间，低烟无卤阻燃护套料抗张强度指标下降较快。
19.进一步，电缆弯曲高低温循环冲击试验中，放入高低温试验箱中进行高低温循环试验，具体为：
20.由室温升温1-2h至90℃-125℃，保温4-6h；然后关闭加热，降温1-2h，恢复至室温；在室温下保持14-18h，完成一次试验；
21.以上一次升温时间为起始时间，每24h循环一次，循环多次完成高低温循环试验。
22.进一步，高低温循环试验中，取10～20米长度的电缆，弯曲成3-5圈，成圈直径为电缆外径的10-15倍。
23.进一步，电缆高温扭转试验中，扭转装置包括对称的两个夹紧机构，夹紧机构包括金属套、螺栓和转杆；
24.金属套为空心套管，当电缆插入金属套后，螺栓用于锁紧电缆；转杆贯穿金属套；一侧夹紧机构用于固定电缆的一端，另一侧夹紧机构用于扭转电缆的另一端。
25.进一步，高温试验箱的底座上预制有固定卡槽，固定装置固定在固定卡槽中，夹紧机构固定在固定装置上。
26.进一步，扭转试验具体为：先将电缆两端分别插入金属套中，再采用螺栓将电缆锁
紧，然后将转杆贯穿金属套使电缆一端固定，电缆另一端扭转不同角度后再用转杆固定位置。
27.进一步，扭转角度能够调整为180
°
、360
°
、540
°
或720
°
。
28.进一步，高温试验箱中能够放置多个扭转装置，用于同时完成多个样品的扭转试验。
29.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
30.本发明公开了一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，影响阻燃护套开裂的主要原因一是低烟无卤聚烯烃护套料本身质量，二是电缆在施工过程中弯曲、扭转产生的外力持续作用于低烟无卤聚烯烃护套，因此，通过本发明的护套高温拉伸试验、电缆弯曲高低温循环冲击试验及电缆高温扭转试验可以全面评估上述影响因素；
31.护套高温拉伸试验中，通过测试低烟无卤聚烯烃阻燃护套在20-80℃不同温度下的抗拉强度指标，得出材料耐热极限温度，从而使电缆厂家在引进低烟无卤聚烯烃阻燃护套料过程中，对不同厂家不同牌号材料进行分级，对夏季施工的阻燃电缆选择高耐热极限温度低烟无卤聚烯烃阻燃护套料；
32.电缆弯曲高低温循环冲击试验，用于模拟电缆安装过程存在的弯曲现象，设计电缆高低温弯曲试验方案，加速电缆热老化进度，评估不同外径阻燃电缆允许的最小弯曲半径，从而在电缆安装过程中避免弯曲半径过小造成电缆护套开裂；
33.电缆高温扭转试验，用于模拟电缆敷设过程中存在的扭转现象，设计电缆扭转试验工装模具，扭转角度根据可调，操作简便。
34.进一步，护套高温拉伸试验中，在高温过程中，低烟无卤聚烯烃材料本身的抗张强度开始下降；其次在电缆高低温弯曲循环、电缆高温扭转过程中，材料分子链的收缩，阻燃剂与树脂出现相分离现象，界面缺陷放大，同时阻燃剂与树脂间的膨胀系数不同产生的内应力，最终因护套材料在高温状态下的强度低于其内部及弯曲产生的内应力从而导致开裂。
35.进一步，本发明还设计了转用的扭转装置，可以模拟电缆敷设过程中存在的扭转现象，既可以固定电缆两端，又便于扭转，省力又便捷。
附图说明
36.图1是电缆扭转装置的装配示意图；
37.图2是电缆扭转试验装置的俯视图；
38.图3是电缆固定装置的正视图；
39.图4是高温扭转试验箱正视图；
40.图5是高温扭转试验箱俯视图；
41.图6为护套高温拉伸试验中的温度-抗张强度拟合曲线；
42.其中：1、电缆；2、金属套；3、螺栓；4、转杆；5、固定装置；6、固定卡槽；7、螺母；8、螺丝；9、高温扭转试验箱；10、底座。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进
行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
44.本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
45.需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
46.本发明提供一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，发明目的是解决：现有低烟无卤聚烯烃护套料材料标准、铁路信号电缆产品标准中规定的性能指标不能表征铁路信号电缆在实际敷设、安装过程中低烟无卤聚烯烃护套开裂的原因，提高测试方法的准确性。
47.本发明具体公开了一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，包括护套高温拉伸试验、电缆弯曲高低温循环冲击试验及电缆高温扭转试验；
48.护套高温拉伸试验具体为：
49.对低烟无卤阻燃护套料在20℃-80℃不同温度下进行抗拉强度性能指标测试，随着温度的升高，低烟无卤阻燃护套料抗张强度指标下降；
50.判断比较出每种低烟无卤阻燃护套料的软化点温度和下降速率，从而比较出不同厂家生产的低烟无卤阻燃护套料的耐热极限温度；
51.电缆弯曲高低温循环冲击试验具体为：
52.取10～20米长度的阻燃电缆，弯曲成3-5圈，成圈直径为电缆外径的10-15倍，进行高低温循环试验；试验结束后，取出样品，检查阻燃护套是否开裂；
53.电缆高温扭转试验具体为：
54.根据阻燃电缆的不同外径，取1～2米长度样品，将阻燃电缆两端插入扭转装置中，进行扭转试验
，
扭转角度可以调整为180
°
、360
°
、540
°
、720
°
；
55.将扭转后的阻燃电缆置于高温试验箱中，放置多天，取出检查电缆低烟无卤阻燃护套是否开裂。
56.以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
57.方法一、护套高温拉伸试验
58.对a厂家、b厂家两种牌号的低烟无卤阻燃护套料采用模压法制备样片，预热10min后加压5min，加压压力不小于15mpa，加压冷却至室温。试样为5型哑铃片，厚度1.0
±
0.1mm，每个试验温度下的试样数量5个，试验温度20℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃共计30个试样。
59.采用cmt-5105高低温电子万能试验机进行不同温度下的抗拉强度等性能指标测试。试验温度依次为20℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，在设定温度下先预热1h后，读取拉断力数据，计算抗张强度，依次试验。采用origin软件做出如图6所示的“温度-抗张强度拟合曲线”。
60.表1a厂家、b厂家的不同牌号材料在不同温度的抗张强度
61.材料牌号20℃40℃50℃60℃70℃80℃a厂家13.2210.248.505.454.735.06b厂家12.311.236.085.606.543.59
62.60℃样片的抗张强度分散性较大，主要原因是低烟无卤聚烯烃护套料里含eva、poe，它们的软化温度在60-70℃之间，分子链结构处在固态向玻璃态转化的不稳定状态。a厂家的初始抗张强度略高于b厂家，当温度从20℃逐渐升温至40℃的过程中，a厂家的抗张强度下降速率快于b厂家，当温度继续从40℃逐渐升温至80℃的过程中，b厂家的抗张强度下降速率明显快于a厂家。
63.综上，说明两种不同的材料体系中，其配方中不同组分对温度的响应敏感程度不同，a厂家低烟无卤聚烯烃护套料的耐热极限温度高于b厂家，在夏季高温环境下阻燃电缆的抗开裂性能更优异。
64.方法二、电缆弯曲高低温循环冲击试验
65.由室温升温1-2h至90℃-125℃，保温4-6h；然后关闭加热，降温1-2h，恢复至室温；在室温下保持14-18h，完成一次试验；以上一次升温时间为起始时间，每24h循环一次，循环多次完成高低温循环试验。
66.举例说明：wdzc-sptywpl23 28b内屏蔽铁路数字信号电缆采用a厂家、b厂家的低烟无卤阻燃护套料生产，各取10米样品，电缆直径38mm，成圈直径500mm，弯曲成圈3圈，放入gdjs-270高低温交变湿热试验箱进行高低温循环试验。室温升温至90℃，升温时间1h，温度保持5h，关闭加热恢复室温18h，循环5次。试验结束后，取出样品，a厂家电缆护套没有开裂，b厂家电缆护套出现开裂。
67.低烟无卤聚烯烃阻燃护套填充了大量的氢氧化铝、氢氧化镁的无机阻燃剂，降低了材料的机械物理性能，破坏分子链间的连续性，减少了分子链间的缠绕，其抗拉强度、断裂伸长率指标下降较多。厂家b配方中选用了“eva+茂金属pe+无机阻燃剂体系”，未使用表面改性处理剂，氢氧化铝和氢氧化镁是极性较强的无机填充剂，它填充于聚烯烃高分子材料中，相容性稍差，在高低温循环之后，易出现相分离，材料的抗拉强度指标下降，护套承受机械外力的能力下降，导致电缆护套开裂。
68.方法三、电缆高温扭转试验
69.取样方法：采用wdzc-sptywl23 33芯铁路数字信号电缆，且电缆外径30mm，样品长度为电缆外径的50倍，样品长1.5m；截取电缆时应采用电锯，垂直电缆纵向方向取样，保证电缆试样两端圆整，且保证电缆外护套上无损伤；
70.试验方法：
71.安装电缆：先将电缆1两端插入扭转装置的金属套2中，再采用两列六个均布的螺栓3将电缆锁紧，确保扭转时电缆1端头不会滑动；
72.扭转电缆：电缆1一端固定，电缆1另一端扭转180
°
(转杆4扭转半圈)、360
°
(转杆4扭转一圈)、540
°
(转杆4扭转一圈半)不同角度后再进行固定。
73.固定电缆：将扭转后的电缆1与扭转装置整体固定在高温试验箱内，防止试验过程中电缆由于内应力反弹，固定后可保持电缆的扭转状态不变。
74.试验温度：60-70℃。
75.试验周期：时间30-90天；
76.结果判定：每天观测，检查电缆低烟无卤阻燃护套是否开裂。
77.如图1-图5所示，扭转装置包括对称的两个夹紧机构，夹紧机构包括金属套2、螺栓3和转杆4；金属套2为空心套管，当电缆插入金属套2后，螺栓3用于锁紧电缆；一侧转杆4贯穿金属套2，转杆4一端插入固定装置5的穿线孔；另一侧转杆4贯穿金属套2，电缆根据需要扭转180
°
、360
°
、540
°
或720
°
后，转杆4一端插入固定装置5的穿线孔。
78.扭转试验具体为：先将电缆1两端分别插入金属套2中，再采用螺栓3将电缆1锁紧，然后将转杆4贯穿金属套2，将转杆4一端插入固定装置5的穿线孔将电缆1一端固定，电缆1另一端扭转不同角度后再采用相同方式进行固定。
79.具体地，如图2所示，在金属套2上沿着圆周方向均匀安装有多个螺栓3。
80.具体地，金属套2为直径6cm、长度15cm的不锈钢套；螺栓3位置沿钢套120
°
均布，长度10-15cm；转杆4长40cm、直径1cm。
81.具体地，根据电缆长度，如图3和图4所示，夹紧机构固定在固定装置5上，高温试验箱的底座10上预制有固定卡槽6，固定装置5用螺丝8及螺母7固定在固定卡槽6中。将扭转后的电缆1与扭转装置整体固定，防止试验过程中电缆由于内应力反弹，固定后可保持电缆的扭转状态不变。
82.采用该扭转装置，既可以固定电缆两端，又便于扭转，省力又便捷。
83.如图5所示，高温试验箱一次可以放置多个扭转装置，可同时完成多个样品的扭转试验。
84.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，包括护套高温拉伸试验、电缆弯曲高低温循环冲击试验及电缆高温扭转试验；护套高温拉伸试验具体为：对低烟无卤阻燃护套料在20℃-80℃不同温度下进行抗拉强度性能指标测试，随着温度的升高，低烟无卤阻燃护套料抗张强度指标下降；判断比较每种低烟无卤阻燃护套料的软化点温度和下降速率，比较出不同厂家生产的低烟无卤阻燃护套料的耐热极限温度；电缆弯曲高低温循环冲击试验具体为：将一定长度的电缆弯曲成多圈，成圈直径为电缆外径的若干倍，进行高低温循环试验；试验结束后，取出样品，检查阻燃护套是否开裂；电缆高温扭转试验具体为：将电缆两端插入扭转装置中，进行扭转试验；将扭转后的电缆置于高温试验箱中，放置多天，取出检查电缆低烟无卤阻燃护套是否开裂。2.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，在护套高温拉伸试验中，低烟无卤聚烯烃护套料中含eva、poe，软化温度在60-70℃之间，分子链结构处在固态向玻璃态转化的不稳定状态，在60-70℃温度区间，低烟无卤阻燃护套料抗张强度指标下降较快。3.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，电缆弯曲高低温循环冲击试验中，放入高低温试验箱中进行高低温循环试验，具体为：由室温升温1-2h至90℃-125℃，保温4-6h；然后关闭加热，降温1-2h，恢复至室温；在室温下保持14-18h，完成一次试验；以上一次升温时间为起始时间，每24h循环一次，循环多次完成高低温循环试验。4.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，高低温循环试验中，取10～20米长度的电缆，弯曲成3-5圈，成圈直径为电缆外径的10-15倍。5.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，电缆高温扭转试验中，扭转装置包括对称的两个夹紧机构，夹紧机构包括金属套(2)、螺栓(3)和转杆(4)；金属套(2)为空心套管，当电缆插入金属套(2)后，螺栓(3)用于锁紧电缆；转杆(4)贯穿金属套(2)；一侧夹紧机构用于固定电缆的一端，另一侧夹紧机构用于扭转电缆的另一端。6.根据权利要求5所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，高温试验箱的底座(10)上预制有固定卡槽(6)，固定装置(5)固定在固定卡槽(6)中，夹紧机构固定在固定装置(5)上。7.根据权利要求5所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，扭转试验具体为：先将电缆两端分别插入金属套(2)中，再采用螺栓(3)将电缆锁紧，然后将转杆(4)贯穿金属套(2)使电缆一端固定，电缆另一端扭转不同角度后再用转杆(4)固定位置。8.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征
在于，扭转角度能够调整为180
°
、360
°
、540
°
或720
°
。9.根据权利要求1所述的一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，其特征在于，高温试验箱中能够放置多个扭转装置，用于同时完成多个样品的扭转试验。

技术总结
本发明属于铁路信号电缆评估技术领域，涉及一种铁路信号电缆阻燃护套抗开裂性能的评估方法，包括护套高温拉伸试验、电缆弯曲高低温循环冲击试验及电缆高温扭转试验；护套高温拉伸试验为：对低烟无卤阻燃护套料在20℃-80℃不同温度下进行抗拉强度性能指标测试，比较出不同低烟无卤阻燃护套料的耐热极限温度；电缆弯曲高低温循环冲击试验为：将阻燃电缆弯曲成多圈，进行高低温循环试验，结束后，取出样品，检查阻燃护套是否开裂；电缆高温扭转试验为：将阻燃电缆两端插入扭转装置中，进行扭转试验，将扭转后的阻燃电缆置于高温试验箱中，放置多天，取出检查电缆低烟无卤阻燃护套是否开裂。通过三种试验可以全面评估开裂影响因素。素。素。


技术研发人员：黄晓勇 杨拉明 王慧 卢汉晔 武林超
受保护的技术使用者：中国西电集团有限公司
技术研发日：2023.08.25
技术公布日：2023/10/15