一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置及方法与流程

本发明涉及电缆性能测试，具体涉及一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置及方法。

背景技术：

1、聚丙烯由于具有比重小、价格低、化学性能稳定、绝缘性能优异等特点，现有技术常将聚丙烯用于制备电力电缆，主要是将聚丙烯与弹性体进行混合，配以抗氧剂等配合剂进行共混改性。然而，聚丙烯本身热收缩量很大，并且模量高，在生产加工过程中存在非常严重的残余应力问题，但是缺少有效的表征手段。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明一方面提出了一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，包括非金属支架、试样夹具、拉伸螺杆、固定螺杆及应力传感器；所述试样夹具设于所述非金属支架上，用于夹持压片试样，所述拉伸螺杆安装于所述非金属支架上，并与所述试样夹具的一端连接，用于对压片试样施加拉伸应变，所述固定螺杆安装于所述非金属支架上，并与所述试样夹具的另一端连接，所述应力传感器连接于所述固定螺杆，用于实时监测应力。具体而言，所述压片试样为聚丙烯试样。

2、进一步地，所述试样夹具为对开式平板或楔形自紧夹具；所述试样夹具采用的材质为聚醚醚酮（peek）、聚酰亚胺（pi）或玻纤增强聚四氟乙烯（ptfe）。

3、进一步地，所述拉伸螺杆采用聚醚醚酮螺杆或氮化硅陶瓷螺杆，所述拉伸螺杆的螺纹规格为m6~m10，导程为10~20 mm，驱动方式为手动旋钮驱动或微型步进电机驱动，所述拉伸螺杆的位移范围为0~50 mm，精度为±0.05 mm。

4、进一步地，所述非金属支架在长度方向上下部做镂空处理，外形尺寸范围为：长200~300mm，宽80~120mm，高50~80mm；所述非金属支架的结构形式为双柱导向式，能够确保拉伸轴线水平，随着对拉伸螺杆的拉伸，能够保证施加在聚丙烯试样上的应力水平和稳定。

5、进一步地，所述非金属支架由聚醚醚酮（peek）或聚酰亚胺（pi）或玻纤增强聚四氟乙烯（ptfe）制成。

6、进一步地，所述试样夹具连接聚丙烯试样的位置垫片，所述垫片一面贴所述聚丙烯试样设置，另一面贴所述试样夹具。

7、进一步地，所述垫片为耐高温硅胶垫、厚度为0.5~1 mm，或者所述垫片为聚四氟乙烯膜，厚度为0.1~0.2 mm。

8、进一步地，所述应力传感器采用s型或轮辐式，电阻应变式、耐高温型（工作温度为-20~150℃）。

9、具体而言，本发明提供的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，具有如下优势：为有效表征聚丙烯电缆残余应力提供了试验用装置，能够对聚丙烯试样施加拉伸应力可诱导分子链沿拉伸方向取向，并促使晶区发生重排（如晶片滑移、晶型转变），若在保持应变状态下冷却至室温，取向结构和部分内应力被“冻结”，形成模拟的残余应力场；通过实时记录应力变化，结合离线/原位结构与电性能表征，建立残余应力与性能之间的定量关系，从而对残余应力进行表征。

10、本发明的第二方面提出了一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，应用上述任一项所述的拉伸试验装置，包括：

11、试样准备：制备聚丙烯试样，控制其厚度为0.1~0.5mm，长度为100~120 mm；

12、装置组装与初始标定：将试样安装于试样夹具中，记录应力传感器示值≤0.5 n时的位移零点；

13、高温加热：将组装好的拉伸装置置于空气烘箱中，升温至100~130℃，保温至试样中心温度均匀；

14、施加拉伸应变：通过拉伸螺杆以恒定速率对试样施加目标拉伸应变；

15、应力松弛与冷却冻结：在保持应变不变的条件下进行高温应力松弛，随后在保持应变状态下冷却至室温，使残余应力被“冻结”；

16、性能测试：对冷却后的试样进行击穿试验。

17、进一步地，施加拉伸应变，拉伸速率为1~10 mm/min，目标应变为1%~25%。

18、进一步地，冷却方式为自然冷却、开门冷却或急冷，冷却过程中持续记录应力-温度-时间数据。

19、进一步地，绝缘性能测试为击穿强度测试，采用不等径电极或球-板电极进行。

20、进一步地，拉伸速率为5mm/min，目标应变为1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%。

21、进一步地，进行击穿试验时，加拉伸模具及试样放在电极支架上。

22、进一步地，所述聚丙烯试样选用聚丙烯绝缘材料，制备过程中避免使用成核剂或抗氧剂，其熔融指数为2～10 g/10min，测试条件230℃/2.16kg。

23、进一步地，制备的聚丙烯试样为正方形样片，长度为100~120 mm，厚度为0.1～0.5mm。

24、进一步地，高温加热时，拉伸装置置于空气烘箱后，连接传感器信号线连接至外部采集仪，采集应力数据。

25、进一步地，施加拉伸应变过程中，以恒定速率拉伸至目标位移，并实时记录，形成应力-应变曲线；到达目标应变后，保持应变恒定，继续监测高温应力松弛30分钟。

26、本发明提供的一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，为聚丙烯电缆残余应力测试提供了具体操作方法，能够施加拉伸应力可诱导分子链沿拉伸方向取向，并促使晶区发生重排（如晶片滑移、晶型转变），若在保持应变状态下冷却至室温，取向结构和部分内应力被“冻结”，形成模拟的残余应力场。通过实时记录应力变化，结合离线/原位结构与电性能表征，建立残余应力与性能之间的定量关系，从而更好的表征聚丙烯电缆残余应力；该方法还可用于其他微观结构和介电性能的测试。

1.一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，其特征在于，包括非金属支架、试样夹具、拉伸螺杆、固定螺杆及应力传感器；所述试样夹具设于所述非金属支架上，用于夹持压片试样，所述拉伸螺杆安装于所述非金属支架上，并与所述试样夹具的一端连接，用于对压片试样施加拉伸应变，所述固定螺杆安装于所述非金属支架上，并与所述试样夹具的另一端连接，所述应力传感器连接于所述固定螺杆，用于实时监测应力。

2.权利要求1所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，其特征在于，所述试样夹具为对开式平板或楔形自紧夹具；所述试样夹具采用的材质为聚醚醚酮（peek）、聚酰亚胺（pi）或玻纤增强聚四氟乙烯（ptfe）。

3.权利要求1所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，其特征在于，所述拉伸螺杆采用聚醚醚酮螺杆或氮化硅陶瓷螺杆，所述拉伸螺杆的螺纹规格为m6~m10，导程为10~20 mm，驱动方式为手动旋钮驱动或微型步进电机驱动，所述拉伸螺杆的位移范围为0~50 mm，精度为±0.05 mm。

4.权利要求1所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验装置，其特征在于，所述非金属支架在长度方向上下部做镂空处理，外形尺寸范围为：长200~300mm，宽80~120mm，高50~80mm；所述非金属支架的结构形式为双柱导向式。

5.一种模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，应用权利要求1-4中任一项所述的拉伸试验装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，其特征在于，施加拉伸应变，拉伸速率为1~10 mm/min，目标应变为1%~25%。

7.根据权利要求5所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，其特征在于，冷却方式为自然冷却、开门冷却或急冷，冷却过程中持续记录应力-温度-时间数据。

8.根据权利要求5所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，其特征在于，绝缘性能测试为击穿强度测试，采用不等径电极或球-板电极进行。

9.根据权利要求6所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，其特征在于，拉伸速率为5mm/min，目标应变为1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%。

10.根据权利要求5所述的模拟聚丙烯电缆残余应力的原位拉伸试验方法，其特征在于，进行击穿试验时，加拉伸模具及试样放在电极支架上。