3.4 Экспериментальное сравнение свойств образцов материалов

Для разработки конструкции кабеля с полиолефиновой изоляцией проведён ряд, механических и термических испытаний, а также проведён анализ свойств сшитого, несшитого полиэтилена и ПВДФ с целью выявления преимуществ и недостатков в кабельной конструкции предлагаемого мной материала. Исследования проводились в лабораториях заводов ООО «Еврокабель» и ОАО НП «Подольсккабель».

3.4.1 Механические испытания

Механические испытания изоляционных материалов проведены с целью определения разрушающих свойств. Были проведены испытания на растяжение. Метод основан на растяжении испытуемого образца с установленной скоростью деформирования, при котором определяют показатели (ГОСТ 11262-80 (СТ СЭВ 1199-78)). Для испытаний применялись образцы типа 2, форма и размеры которой указаны на Рис. 3.4.1.1. и в табл. 3.4.1.1.

Рис. 3.4.1.1. Форма образца. Тип 2

Таблица 3.4.1.1.

Геометрические размеры образца

Параметр	Значение
Общая длина l1, мм,не менее	150
Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце l2, мм	115±5
Длина рабочей части l3, мм	60±0,5
Расчетная длина l0, мм	50±0,5
Ширина головки b1, мм	20±0,5
Ширина рабочей части b2, мм	10±0,5
Толщина d, мм	4 ±0,4
Радиус закругления r, мм, не менее	60

При изготовлении образцов механической обработкой из изделий и полуфабрикатов, в том числе из листов и пластин, максимально допустимая толщина должна соответствовать толщине изделия или полуфабриката, но не более 10 мм. При изготовлении образца типа 2 использовался нож вырубной штанцевый ТИП-IIIГОСТ 270.

Для испытания материалов используют не менее пяти образцов. Образцы кондиционируют не менее 16 ч по ГОСТ 12423-66 при температуре (296±2) К (23±2)°С и относительной влажности (50±5)%.

Испытание проводят на машине, которая при растяжении образца должна обеспечивать измерение нагрузки с погрешностью не более 1% от измеряемой величины и постоянную скорость раздвижения зажимов в пределах, требуемых настоящим стандартом. Зажимы машины обеспечивают надежное крепление образцов и совпадение продольной оси образца с направлением растяжения и не должны вызывать разрушений образцов в месте крепления. Перед испытанием на образцы наносят необходимые метки. Толщину и ширину образцов измеряют в трех местах, в середине и на расстоянии 5 мм от меток. Из полученных значений вычисляют средние арифметические величины, по которым вычисляют начальное поперечное сечение S₀. Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и направлениям движения подвижного зажима. Зажимы равномерно затягивают, чтобы исключалось скольжение образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушения в месте закрепления. При испытании измеряют нагрузку и удлинение образца непрерывно или в момент достижения предела текучести, максимальной нагрузки, в момент разрушения образца. Испытания проводились на машинеTiniusOlsenH5KS(Италия) (Рис. 3.4.1.3).

Рис. 3.4.1.2. Испытание на разрыв материала на машине TiniusOlsenH5KS

В качестве испытуемых образцов были использованы материалы СПЭ и ПВДФ. Результаты измерений представлены в таб. 3.4.1.2 и таб. 3.4.1.3.

Таблица 3.4.1.2

Результаты испытания на растяжения СПЭ

Параметр	№ образца
	1	2	3	4	5
Максимальная нагрузка, Fрм, Н	86,3	102,3	96,9	107,0	118,5
Нагрузка при разрыве, Fрр, Н	87,8	104,0	98,5	108,5	119,0
Удлинение образца ∆lор, мм	128,488	137,172	131,871	132,292	136,213
Относительное удлинение при максимальной нагрузке εрм, %	407,06	408,94	380,95	379,68	415,45

Таблица 3.4.1.3

Результаты испытания на растяжения ПВДФ

Параметр	№ образца
	1	2	3	4	5
Нагрузка при разрыве, Fрр, Н	550,1	591,7	575,3	610,0	555,9
Удлинение образца ∆lор, мм	70,856	70,141	86,546	83,893	87,141
Относительное удлинение при максимальной нагрузке εрм, %	211,15	203,41	255,31	250,40	259,77

Обработка результатов:

Значения прочности (σ) в МПа (Н/мм²) вычисляют по формулам:

прочность при разрыве (σ_рр)

(3.4.1.1)

где

F_рр- нагрузка, при которой образец разрушился, Н;

S_о- начальное поперечное сечение образца, мм².

Площадь рабочей поверхности образцов S_о=10,659 мм².

За результат испытания принимают среднее арифметическое не менее пяти определений, вычисляемое до третьей значащей цифры.

Прочность при разрыве СПЭ (σ_ррСПЭ)

,

Прочность при разрыве ПВДФ (σ_ррПВДФ)

;

Данные расчетов приведены в таблице 3.4.1.4.

Таблица 3.4.1.4

Сравнение механических свойств СПЭ и ПВДФ

Материал	СПЭ				ПВДФ
Параметр № образца	σрр, МПа	∆lор, мм	εрм, %	σрр, МПа		∆lор, мм	εрм, %
1	8,237	128,488	407,06	51,609		70,856	211,15
2	9,757	137,172	408,94	55,512		70,141	203,41
3	9,241	131,871	380,95	53,973		86,546	255,31
4	10,179	132,292	379,68	57,229		83,893	250,40
5	11,164	136,213	415,45	52,153		87,141	259,77
Среднее значение	9,7	133,2	398,4	54,1		79,7	236,0

Проведя анализ на основе механического испытания на растяжение сшитого полиэтилена и сшитого поливинилиденфторида, можно сделать вывод о том, что последний, в качестве изоляции, будет выдерживать механическую нагрузку далеко не хуже, чем часто использующийся сегодня СПЭ.