Un produttore di cavi invia una RFQ:
guaina del cavo PVC. Test di trazione IEC 60811. Serve resistenza alla trazione ed allungamento. Per favore, consiglia una macchina.
Sembra semplice, ma non ci sono ancora abbastanza informazioni per scegliere tra una macchina da 5 kN e una da 50 kN.
La prima cosa che chiederemmo è il campione.
IEC 60811-501 tratta le procedure per determinare le proprietà meccaniche dei composti isolanti e di rivestimento utilizzati nei cavi elettrici e a fibra ottica. Il materiale può provenire da un cavo di alimentazione grande, ma la macchina a trazione non sta necessariamente tirando l'intero cavo. Sta testando un campione preparato del materiale isolante o di guaina applicabile.
Questa distinzione cambia il modo in cui la macchina dovrebbe essere selezionata. La forma e le dimensioni dell'esemplare influenzano la forza attesa. Il comportamento del materiale influisce sulla selezione dell'impugnatura e sulla corsa richiesta. La resistenza alla trazione e l'allungamento determinano ciò che il sistema di misura deve catturare.
Cosa sta effettivamente testando IEC 60811-501
Un cavo finito è un sistema meccanico. A seconda della sua costruzione, può contenere conduttori, isolamento, riempitivi, schermi, corazze e una guaina esterna.
Tirando il cavo completo si possono caricare contemporaneamente diversi di questi componenti. IEC 60811-501 affronta una questione diversa: le proprietà meccaniche del composto isolante o di rivestimento applicabile.
La pubblicazione consolidata attuale è IEC 60811-501:2012+A1:2018+A2:2023, Edizione 1.2. IEC lo identifica per l'uso insieme alla IEC 60811-100.
Per un laboratorio, ciò significa che una richiesta per una "macchina di prova a trazione IEC 60811" dovrebbe prima essere tradotta in un requisito di test più specifico:
Stai testando l'isolamento o la guaina? Quale esemplare si può preparare dal cavo? Quale forza ed allungamento sono attesi? Gli esemplari vengono valutati nelle loro condizioni originali, dopo l'invecchiamento, o entrambe le cose?
Queste risposte sono più utili per la scelta dell'attrezzatura rispetto al diametro del cavo finito.
IEC 60811 è un test a cavo in serie piuttosto che universale. Per l'applicazione discussa qui, IEC 60811-501 è il metodo chiave delle proprietà meccaniche. Altre parti affrontano diversi aspetti dei materiali dei cavi non metallici; ad esempio, IEC 60811-401 copre i metodi di invecchiamento termico in un forno ad aria.
L'approccio pratico consiste nell'identificare la proprietà del materiale richiesta dalla specifica del cavo applicabile, quindi determinare il campione e il metodo di prova necessario per misurarla.
Il campione viene prima della macchina
Un produttore di cavi di alimentazione di grandi dimensioni può presumere che sia necessaria automaticamente una macchina di trazione ad alta capacità.
Non è necessariamente così.
Per i test del materiale IEC 60811-501, la capacità della macchina dovrebbe basarsi sul campione preparato piuttosto che sulla dimensione apparente del cavo finito.
A seconda della costruzione del cavo e della procedura applicabile, la forma del campione può variare. Il laboratorio può lavorare con un pezzo preparato di prova tipo manubrio o un'altra forma di campione appropriata alla costruzione e al metodo.
Per una stima iniziale della dimensione della macchina:
where:
- = forza di trazione attesa, N
- = attesa stress di trazione, MPa o N/mm²
- = area trasversale effettiva originale, mm²
Si consideri un campione con un'area di sezione trasversale efficace di 20 mm² e una tensione di trazione attesa di circa 15 MPa:
Questa è una stima di dimensionamento dell'attrezzatura, non un calcolo di accettazione.
Se un altro campione dello stesso materiale ha un'area effettiva di 40 mm², la sua forza attesa allo stesso stress sarebbe approssimativamente:
Il materiale non è cambiato. La geometria dell'esemplare sì.
Questa differenza può influenzare l'intervallo appropriato della cella di carico e la configurazione della macchina.
Passaggio dal cavo a un campione valido
Calcolo della forza è utile solo se il campione stesso è stato preparato correttamente.
Materiali isolanti e guaine del cavo possono dover essere rimossi da costruzioni curve ed estruse prima che un pezzo di prova adatto possa essere preparato. Questo crea diverse opportunità di errore di misurazione prima che il campione raggiunga la macchina di trazione.
Il materiale può essere sfiorato durante la rimozione. Il taglio può causare danni ai bordi. Lo spessore può variare a seconda dell'esemplare. Un pezzo preparato può mantenere la curvatura o deformarsi.
La misurazione dimensionale conta anch'essa perché le informazioni sulla sezione trasversale alimentano direttamente il risultato calcolato della trazione.
Una cella di carico accurata non può correggere un'area del campione erragliata.
La preparazione, la misurazione della forma e delle dimensioni del campione dovrebbero quindi seguire la procedura IEC applicabile e le specifiche cavi/prodotto, piuttosto che un campione plastico generico prelevato da un altro metodo di prova.
Presa, allineamento ed allungamento possono cambiare il risultato
Un campione preparato correttamente può comunque produrre dati scadenti se tenuto in modo errato.
Questo è particolarmente rilevante per PVC morbido, composti a guaina flessibili, isolamento sottile e materiali altamente estensibili. Le impugnature necessitano di abbastanza forza di tenuta per impedire il movimento senza creare un nuovo punto di cedimento alla mascella.
Un clampaggio insufficiente può permettere allo sguardo del campione. Aumentare la pressione può fermare lo scivolamento ma danneggiare un campione morbido e spostare la rottura sul bordo della mascella.
L'allineamento conta anche. Un campione che entra nelle impugnature con un angolo può sperimentare un percorso di carico diverso dall'asse di trazione previsto.
Ecco perché la selezione dell'impugnatura dovrebbe seguire la forma del campione e il comportamento del materiale. La superficie della mascella, il metodo di serratura, la geometria della presa e la consistenza della pressione di serraggio possono tutti influenzare la prova.
Dopo la rottura, il campione dovrebbe essere ispezionato invece di affidarsi solo al numero riportato dal software.
Dove si è rotto?
Si è mosso nelle impugnature?
Ci sono segni gravi alla mandibola?
Il campione era ancora allineato al guasto?
Un risultato ripetibile è utile solo quando la configurazione esegue ripetutamente il test previsto.
L'allungamento atteso influisce anche sulla selezione della macchina
Force è solo un lato della decisione sull'equipaggiamento.
Consideriamo due campioni che entrambi rompono sotto i 500 N. Uno raggiunge circa il 40% di allungamento mentre l'altro si estende di più volte la sua lunghezza originale di scartamento.
Possono adattarsi allo stesso intervallo di forze, ma non creano lo stesso requisito di viaggio.
Lunghezza di mano, separazione iniziale dell'impugnatura, allungamento atteso e corsa utilizzabile della macchina devono lavorare insieme. Una cella di carico di dimensioni corrette non aiuta se il campione raggiunge il percorso disponibile della macchina prima che avvenga l'evento di prova richiesto.
È necessario stabilire anche il metodo utilizzato per determinare l'allungamento.
Lo spostamento della testiera trasversale descrive il movimento della macchina. L'allungamento del materiale descrive la deformazione del campione rispetto alla sua lunghezza originale definita. A seconda della configurazione del test, il movimento della macchina può includere l'estensione del campione insieme a contributi derivanti dal movimento della presa, dalla flessibilità o dallo scivolamento.
Questo non significa che ogni test IEC 60811-501 richieda automaticamente lo stesso estensimetro. Ciò significa che il risultato dell'allungamento richiesto e l'approccio di misurazione devono essere definiti prima che il sistema venga configurato.
la forza non è la proprietà materiale
Supponiamo che due esemplari raggiungano entrambi 300 N.
Campione A ha un'area di sezione trasversale originale di 20 mm²:
Il campione B ha un'area di 10 mm²:
La cella di carico misurava la stessa forza, ma la tensione di trazione calcolata è molto diversa.
Ecco perché un valore grezzo in newton non descrive da solo le prestazioni meccaniche di un isolante o di un composto di guaina per cavi.
Le proprietà di trazione richiedono che la misurazione della forza venga interpretata insieme alla geometria del campione. L'allungamento aggiunge un'altra misurazione:
dove rappresenta la lunghezza di riferimento originale e la la lunghezza estesa rilevante utilizzata dal metodo.
Il software può calcolare e riportare automaticamente questi valori, ma non può compensare una scarsa preparazione del campione, dimensioni errate, slittamento dell'impugnatura o una lunghezza di riferimento definita in modo errato.
Questo è importante anche quando due laboratori riportano risultati diversi.
Se la resistenza alla trazione è simile ma l'allungamento differisce sostanzialmente, vale la pena verificare la preparazione del campione, le dimensioni originali, la definizione del calibro, il condizionamento, il comportamento della presa e le evidenze di slittamento prima di concludere che una macchina è imprecisa.
Due macchine calibrate possono comunque produrre risultati diversi quando i campioni non vengono testati nello stesso modo meccanico.
Prima e dopo l'invecchiamento
Alcuni programmi con materiale a cavo richiedono che le proprietà di trazione vengano valutate non solo nella condizione originale ma anche dopo un processo di invecchiamento definito.
IEC 60811-401 affronta i metodi di invecchiamento termico in un forno ad aria per composti isolanti e rivestimenti.
Un tipico programma di test può quindi confrontare:
Campione non invecchiato → resistenza alla trazione + allungamento
with:
Invecchiamento specificato → campione invecchiato → resistenza alla trazione + allungamento
Il confronto aiuta a mostrare come il comportamento meccanico del materiale cambi dopo l'esposizione termica richiesta.
Non esiste una singola temperatura e durata di invecchiamento che debbano essere copiate in ogni programma di test IEC 60811. Il cavo o la specifica del prodotto applicabile determina le condizioni richieste e i criteri di accettazione per il materiale valutato.
Questa distinzione è importante nella configurazione di un laboratorio. La macchina a trazione fornisce la misurazione meccanica; L'intero programma di test può anche richiedere l'attrezzatura per l'invecchiamento appropriata e il flusso di lavoro per il condizionamento del campione.
Come scegliere la capacità della macchina
A questo punto, la selezione della macchina diventa molto più semplice.
Inizia con la forza attesa del campione, poi controlla l'intervallo della cella di carico, la forma del campione, le impugnature, l'allungamento previsto, la corsa disponibile, il metodo di misura richiesto e il volume giornaliero di test.
La capacità dei frame viene dopo queste domande.
"La nostra forza massima attesa è 600 N. Una macchina da 5 kN basta?"
Solo dalla capacità del frame, 600 N è comodamente sotto i 5 kN.
Questo non completa la selezione.
Il laboratorio dovrebbe comunque verificare che la configurazione della cella di carico scelta sia adeguata al reale intervallo di lavoro, che il campione possa essere tenuto in mano senza scivolare o danneggiare la mascella, e che la corsa disponibile supporti l'allungamento atteso.
Qui l'ITM-LAB RS-8010A e RS-8000 soddisfano esigenze diverse.
RS-8010A — applicazioni IEC 60811-501 a minor resistenza
The ITM-LAB RS-8010A Servo Control Universal Testing Machine copre capacità da 50 N fino a 5 kN.
Per molti campioni di isolamento e guaina a bassa forza, RS-8010A è la prima piattaforma a valutare.
Il sistema completo può includere:
La configurazione esatta dovrebbe seguire il comportamento atteso del campione piuttosto che trattare IEC 60811-501 come un unico pacchetto macchina e impugnatura fisso.
RS-8000 — requisiti di laboratorio di maggiore forza o più ampi
La ITM-LAB RS-8000 Servo Control Tensile Testing Machine copre 10–50 kN.
RS-8000 diventa rilevante quando il programma di test effettivo entra in un intervallo di forza lavoro sostanzialmente più ampio o quando il laboratorio necessita di una piattaforma più ampia per ulteriori applicazioni di trazione a forza elevata.
Ad esempio, un produttore di cavi potrebbe volere un sistema unico per diversi programmi di materiali e componenti piuttosto che una macchina dedicata solo a isolamenti a minore forza e campioni di guaina. In tal caso, il carico di lavoro più ampio del laboratorio potrebbe giustificare il telaio a maggiore capacità.
Un cavo grande da solo non lo fa.
