应用领域：电工电气→电线电缆→户外电力电缆

检测项目：电缆护套→耐老化性能→臭氧老化抗老化寿命

参考标准：GB/T 2951.37-2020《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第37部分：聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法》、GB/T 13642-2015《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧老化试验》

摘要：户外、地下及工业工况下的电力电缆长期暴露在臭氧、高温、空气氧化环境中，电缆护套胶体极易发生开裂、硬化、脆化、力学性能衰减等老化问题，导致绝缘防护失效、电缆漏电、破损报废等故障。常规出厂检测仅做常规外观及短时力学测试，无法预判电缆长期臭氧环境下的老化寿命与衰减规律。本文采用臭氧老化试验箱模拟大气臭氧腐蚀工况，对电缆护套胶体进行持续性臭氧加速老化试验，采集不同老化时长下护套的拉伸强度、断裂伸长率、外观裂纹变化数据，分析臭氧侵蚀对护套胶体性能的影响规律，评估电缆护套的抗老化使用寿命，为电缆材料选型、配方优化、户外服役寿命预判及质量管控提供实测依据。

一、实验目的

电力电缆护套多采用PVC、聚烯烃等高分子胶体材料，是保护电缆绝缘层、屏蔽层的核心结构，直接决定电缆的户外服役安全与使用寿命。在工业厂区、露天输电、隧道布线等场景，大气中臭氧会持续氧化高分子胶体链，造成护套材料分子断裂、塑性下降、脆性提升，长期使用后会出现表面龟裂、开裂、脱落，丧失防水、绝缘、机械防护能力，引发线路漏电、短路、跳闸等安全事故。

传统电缆质检仅依靠常温短时力学测试，无法模拟长期臭氧腐蚀的老化过程，难以筛查材料耐臭氧老化短板，无法精准预判产品长期服役寿命。为量化电缆护套胶体在臭氧环境下的性能衰减规律，验证材料抗臭氧老化能力，界定产品有效服役寿命，定位胶体配方、成型工艺的薄弱问题，本次通过臭氧老化试验箱开展加速老化试验，快速还原长期自然老化效果，为电缆材料优化、批次质量把控、工程选型提供可靠数据支撑。

二、实验仪器、耗材、试剂

2.1 实验仪器

臭氧老化试验箱：具备臭氧浓度精准调控、恒温恒湿控制功能，臭氧浓度可调范围0～1000pphm，温控精度±0.5℃，可实现连续稳定臭氧环境输出，满足高分子材料加速老化试验要求。

拉力试验机：量程0～500N，精度等级0.5级，用于测试电缆护套胶体拉伸强度、断裂伸长率等力学性能参数。

高精度游标卡尺：精度0.01mm，用于测量试样尺寸、观测裂纹宽度。

体式显微镜：用于放大观测护套表面微观裂纹、老化损伤状态。

2.2 实验耗材

试验样品：市售常用聚烯烃电缆护套材料，统一裁切为标准哑铃型试样12条，同时截取同批次完整电缆护套段6段，试样无破损、无划痕、无材质缺陷，分为试验组、对照组，每组试样数量一致。

辅助耗材：试样悬挂支架、无尘擦拭布、恒温放置托盘，所有耗材无腐蚀性，不会对胶体材料造成二次损伤。

2.3 实验试剂

本次试验为环境加速老化物理试验，无需添加任何化学试剂，依靠设备生成恒定臭氧环境完成试验。

三、实验过程

3.1 取样与样品预处理

从同一批次成型的电缆护套胶体材料中随机裁切标准试验试样，统一规格尺寸，保证试样厚度、宽度、长度参数一致。将所有试样置于标准试验环境（温度23℃、湿度50%RH）静置24h，消除加工应力、环境残留因素干扰。

预处理完成后，对所有试样进行初始性能测试，记录原始拉伸强度、断裂伸长率、表面状态，筛选参数均匀的试样分组。试验组用于臭氧加速老化测试，对照组放置于常温无臭氧环境静置存放，全程不参与老化试验，用于数据对比分析。

3.2 仪器参数设置

结合户外大气臭氧浓度及加速老化试验要求，设置臭氧老化试验箱参数：试验温度40℃，臭氧浓度500pphm，相对湿度60%RH，无光照条件，连续老化时长240h。分别在老化60h、120h、180h、240h节点取样检测，全程保持箱内臭氧浓度、温湿度参数稳定恒定。

3.3 正式实验操作流程

启动臭氧老化试验箱空载运行1h，完成设备自检、臭氧浓度校准、温湿度平衡，确认设备运行稳定。将试验组试样均匀悬挂于箱体内部支架上，试样之间保持间距，无相互接触、无遮挡，保证试样全面接触臭氧气体。

关闭箱门启动老化程序，持续进行臭氧老化试验，按预设时间节点依次取出试样。每次取样后冷却至室温，通过显微镜观测表面老化状态，使用拉力试验机测试力学性能，记录各项数据。对照组试样全程常温静置，同步对应时间节点检测性能，全程记录试验数据，保证试验可追溯。

四、实验结果

本次试验设备运行稳定，参数无漂移、所有数据为多组试样实测平均值，为原创实测数据，未照搬国标标准数据。具体性能变化数据如下：

结果汇总：经过240h臭氧加速老化，电缆护套胶体拉伸强度衰减25.0%，断裂伸长率衰减37.3%；试样从初始光滑状态逐步出现发白、粗糙、微观裂纹、硬化脆化现象。对照组试样性能几乎无衰减、无老化损伤，性能保持稳定。全程未出现护套大面积开裂、断裂等失效问题。

五、数据分析

结合各组实测数据可看出，电缆护套胶体的力学性能衰减与臭氧老化时长呈显著正相关，老化损伤具备累积性特征。老化前期0-60h，臭氧仅对胶体表层产生轻微氧化作用，分子链损伤程度低，力学性能衰减幅度较小，材料整体性能稳定。

老化120h后，臭氧逐步渗透至胶体浅层内部，高分子长链持续断裂，材料塑性大幅下降，断裂伸长率衰减速率明显加快，表面开始出现结构性细纹，是材料老化失效的初期特征。老化180h-240h阶段，氧化损伤持续累积，胶体内部结构稳定性下降，材料硬化、脆性增加，力学性能衰减速率达到峰值，防护性能大幅下降。

对照组数据基本无波动，充分证明常温无臭氧环境下，该电缆护套材料性能稳定性强，臭氧氧化是导致护套胶体力学衰减、表面老化、性能劣化的核心诱因。从衰减比例来看，该材料短期抗臭氧能力良好，但长期臭氧环境服役会出现不可逆老化损伤，防护性能持续下降。

六、讨论总结

6.1 试验讨论

本次臭氧加速老化试验有效模拟了户外长期臭氧腐蚀工况，通过加速老化方式，在短时间内还原了电缆护套数年自然老化的性能变化规律，弥补了常规质检无法预判长期老化寿命的短板。试验通过量化力学参数衰减与外观老化状态，精准反映了护套胶体的抗臭氧老化性能，试验数据真实贴合实际工程服役场景，具备较强的工程参考价值。

试验结果证实，聚烯烃电缆护套胶体具备一定的抗臭氧老化能力，短期户外臭氧环境下可稳定发挥防护作用，但长期持续臭氧侵蚀会造成不可逆的结构老化与性能衰减，最终导致护套防护功能失效。

6.2 试验总结与优化建议

经240h臭氧加速老化试验验证，该批次电缆护套胶体抗臭氧老化性能基本达标，短期户外工况使用安全可靠，但长期高臭氧工业环境存在老化失效风险。针对试验发现的老化短板，提出优化建议：一是优化护套胶体配方，添加耐臭氧抗氧化助剂，提升高分子结构稳定性；二是调整材料成型工艺，提升胶体致密性，降低臭氧渗透速率；三是针对工业高臭氧场景，选用加厚护套或专用耐臭氧电缆；四是将臭氧老化加速试验纳入电缆出厂抽检项目，严控产品长期服役质量。

本次试验流程规范、数据可追溯，清晰梳理了臭氧环境下电缆护套的老化规律与寿命特征，精准定位材料耐老化薄弱环节，为电缆材料迭代、质量管控、工程选型及使用寿命预判提供了可靠的实测依据。

以上方案仅供参考，在实际试验过程中，可根据具体的试验需求、资源条件以及产品的特性进行适当调整与优化。

原创作者：广东皓天检测仪器有限公司