[科普中国]-材料机械性能试验

简介

测定材料在一定环境条件下受力或能量作用时所表现出的特性的试验，又称材料力学性能试验。试验的内容主要是测量材料的强度、硬度、刚性、塑性和韧性等。材料机械性能的测定与机械产品的设计计算、材料选择、工艺评价和材质的检验等有密切的关系。测出的机械性能数据不仅取决于材料本身，还与试验的条件有关。例如,取样的部位和方向、试样的形状和尺寸,试验时的加力特点,包括加载速度、环境介质的成分和温度等,都会影响试验的结果。为了保证试验结果的相对可比性，通常都制订出统一的标准试验方法，对试验条件一一作出规定，以便试验时遵守。

种类机械性能试验可分为静力试验和动力试验两大类。静力试验包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、剪切试验、扭转试验、硬度试验、蠕变试验、高温持久强度试验、应力松弛试验、断裂韧性试验（见断裂力学分析）等。动力试验包括冲击试验、疲劳试验（见疲劳强度）等。

机械性能试验在各种特定的试验机上进行。试验机按传动方式分机械式和油压式两类，可手动操作或自动操纵。有的试验机还带有计算机装置，按编好的程序自动进行试验操作和控制，并可用图像和数字显示出结果，提高试验的精度，使用方便1。

引拔材料机械性能试验引拔材料以其良好的介电性能、极高的抗拉强度, 备受亲睐。因此, 在电力系统中得到比较广泛的应用。近几年, 在停电作业、带电作业工具中也逐渐使用引拔材料替代传统的管材、板材制做承拉工具。

引拔绝缘材料的制作工艺在传统的绝缘管材(包括各种异型管) 制作过程中, 浸胶的玻璃纤维布条都是由手工控制拉力(布条的松紧) , 在匀速旋转的管芯上交叉缠绕, 然后进行烘干、脱模、打磨、表面浸漆等工序, 各工序工艺质量控制分开。而引拔材料的生产过程, 是浸漆玻璃纤维连续不断成型的一种方法, 整个工艺过程、工艺参数集中控制, 全部是在无人操作的条件下进行的; 工人的劳动强度低, 生产效率高, 且产品质量稳定。引拔材料的最大特点是: 增强材料和基体的比例可按要求进行调配。因此, 两种材料从整个生产工艺上完全不同。所以, 两种材料的各项指标(如密度、外表光洁度、增强材料的均匀性、电气及机械强度等) 都各不相同。从多次试验结果看, 引拔材料的机电性能, 尤其是抗拉强度远远大于手工缠绕的绝缘材料及层压板材。但引拔材料的使用仅限于纯拉伸的受力状态, 不可承受太大的扭矩, 尤其在带电作业中使用, 必须采取防扭措施, 这一点务必注意。

绝缘材料使用的现状带电作业常用的绝缘构件, 都是使用玻璃纤维布浸以环氧树脂后, 热压或卷制而成的环氧酚醛玻璃布板(又称3240) 或环氧酚醛玻璃布管(又称3640) 。一般用于带电作业承力工具的材料是玻璃布板, 尤其是在330～500 kV 电压等级, 使用更为普遍。

绝缘材料是制作带电作业工具的主要材料, 其性能和质量直接影响到绝缘工具的使用安全。目前我国的玻璃布板和玻璃布管大多是以玻璃纤维编织布为增强材料, 以环氧酚醛为基体材料组成的。其中酚醛树脂用量的多少直接影响绝缘材料的性能,对两种树脂进行比较, 可见酚醛树脂的电气性能确实较差, 故环氧酚醛玻璃布制品不适合于制作超高压绝缘工具。在330～500 kV 带电作业中, 一般使用直径18 mm 的引拔棒作为承拉工具, 如紧线杆、吊线杆等。结合实际使用情况, 试品选择了哈尔滨玻璃钢研究所、西安绝缘材料厂生产的引拔棒, 做了机械和电气试验, 将试验结果分别介绍于下2。

试验结果1 机械试验

机械试验主要做了抗拉、抗弯、扭矩及密度试验。通过引拔棒与板材、管材的差异，可以看出, 引拔棒的平均值要高于板材和管材。

2 电气试验

电气试验试品选用哈尔滨玻璃钢研究所的引拔棒和哈尔滨电力工具厂的环氧酚醛绝缘管及哈尔滨绝缘材料厂的环氧酚醛绝缘板, 进行工频闪络电压试验。

总结根据试验结果可以发现引拔棒的各项机械性能都远远高于板材, 更高于管材, 并可承受较小的扭矩, 而且电气性能也优于管材和板材。因此使用引拔棒制作承拉工具较为合理; 但对于引拔棒的连接附件需进一步开展研究工作。由于目前广泛使用的外楔型和内楔型的两种连接方式存在一定的缺陷,从试验破坏的部位都是在附件的加工部位, 材料本身的性能并未充分发挥。所以有必要在连接附件上列一课题进行专门的研究开发工作, 使引拔棒这一新型材料更充分地发挥高强度性能, 更安全合理地使用3。