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電纜擠塑工藝基礎(chǔ)培訓(xùn)

塑料和導(dǎo)體

塑料電現(xiàn)電纜要適應(yīng)各種不同需要，就應(yīng)具有廣泛的優(yōu)異而穩(wěn)定的使用性能。塑料電線電纜的使用性能和壽命，決定于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、塑料選用的合理性以及工藝的完善性。從塑料電線電纜技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，合理而正確的使用材料是關(guān)鍵的因素。為了制造性能優(yōu)異而穩(wěn)定的塑料電線電纜，在導(dǎo)電線芯和半成品纜芯滿足規(guī)定的技術(shù)要求的前提下，主要是對(duì)絕緣和護(hù)套用塑料提出了較高的要求。絕緣塑料的基本要求是具有優(yōu)異的電絕緣性能，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品用途和使用條件分別提出對(duì)機(jī)械性能、耐高溫性、物理－化學(xué)性能及工藝性能的要求。對(duì)護(hù)套塑料的基本要求是耐受各種環(huán)境因素作用的老化性能，在滿足這個(gè)條件下分別提出一些特殊要求和輔助要求。

第一節(jié)  塑料

塑料是高分子合成材料中凡是性能上具有可塑性變化的材料的總稱。塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類，電線電纜制造中所用的塑料都是熱塑性塑料。電線電纜常用的熱塑性塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、泡沫聚乙烯、氟塑料、聚酰胺、聚丙烯和聚酯塑料等。

塑料是以合成樹(shù)脂為基本成份，再添加各種配合劑，經(jīng)捏合、切粒等工藝而塑制成一定形狀的材料。為了滿足加工、貯存和使用的要求，合成樹(shù)脂內(nèi)一般都要添加各種配合劑，根據(jù)添加配合劑所起的作用不同，塑料的添加劑大致有以下幾種：防老劑（它包括抗氧劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、光屏蔽劑等，這幾種材料在塑料中所起的作用不同但又相互聯(lián)系，同一種材料可起幾種作用，所以統(tǒng)稱為防老劑。）；增塑劑；交聯(lián)劑；潤(rùn)滑劑；填充劑；著色劑；發(fā)泡劑；防霉劑；驅(qū)避劑；阻燃劑；耐電壓穩(wěn)定劑；抑煙劑等。各種塑料既具有塑料共有的特性，又具有各不相同的各自獨(dú)具的某些特性。各種塑料共有的特性有：比重小、機(jī)械性能較高、電絕緣性能優(yōu)異并且化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水、耐油、加工成型方便，原料來(lái)源豐富。為了適應(yīng)日益增長(zhǎng)的電線電纜技術(shù)發(fā)展的需要，塑料將不斷改進(jìn)配方和性能，提高其耐熱性和電壓等級(jí)，提高材料的耐寒、耐大氣老化性能、耐火阻燃性能，延長(zhǎng)電線電纜使用壽命，同時(shí)，還將不斷開(kāi)發(fā)新型塑料并合理用于電線電纜上。

一、    塑料基本性能的含義

1.    體積電阻系數(shù)

塑料在電場(chǎng)的作用下有泄漏電流通過(guò)，泄漏電流通過(guò)塑料時(shí)的阻力稱為體積電阻。電流通過(guò)每1cm³塑料的電阻即為體積電阻系數(shù)ρv，單位為歐姆米，單位符號(hào)為Ω.m。體積電阻系數(shù)越高，絕緣性能越好。

2.    擊穿場(chǎng)強(qiáng)

當(dāng)塑料上施加的電壓達(dá)到某一極限時(shí)，塑料喪失絕緣性能被擊穿，擊穿瞬間所施加的電壓值稱為塑料的擊穿電壓，擊穿電壓與塑料厚度之比稱為擊穿場(chǎng)強(qiáng)E單位符號(hào)為kV/mm。

3.    介電常數(shù)

它是表示塑料極性大小的指標(biāo)。介電常數(shù)ε越小，塑料在電場(chǎng)作用下的極化強(qiáng)度越小，其介質(zhì)損耗也越小。

4.介質(zhì)損耗角正切

在交變電場(chǎng)作用下，塑料中所消耗的級(jí)量稱為介質(zhì)損耗。它常以介質(zhì)損耗角的正切值tgδ來(lái)表示。介質(zhì)損耗角正切tgδ越小，說(shuō)明介質(zhì)損耗也越小，塑料的電絕緣性能越好。在高頻、高壓下使用時(shí)，要求塑料的tgδ值不大于千分之幾或萬(wàn)分之幾；低壓和一般的絕緣時(shí)，塑料的tgδ值則不大于百分之幾。

5.    耐電暈性

在高電壓情況下，由于絕緣表面放電而引起電暈，當(dāng)其襲擊絕緣體時(shí)，因離子撞擊、電子襲擊、臭氧襲擊和局部熱的作用，導(dǎo)致高聚物裂解，使其電絕緣性能和物理機(jī)械性能產(chǎn)生惡化。塑料抵抗電暈作用而保持其使用性能的能力，稱為耐電暈性。

6.    抗拉強(qiáng)度和延伸率

在材料拉力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)塑料試樣施加靜態(tài)拉伸載荷并以一定速度拉伸直至試樣斷裂。此時(shí)試樣單位截面上所承受的拉力稱為該塑料的抗拉強(qiáng)度。試樣拉斷時(shí)長(zhǎng)度增加的百分比稱為該塑料的延伸率。

1.    密度

在一定溫度下（通常指20^oC），單位體積塑料試樣的質(zhì)量，稱為塑料的密度。

2.    耐熱變形性

塑料在受熱條件下，仍能保持良好的物理機(jī)械性能的最高溫度，即為該塑料的耐熱變形性能。通常以塑料在等速升溫時(shí)，在一定負(fù)荷下使其變形達(dá)到規(guī)定值時(shí)的溫度來(lái)表示。

3.      熔融指數(shù)

在一定溫度荷壓力下，熔融樹(shù)脂在10分鐘內(nèi)從一定孔穴中被壓出的克數(shù)，稱為熔融指數(shù)，以MI表示，單位為g/min。

4.      耐寒性

在低溫下，塑料仍能保持一定的物理機(jī)械性能的能力，稱為塑料的耐寒性。它常用以下的耐寒溫度來(lái)表示。

（1）    低溫脆化溫度：即為塑料在低溫下，受特定的沖擊負(fù)荷時(shí)，50％的試樣出現(xiàn)損壞時(shí)的溫度。

（2）    低溫對(duì)折溫度：即為塑料試樣在彎折180^o時(shí)出現(xiàn)將要破裂而未破裂時(shí)的溫度。

（3）    低溫沖擊壓縮溫度：即為塑料試樣在低溫下，以一定能量和速度的沖錘對(duì)其進(jìn)行沖擊壓縮，使之破裂率達(dá)50％時(shí)的溫度。

5.      耐燃性能

耐燃性能是指塑料抵抗火焰燃燒的能力。通常塑料接觸火焰后均會(huì)燃燒，移去火焰后，延燃情況隨塑料品種不同而不同，因此耐燃性能亦有差別。

6.      耐熱老化性能

塑料在加工和使用過(guò)程中，由于變熱導(dǎo)致塑料性能變劣，這種現(xiàn)象稱為熱老化。塑料抵抗熱老化的能力稱為耐熱老化性。

采用在高溫下，進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，測(cè)定塑料性能（機(jī)械性能或電氣性能）在老化后的保留率，來(lái)衡量塑料的耐熱老化性。

7.      耐氣候性

塑料在大氣條件下使用，受日曬、雨淋、風(fēng)吹、大氣污染等嚴(yán)酷的自然條件作用，塑料性能變劣稱為大氣老化。塑料抵抗大氣老化的能力稱塑料的耐氣候性。

8.      耐油性能及耐溶劑性能

塑料與礦物油或各類溶劑接觸時(shí)，抵御油或溶劑的能力稱為塑料的耐油性能或耐溶劑性能�？捎迷嚇咏�入油或溶劑中，在一定溫度下經(jīng)一定時(shí)間后，測(cè)定其吸油或溶劑的吸收率、體積變化率或抗拉強(qiáng)度、延伸率的保留率來(lái)衡量。

9.      耐水性及耐濕性

塑料在浸水或潮濕條件下，抵御水或潮濕氣體滲入的能力，稱為塑料的耐水性或耐濕性。塑料吸水或吸濕后，會(huì)引起絕緣電阻、擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降，介質(zhì)損耗增大，且使塑料的外觀、重量、機(jī)械性能等都有變化。所以要求塑料應(yīng)具有良好的耐水性和耐濕性。對(duì)于電線電纜用塑料，主要考慮的是，在浸水或吸濕后，應(yīng)保證塑料的電絕緣性能符合使用要求。

塑料的吸水量，可用單位面積的吸水量、吸水率或吸水重量來(lái)表示。塑料的透濕性，則以透濕系數(shù)和透汽量來(lái)表示。

10.  耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性

一些結(jié)晶型塑料，由于加工過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力的存在和使用時(shí)接觸化學(xué)藥品，致使在貯存和使用中出現(xiàn)開(kāi)裂，稱為環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂。塑料抵御環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的能力稱為耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能�？捎帽砻婵逃胁酆鄣乃芰蠌澢�試樣，置入表面活性劑中，觀察在規(guī)定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)開(kāi)裂的試樣數(shù)量及所占比例來(lái)衡量。

二、       聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹(shù)脂為基礎(chǔ)，加入各種配合劑混合而成的。其機(jī)械性能優(yōu)越、耐化學(xué)腐蝕、不延燃、耐氣候性好、電絕緣性能好、容易加工、成本低，因此是電線電纜絕緣和護(hù)套用的好材料。

1.聚氯乙烯樹(shù)脂

聚氯乙烯樹(shù)脂是由氯乙烯聚合而成的線型熱塑性高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)如下：

                H             H               H    H        H     H

……        C           C              C     C                C    C    ……

                       Cl            H              Cl    H        Cl    H

          _n

從該分子結(jié)構(gòu)看，聚氯乙烯具有以碳鏈為主鏈，呈線型，含有C   Cl極性鍵。聚氯乙烯樹(shù)脂具有下列基本特性：

（1）    是熱塑性的高分子材料，可塑性和柔軟性較好。

（2）    由于C   Cl極性鍵的存在，樹(shù)脂具有較大德極性，因此介電常數(shù)ε和介質(zhì)損耗角的正切值較大，在低頻情況下，有較高的耐電強(qiáng)度。另外由于極性鍵的存在，分子間的作用力較大，機(jī)械強(qiáng)度較高。

（3）    分子結(jié)構(gòu)中含有氯原子，樹(shù)脂具有不延燃和較好的耐化學(xué)腐蝕性及耐氣候性。氯原子能破壞分子的晶體結(jié)構(gòu)，樹(shù)脂的耐熱性較低，耐寒性較差，加入適量的配合劑，就能改善樹(shù)脂的性能。

2.聚氯乙烯樹(shù)脂的種類

聚乙烯的聚合方法有：懸浮聚合、浮液聚合、本體聚合和溶液聚合四種。

聚氯乙烯樹(shù)脂的制造目前主要采用懸浮聚合方法，電線電纜就是采用懸浮法聚氯乙烯樹(shù)脂。

聚氯乙烯懸浮聚合過(guò)程中所用樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)形狀有：疏松型樹(shù)脂（XS型）和緊密型樹(shù)脂（XJ型）。疏松型樹(shù)脂質(zhì)地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，晶點(diǎn)少，因此電線電纜用的樹(shù)脂是疏松型。樹(shù)脂的特性如下：

3.聚氯乙烯的主要性能

1）電絕緣性能：聚氯乙烯樹(shù)脂是一種極性較大的電介質(zhì)，電絕緣性能較好，但比較非極性材料（如聚乙烯、聚丙烯）稍差。樹(shù)脂的體積電阻率大于10¹⁵Ω·cm；樹(shù)脂在25^oC和50H_z頻率下的介電常數(shù)ε為3.4～3.6，當(dāng)溫度和頻率變化時(shí)，介電常數(shù)也隨之明顯的變化；聚氯乙烯的介質(zhì)損耗正切tgδ為0.006～0.2。樹(shù)脂的擊穿場(chǎng)強(qiáng)不受極性影響，在室溫和工頻條件下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比較高。但聚氯乙烯的介質(zhì)損耗較大，因而不適用于高壓和高頻場(chǎng)合，通常用在15kV以下的低壓和中壓電線電纜的絕緣材料。

2）老化穩(wěn)定性：從分子結(jié)構(gòu)上看，氯原子都與碳原子相連，應(yīng)具有較高的耐老化穩(wěn)定性。但在生產(chǎn)過(guò)程中，由于溫度的直接影響和機(jī)械力的作用，易放出氯化氫，在氧的作用下，產(chǎn)生降解或交聯(lián)，導(dǎo)致材料變色發(fā)脆，物理機(jī)械性能顯著下降，電絕緣性能惡化，因此聚氯乙烯老化。為改善它的老化性，必須添加一定的穩(wěn)定劑。

3）熱機(jī)械性能：聚氯乙烯樹(shù)脂為無(wú)定型聚合物，在不同溫度下具有三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。聚氯乙烯樹(shù)脂的玻璃化溫度為80^oC左右，粘流溫度160^oC左右。在常溫下處于玻璃狀態(tài)，這很難滿足電線電纜使用要求。為此，必須將聚氯乙烯進(jìn)行改性，使其在室溫下具有較高的彈性，同時(shí)又兼有較高的耐熱性和耐零性。加入適量的增塑劑能夠調(diào)節(jié)玻璃化溫度，以增加塑性，達(dá)到柔軟性，提高機(jī)械性能。

4.電線電纜用聚氯乙烯塑料

聚氯乙烯塑料是多組份塑料，根據(jù)不同的使用條，改變配合劑的品種和用量，能夠制得不同品種的電線電纜用聚氯乙烯塑料。

聚氯乙烯電纜塑料按其在電線電纜上用途不同，可分為絕緣級(jí)電纜料和護(hù)層級(jí)電纜料。

（1）          絕緣用聚氯乙烯塑料

根據(jù)電線電纜的使用要求和特性，絕緣用聚氯乙烯塑料的類型、性能、要求及主要用途如下表所示。

絕緣用PVC塑料分類及性能

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