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        常用電線電纜絕緣材料優缺點分析

        • 分類:電纜百科
        • 作者:博纜會
        • 來源:w
        • 發布時間:2021-04-21 09:46
        • 訪問量:0

        常用電線電纜絕緣材料優缺點分析

        一、PVC材料

        PVC聚氯乙烯(以下簡稱PVC)絕緣材料是在PVC粉中添加穩定劑、增塑劑、阻燃劑、潤滑劑及其它助劑的混合物。針對電線電纜不同應用與不同的特性需求,其配方做相應的調整。經過幾十年的生產和使用,目前PVC制造及加工技術已經非常成熟。PVC絕緣材質在電線電纜領域有著非常廣泛的應用,并有著顯著的自身特點: 

            1)制造技術成熟、易成型和加工制造。相比其它類的線纜絕緣材料,不僅成本低廉,在線材表面色差、光啞度、印字、加工效率、軟硬度、導體的附著力、線材本身的機械物理性能和電性能方面均可作有效控制。 

           2)具有非常良好的阻燃性能,故PVC絕緣電線極易達到各類標準規定的阻燃等級。 

           3)在耐溫方面,通過對材料配方優化改進,目前常用的PVC絕緣類型主要有以下三類:

             4)在額定電壓方面,一般使用于額定1000V AC及其以下電壓等級,可廣泛應用于家用電器、儀器儀表、照明、網絡通訊等行業。 

           5)無毒無味的PVC絕緣線,還可廣泛使用于空調,冰箱等電器配線。 

         

           PVC也有一些自身缺點,限制了其使用: 

            1) 由于含有大量氯元素,燃燒時會散發出大量濃煙會讓人窒息,影響能見度,并產生一些致癌物質和HCl氣體,對環境造成嚴重危害。隨著低煙無鹵絕緣材料制造技術的發展,逐步取代PVC絕緣已成為線纜發展的必然趨勢。目前一些有影響力及社會責任感較強的企業,在公司技術標準中明確提出了替代PVC材料的時間表。

            2) 普通PVC絕緣耐酸堿,耐熱油,耐有機溶劑性能較差,根據相似相溶的化學原理,PVC線材極易在所述特定環境中出現破損和開裂。 

            但是,憑借其優良的加工性能和低廉的成本。PVC線纜在家用電器、照明燈飾、機械裝備、儀器儀表、網絡通訊、樓宇布線等領域仍得到廣泛的使用。

         

        二 、交聯聚乙烯電線電纜絕緣

         

        交聯聚乙烯(Cross-linke PE,以下簡稱 XLPE)是聚乙烯受到高能射線或交聯劑的作用,在一定條件下能從線型分子結構轉變成體型三維結構。同時由熱塑性塑料轉變成不溶的熱固性塑料。目前在電線電纜絕緣運用中,主要交聯方法有三種:

           1 過氧化物交聯。是先用聚乙烯樹脂配合適當的交聯劑和抗氧劑,根據需要添加其它成份,制成可交聯的聚乙烯混合物顆粒。擠出過程中,通過熱蒸汽交聯管道產生交聯。

           2 硅烷交聯 (溫水交聯)。也是一種化學交聯的方法,其主要機理是將有機硅氧烷和聚乙烯在特定的條件下產生交聯,交聯度一般能達到 60%左右。

           3 輻照交聯是利用高能射線如 r 射線, α射線,電子射線等能量,使聚乙烯大分子中的碳原子激發活*聯,電線電纜常用的高能射線為電子加速器產生的電子射線,因該交聯是依靠物理能量進行的,故屬物理交聯。

        以上三種不同的交聯方式,具有不同的特點和應用:

        交聯類別特點應用

           交聯過程中悹悀格控制 適用于生產高電恪、大長度、 過氧化物交聯 溫度,通過熱蒸汽交聯 大截面電纜, 生產小規格浪管道,產生交聯. 費多. 硅烷交聯可采用通用的 適用于小尺寸、小規格、低設備,擠出機受溫度限 電恪的電纜。交聯反愓悹在硅烷交聯制,接觸水分即開始交 有水或潮氣的條件下才會完聯,溫度越高交聯速度 成, 適用于低恪電纜的生產. 愁輻射源能量的關系, 適用于絕緣厚度不太厚,耐 用于不太厚絕緣, 絕緣 高溫阻燃電纜. 輻照交聯太厚時,惦存在照射不均勻現象.

           XLPE 絕緣與熱塑性聚乙烯比較,有以下優點:

           1 提高了耐熱變形性,改善了高溫下的力學性能,改進了耐環境應力龜裂與耐熱老化的性能.

           2 增強了耐化學穩定性和耐溶劑性,減少了冷流性,基本保持了原來的電氣性能,長期工作溫度可達 125℃和 150℃,交聯聚乙烯絕緣的電線電纜,也提高了短路的承受能力,其短時承受溫度可達 250℃,同樣厚度的電線電纜,交聯聚乙烯的載流量就大得多.

           3 XLPE 絕緣電線電纜有優良的機械、防水及耐輻射性能所以應用領域廣泛。如:電器內部連接線、電機引線、燈飾引線、汽車低壓信號控制線、機車電線、地鐵用電線電纜、礦用環保電纜、船用電纜、核電鋪設電纜、TV 高壓線、X-RAY 擊發高壓線,以及功率傳輸電線電纜等行業。XLPE 絕緣電線電纜有著顯著的優點,但也有一些自身的缺點,限制了其使用:

           1)耐熱粘連性能較差。在超過電線額定溫度情況下加工使用電線,容

        易造成電線之間相互粘連情況,嚴重可導致絕緣破皮形成短路.

           2)耐熱切通性能較差。在超過200℃的溫度下,電線絕緣變的異常柔軟,受外力擠壓碰撞容易導致電線切通短路.

           3)批次之間色差難控制。加工過程易刮花發白,印字脫落等問題

           4)耐溫等級 150℃XLPE絕緣,做到完全不含鹵素并且能通過UL1581規范的 VW-1 燃燒實驗,并保持優良的機械電氣性能,在制造技術上還存在一定瓶頸,成本高昂。

           5)該類材料絕緣線材在電子電器連接線方面,尚無國家相關標準。

         

        三 、硅橡膠 (Silicone rubber)電線電纜絕緣

           硅橡膠亦聚物分子是由 SI-O (硅-氧)鍵連成的鏈狀結構。SI-O 鍵是443.5KJ/MOL,比 C-C 鍵能 (355KJ/MOL)高得多。硅橡膠電線電纜大部分采用冷擠和高溫硫化工藝,在眾多的合成橡膠電線電纜中,因其獨特分子結構,使得硅橡膠比其他普通橡膠具有更優良的性能:

           1) 非常柔軟,良好的彈性,無味無毒,不怕高溫和抵御嚴寒的特點。

        使用溫度范圍在-90~300℃。硅橡膠比普通橡膠具有好得多的耐熱性,可在 200℃下連續使用,在350 度下亦可使用一段時間。

           2)優良的耐候性能。長時間在紫外線和其他氣候條件下,其物性也僅有微小變化。

           3)硅橡膠具有很高的電阻率且在很寬的溫度和頻率范圍內其阻值保持穩定。同時硅橡膠對高壓電暈放電和電弧放電具有很好的抵抗性。硅橡膠絕緣電線電纜具有以上一系列優點,在電視機高壓裝置線、微波爐耐高溫用線、電磁爐用線、咖啡壺用線、燈具引線、UV 設備、鹵素燈具、烤爐和風扇內部連接線等特別是小家電領域有著廣泛的應用,但自身一些缺點也限制更廣泛的運用。如

           1)抗撕裂能力差。加工或使用過程中受外力擠壓,刮磨易破損,造成短路。目前的防護措施是是在硅膠絕緣外加上玻璃纖維或者高溫聚酯纖維編織層,但加工過程中仍需盡可能避免外力擠壓所致的傷害。

           2)硫化成型添加的硫化劑目前主要使用雙二四。該硫化劑含有氯元素,

        完全無鹵素的硫化劑 (如鉑金硫化)對生產環境溫度要求嚴格,而且成本高昂。

        所以線束加工時應注意:壓輪壓力不可過大,最好使用膠材質,防止生產過程中壓裂導致耐壓不良。同時需注意:玻璃纖維紗在生產過程中需采取必要的防護措施,防止吸入肺部,影響員工健康。

         

         四、交聯三元乙丙烯橡膠 (XLEPDM)

         

        電線絕緣交聯三元乙丙烯橡膠

           交聯三元乙丙烯橡膠 (XLEPDM)電線絕緣交聯三元乙丙烯橡膠,是由乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物,通過化學或者輻照方式交聯。交聯三元乙丙橡膠絕緣電線綜合聚烯烴絕緣電線和普通橡膠絕緣電線兩種電線的優點:

           1)柔軟、曲撓、彈性、高溫不粘連、長期的耐老化性、耐惡劣的氣 候(-60~125℃)。

           2)耐臭氧、耐紫外線、耐電氣絕緣性能、耐化學腐蝕性。

         

           3)耐油和耐溶劑性能與通用型氯丁橡膠絕緣不相上下,普通熱擠出的加工設備進行加工,采用輻照交聯,加工簡便、成本低廉。交聯三元乙丙橡膠絕緣電線有上述諸多優點,在制冷壓縮機引線,防水電機引線,變壓器引線,礦山移動電纜,鉆探,汽車,醫療器械,船泊以及一般的電器內部布線等領域都有運用。

        XLEPDM 電線主要缺點是:

           1)同XLPE 和 PVC 電線,抗撕裂能力較差。

           2)粘合性和自粘性較差,影響后續加工性。

        五 氟塑料(Fluoroplastic)電線電纜絕緣

           相對于常見的聚乙烯、聚氯乙烯電纜而言,氟塑料電纜有著如下突出特點:

           1)耐高溫氟塑料有著超乎尋常的熱穩定性,使得氟塑料電纜能適應 150~250℃的高溫環境。在同等截面導體的條件下,氟塑料電纜可以傳輸更大的許用電流,從而大大提高了該類絕緣線材的使用范圍。由于這種獨特的性能,氟塑料電纜常用于飛機、艦艇、高溫爐以及電子設備的內部布線、引接線等。

           2)阻燃性好

           氟塑料的氧指數高,燃燒時火焰擴散范圍小,產生的煙霧量少。用其制 作的線材適合對阻燃性要求嚴格的工具和場所。例如:計算機網絡、地鐵、車輛、高層建筑等公共場合等。一旦發生火災,人們可以有一定的時間疏離,而不被濃煙熏倒,爭取到寶貴的救援時間。

           3)電氣性能優異

           相對于聚乙烯而言,氟塑料的介電常數更低。因此,與類似結構的同軸電纜比較,氟塑料電纜的衰減更小,更適合于高頻信號傳輸。當今電纜的使用頻率越來越高已經成為潮流,同時又由于氟塑料能耐高溫,所以常用作傳輸通信設備的內部接線、無線發射饋線與發射機之間的跳線和視頻音頻線。此外,氟塑料電纜的介電強度、絕緣電阻好,適合作重要儀表儀器的控制電纜。

           4)機械化學性能完美

           氟塑料的化學鍵能高,具有高度的穩定性,幾乎不受溫度變化的影響,有著優良的耐氣候老化性能和機械強度;而且不受各種酸、堿和有機溶劑影響。因此適用于環境氣候變化大、有腐蝕性場合,如石化、煉油、油井儀器控制等。

           5)利于焊接連線

           在電子儀器中,有不少接線是采用焊接方法進行連接,由于一般塑料的熔融溫度低,在高溫時易融化,需要熟練的焊接技術,而有些焊點必須要有一定的焊接時間,這也成為氟塑料電纜受到歡迎的原因。如通信設備和電子儀器的內部接線。氟塑料系列絕緣材料在電線電纜領域有著廣泛運用,參考UL1581、UL758 規定,電線電纜中常使用的氟塑料絕緣 :

           名 稱 額定溫度(最大) 特性及其應用燃燒后無殘留,熱溫度性好,軍事上有廣PTFE 250℃ 泛愓用,連戀加工困難,接頭多,效率低熱穩定性好,相對 PTFE 惦加工,主悹愓PFA 250℃ 用高溫導線,成本較高. 可長期在200℃環境下工作,相對 PTFE,FEP 200℃ 惦加工,在電子連接線領域使用最為廣泛柔韌性優良,可惣超薄壁絕緣電線生產, XLETFE 可長期在 200℃環境下工作, (XL)ETFE 150℃ 優良耐腐蝕和機械性能,在航空和航天 領域使用廣泛. PVDF 150℃ 柔韌性良好,超薄絕緣,替代漆包線使用,此外氟塑料還有一些缺點限制了使用:

           1)原材料的價格高, 目前國內生產還主要依賴進口 (日本大金和美國杜邦公司),國產氟塑料雖然最近幾年發展迅速,但生產品種還是單一,材料在熱穩定性及其它綜合性能上同進口材料相比還有一定差距。

           2)生產工藝相比其他絕緣材料較困難,生產效率低,印字易脫落,耗損大等問題,使生產成本較高。

           總之,上述各種類別的絕緣材料,特別是耐溫在 105℃以上高溫特種絕緣材料的應用方面,在國內仍屬轉型期。無論是線材生產,還是線束加工,不僅有一個成熟的過程,對該類線材要有一個對其優缺點作理性認識的過程。

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