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电缆挤塑工艺基础培训1

塑料和导体
塑料电现电缆要适应各种不同需要，就应具有广泛的优异而稳定的使用性能。塑料电线电缆的使用性能和寿命，决定于产品结构的先进性、塑料选用的合理性以及工艺的完善性。从塑料电现电缆技术的发展来看，合理而正确的使用材料是关键的因素。为了制造性能优异而稳定的塑料电线电缆，在导电线芯和半成品缆芯满足规定的技术要求的前提下，主要是对绝缘和护套用塑料提出了较高的要求。绝缘塑料的基本要求是具有优异的电绝缘性能，同时根据产品用途和使用条件分别提出对机械性能、耐高温性、物理－化学性能及工艺性能的要求。对护套塑料的基本要求是耐受各种环境因素作用的老化性能，在满足这个条件下分别提出一些特殊要求和辅助要求。

第一节 塑料
塑料是高分子合成材料中凡是性能上具有可塑性变化的材料的总称。塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类，电线电缆制造中所用的塑料都是热塑性塑料。电线电缆常用的热塑性塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、泡沫聚乙烯、氟塑料、聚酰胺、聚丙烯和聚酯塑料等。
塑料是以合成树脂为基本成份，再添加各种配合剂，经捏合、切粒等工艺而塑制成一定形状的材料。为了满足加工、贮存和使用的要求，合成树脂内一般都要添加各种配合剂，根据添加配合剂所起的作用不同，塑料的添加剂大致有以下几种：防老剂（它包括抗氧剂、稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等，这几种材料在塑料中所起的作用不同但又相互联系，同一种材料可起几种作用，所以统称为防老剂。）；增塑剂；交联剂；润滑剂；填充剂；着色剂；发泡剂；防霉剂；驱避剂；阻燃剂；耐电压稳定剂；抑烟剂等。各种塑料既具有塑料共有的特性，又具有各不相同的各自独具的某些特性。各种塑料共有的特性有：比重小、机械性能较高、电绝缘性能优异并且化学稳定性好、耐水、耐油、加工成型方便，原料来源丰富。为了适应日益增长的电线电缆技术发展的需要，塑料将不断改进配方和性能，提高其耐热性和电压等级，提高材料的耐寒、耐大气老化性能、耐火阻燃性能，延长电线电缆使用寿命，同时，还将不断开发新型塑料并合理用于电线电缆上。
1. 塑料基本性能的含义
1. 体积电阻系数
塑料在电场的作用下有泄漏电流通过，泄漏电流通过塑料时的阻力称为体积电阻。电流通过每1cm3塑料的电阻即为体积电阻系数ρv，单位为欧姆米，单位符号为Ω.m。体积电阻系数越高，绝缘性能越好。
2. 击穿场强
当塑料上施加的电压达到某一极限时，塑料丧失绝缘性能被击穿，击穿瞬间所施加的电压值称为塑料的击穿电压，击穿电压与塑料厚度之比称为击穿场强E单位符号为kV/mm。
3. 介电常数
它是表示塑料极性大小的指标。介电常数ε越小，塑料在电场作用下的极化强度越小，其介质损耗也越小。
4. 介质损耗角正切5. 
在交变电场作用下，塑料中所消耗的级量称为介质损耗。它常以介质损耗角的正切值tgδ来表示。介质损耗角正切tgδ越小，说明介质损耗也越小，塑料的电绝缘性能越好。在高频、高压下使用时，要求塑料的tgδ值不大于千分之几或万分之几；低压和一般的绝缘时，塑料的tgδ值则不大于百分之几。
6. 耐电晕性
在高电压情况下，由于绝缘表面放电而引起电晕，当其袭击绝缘体时，因离子撞击、电子袭击、臭氧袭击和局部热的作用，导致高聚物裂解，使其电绝缘性能和物理机械性能产生恶化。塑料抵抗电晕作用而保持其使用性能的能力，称为耐电晕性。
7. 抗拉强度和延伸率
在材料拉力试验机上对塑料试样施加静态拉伸载荷并以一定速度拉伸直至试样断裂。此时试样单位截面上所承受的拉力称为该塑料的抗拉强度。试样拉断时长度增加的百分比称为该塑料的延伸率。
8. 密度
在一定温度下（通常指20oC），单位体积塑料试样的质量，称为塑料的密度。
9. 耐热变形性
塑料在受热条件下，仍能保持良好的物理机械性能的最高温度，即为该塑料的耐热变形性能。通常以塑料在等速升温时，在一定负荷下使其变形达到规定值时的温度来表示。
10. 熔融指11.   数
在一定温度荷压力下，熔融树脂在10分钟内从一定孔穴中被压出的克数，称为熔融指数，以MI表示，单位为g/min。
12. 耐寒性
在低温下，塑料仍能保持一定的物理机械性能的能力，称为塑料的耐寒性。它常用以下的耐寒温度来表示。
（1）低温脆化温度：即为塑料在低温下,受特定的冲击负荷时, 50％的试样出现损坏时的温度。
（4） 低温对折温度：即为塑料试样在弯折180o时出现将要破裂而未破裂时的温度。
（6） 低温冲击压缩温度：即为塑料试样在低温下,以一定能量和速度的冲锤对其进行冲击压缩,使之破裂率达50％时的温度。
13. 耐燃性能
耐燃性能是指塑料抵抗火焰燃烧的能力。通常塑料接触火焰后均会燃烧，移去火焰后，延燃情况随塑料品种不同而不同，因此耐燃性能亦有差别。
14. 耐热老化性能
塑料在加工和使用过程中，由于变热导致塑料性能变劣，这种现象称为热老化。塑料抵抗热老化的能力称为耐热老化性。
采用在高温下，进行加速热老化试验，测定塑料性能（机械性能或电气性能）在老化后的保留率，来衡量塑料的耐热老化性。
15.  耐气候性
塑料在大气条件下使用，受日晒、雨淋、风吹、大气污染等严酷的自然条件作用，塑料性能变劣称为大气老化。塑料抵抗大气老化的能力称塑料的耐气候性。
16. 耐油性能及耐溶剂性能
塑料与矿物油或各类溶剂接触时，抵御油或溶剂的能力称为塑料的耐油性能或耐溶剂性能。可用试样浸入油或溶剂中，在一定温度下经一定时间后，测定其吸油或溶剂的吸收率、体积变化率或抗拉强度、延伸率的保留率来衡量。
17. 耐水性及耐湿性
塑料在浸水或潮湿条件下，抵御水或潮湿气体渗入的能力，称为塑料的耐水性或耐湿性。塑料吸水或吸湿后，会引起绝缘电阻、击穿场强下降，介质损耗增大，且使塑料的外观、重量、机械性能等都有变化。所以要求塑料应具有良好的耐水性和耐湿性。对于电线电缆用塑料，主要考虑的是，在浸水或吸湿后，应保证塑料的电绝缘性能符合使用要求。
塑料的吸水量，可用单位面积的吸水量、吸水率或吸水重量来表示。塑料的透湿性，则以透湿系数和透汽量来表示。
18. 耐环境应力开裂性
一些结晶型塑料，由于加工过程中内应力的存在和使用时接触化学药品，致使在贮存和使用中出现开裂，称为环境应力开裂。塑料抵御环境应力开裂的能力称为耐环境应力开裂性能。可用表面刻有槽痕的塑料弯曲试样，置入表面活性剂中，观察在规定时间内出现开裂的试样数量及所占比例来衡量。
2、 聚氯乙烯（PVC）
聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础，加入各种配合剂混合而成的。其机械性能优越、耐化学腐蚀、不延燃、耐气候性好、电绝缘性能好、容易加工、成本低，因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。
1.聚氯乙烯树脂
聚氯乙烯树脂是由氯乙烯聚合而成的线型热塑性高分子化合物，其分子结构如下：

  H     H     H   H     H   H
……   C     C     C   C   C   C   ……
  Cl     H     Cl   H     Cl   H
      n
从该分子结构看，聚氯乙烯具有以碳链为主链，呈线型，含有C   Cl极性键。聚氯乙烯树脂具有下列基本特性：
是热塑性的高分子材料，可塑性和柔软性较好。
由于C   Cl极性键的存在，树脂具有较大德极性，因此介电常数ε和介质损耗角的正切值较大，在低频情况下，有较高的耐电强度。另外由于极性键的存在，分子间的作用力较大，机械强度较高。
分子结构中含有氯原子，树脂具有不延燃和较好的耐化学腐蚀性及耐气候性。氯原子能破坏分子的晶体结构，树脂的耐热性较低，耐寒性较差，加入适量的配合剂，就能改善树脂的性能。
2.聚氯乙烯树脂的种类
聚乙烯的聚合方法有：悬浮聚合、浮液聚合、本体聚合和溶液聚合四种。
聚氯乙烯树脂的制造目前主要采用悬浮聚合方法，电线电缆就是采用悬浮法聚氯乙烯树脂。
聚氯乙烯悬浮聚合过程中所用树脂的结构形状有：疏松型树脂（XS型）和紧密型树脂（XJ型）。疏松型树脂质地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，晶点少，因此电线电缆用的树脂是疏松型。树脂的特性如下：

项目   疏松型树脂   紧密型树脂   
粒子直径   50-150μm   20-100μm   
颗粒外形   不规则，由多球并合而成   球形表面光滑，呈单球   
颗粒断面结构   疏松多孔，微粒间间隙大   微粒间间隙小   
吸收增塑剂   快   慢   
塑化性能   塑化速度快   塑化速度慢 
3.聚氯乙烯的主要性能
1） 电绝缘性能：聚氯乙烯树脂是一种极性较大的电介质，电绝缘性能较好，但比较非极性材料（如聚乙烯、聚丙烯）稍差。树脂的体积电阻率大于1015Ω·cm；树脂在25oC和50Hz频率下的介电常数ε为3.4～3.6，5）当温度和频率变化时，介电常数也随之明显的变化；聚氯乙烯的介质损耗正切tgδ为0.006～0.2。树脂的击穿场强不受极性影响，在室温和工频条件下的击穿场强比较高。但聚氯乙烯的介质损耗较大，因而不适用于高压和高频场合，13） 通常用在15kV以下的低压和中压电线电缆的绝缘材料。
14） 老化稳定性：从分子结构上看，氯原子都与碳原子相连,应具有较高的耐老化稳定性。但在生产过程中,由于温度的直接影响和机械力的作用,易放出氯化氢,在氧的作用下,产生降解或交联,导致材料变色发脆,物理机械性能显著下降,电绝缘性能恶化,因此聚氯乙烯老化。为改善它的老化性,必须添加一定的稳定剂。
26）热机械性能：聚氯乙烯树脂为无定型聚合物,在不同,温度下具有三种物理状态,即玻璃态、高弹态、粘流态。聚氯乙烯树脂的玻璃化温度为80oC左右，,粘流温度160oC左右。在常温下处于玻璃状态,这很难满足电线电缆使用要求。为此,必须将聚氯乙烯进行改性,使其在室温下具有较高的弹性，同时又兼有较高的耐热性和耐零性。加入适量的增塑剂能够调节玻璃化温度，以增加塑性，达到柔软性,提高机械性能。
4.电线电缆用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料是多组份塑料，根据不同的使用条，改变配合剂的品种和用量，能够制得不同品种的电线电缆用聚氯乙烯塑料。
聚氯乙烯电缆塑料按其在电线电缆上用途不同，可分为绝缘级电缆料和护层级电缆料。
绝缘用聚氯乙烯塑料
根据电线电缆的使用要求和特性，绝缘用聚氯乙烯塑料的类型、性能、要求及主要用途如下表所示。

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类型   性能要求   使用温度   主要用途   
绝缘级   电绝缘性能较好，有一定的耐热性、柔软性   70oC   通信、控制、信号及低压电力电缆绝缘   
普通绝缘级   有一定的电绝缘性能，有较好的柔软性及耐大气性、廉价   70oC   室内固定敷设的电线、护套软线、500V农用电缆以及仪表安装用电线的绝缘   
耐热绝缘级   有较佳的耐热老化性和耐变形性，电绝缘性能较好   80oC
105oC   要求耐热较高的船用电缆、航空导线、电力电缆及安装用电线的绝缘   
高电性能绝缘级   较佳的电绝缘性能，绝缘电阻高、介电性能好，有一定的耐热性   70oC   电压为6kV－10kV级的电力电缆的绝缘   
耐油耐溶剂绝缘级   具有较好的耐油性、耐溶剂性和柔软性，电绝缘性能较好   70oC   用于接触油类和化学物质的电线电缆的绝缘级   
阻燃绝缘级   电绝缘性能较好，有较高的耐火焰燃烧性，柔软性较好   70oC   固定敷设的电力电缆、矿用电缆、安装用电线的绝缘 
各类聚氯乙烯绝缘料的技术要求见下表。
绝缘用PVC塑料的技术要求

技术指标   绝缘级   普通
绝缘级   耐热绝缘级   高电性
绝缘级   
          80oC   105oC       
体
积
电
阻
系
数
（Ω）
≥   20oC   1×1014   1×1014   3×1014   3×1014   5×1014   
  70oC   1×1011   1×1010   －   －   5×1011   
  80oC   －   －   5×1011   －   －   
  105oC   －   －     2×1011   －   
击穿场强(kV/mm) ≥   20   20   20   20   20   
介质损耗角正切tgδ（20～85oC）≤   －   －   －   －   0.1   
介质损耗因素ε，
≤tgδ（20～85oC）             0.75   
拉伸强度（N/mm2）≥   180   170   200   200   200   
断裂伸长率（％）≥   200   220   180   200   160   
低温冲击
压缩温度（oC）≤   0   -10   +3   －   +5   
200 oC热稳定
时间（min）≥   60   60   60   60   60   
软化温度（oC）   170～190   170 ～190   180～195   －   175～185   
热
老
化
性
能   老化温度（oC）   110   110   113   136   110   
  老化时间（h）   48   48   168   168   48   
  K1(%)≥   －   －   －   80   －   
  K2(%)≥   70   75   80   70   70   
  失重(%)≤   6.0   7.0   5.0   2.5   6.0   
 
护套用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料护层具有较好的耐腐蚀性，足够的机械性能，一定的耐大气性能，柔软、耐振、重量轻、加工及敷设方便。根据电线电缆的使用条件，研究制成了不同类型聚氯乙烯护套料，其性能要求及应用范围见下表。
护套用PVC塑料的分类及性能

类型   主要性能要求   使用温度   应用范围   
普通护层级   足够的机械强度、耐热、光老化性及耐寒性较好   70 oC   塑料电线电缆的外护层及其它电缆外护层   
耐寒护层级   有较高的耐寒性，低温柔软性   70 oC   户外及耐寒电现电缆护层   
柔软护层级   有较高的柔软性，较好的耐寒性   70 oC   耐寒柔软的电线电缆护层   
耐热护层级   耐热性能良好   80 oC
105 oC   耐热的电线电缆护层   
耐油护层级   耐油性、耐化学药品性好   70 oC   与油类及化学药品接触的电线电缆护层   
易撕护层级   抗撕裂性低，敷设方便、价格低廉   70 oC   室内固定敷设用绝缘电线护层   
防霉、防白蚁、
防鼠护层级   抗生物性好、防白蚁、防霉性好   70 oC   热带及温热带地区用电缆护层   
阻燃护层级   抗燃烧性好   70 oC   安全性要求高的电线电缆护层 
半导电聚氯乙烯塑料
半导电聚氯乙烯塑料可作为屏蔽材料来使用，例如可作为10kV聚氯乙烯电缆的屏蔽层。半导电塑料用作高压电缆的屏蔽料时，由于半导电料直接与绝缘料接触，会发生相互迁移，因而尽量选用与绝缘料相同的增塑剂或电性好、迁移小的增塑剂。否则在使用过程中会影响绝缘料的电绝缘性能。
环保型防白蚁、防鼠电缆护套料
白蚁和老鼠对电缆造成破坏，轻则中断供电，重则酿成重大事故，使电力和通信部门受到损害。以往采用在电缆护套料内加入有毒添加剂（如氯丹、七氯、狄氏剂、艾氏剂等）的办法，杀灭白蚁、老鼠，以保护电缆安全运行。但这些有毒添加剂对环境和人身会造成污染和危害。目前，多使用在护套料中加入环烷酸铅或环烷酸酮做添加剂，制成改型的防白蚁护套料。
低烟低卤型阻燃护套料
用普通（阻燃）PVC电缆料制造的电缆燃烧时会产生大量黑烟，同时释放出大量腐蚀性气体HCl，对人体和仪器装置会造成巨大损害。低烟低卤阻燃电缆料是以专用PVC树脂为基料，添加各种改性剂、助剂和优良阻燃剂，经过均匀混炼充分塑化加工而成的高科技产品。它不仅具有优良的阻燃性，而且在燃烧是释放的烟量低，HCl释出量很低，可观察到燃烧火焰及附近的物体。与普通PVC护套料相比，其拉伸强度及断裂伸长率相当；挤出时无需特种螺杆，其工艺性能亦相当。使用这种电缆料制成的电缆，完全适用于地铁、高层建筑、发电站、广播电视中心及计算机中心等对电线电缆阻燃性能要求高的场所。
三、聚乙烯
1.   聚乙烯的合成方法和品种
（1）   低密度聚乙烯（LDPE）
纯净的乙烯中加入极少量的氧气或过氧化物作引发剂，压缩到202.6kPa左右，并加热到约200oC时，乙烯就可聚合成白色的蜡状聚乙烯。此法因在高压下进行，常称为高压法。用这种方法可制得密度为0.915～0.930的柔软聚乙烯，分子量在15000～40000。其分子结构支链多，但结构疏松，分子构型呈“树枝状”，故密度低，所以称为低密度聚乙烯。
（2）   中密度聚乙烯（MDPE）
在30～100大气压下，用金属氧化物作催化剂，使乙烯聚合成聚乙烯的方法，称为中压法。所制得的聚乙烯密度为0.931～0.940。中密度聚乙烯也有用高密度聚乙烯和低密度聚乙烯掺合而成的；或用乙烯与丁烯、醋酸乙烯和丙烯酸酯等单体共聚的中密度聚乙烯。
（3）   高密度聚乙烯（HDPE）
在常温常压下，用催化效能较高的络合催化剂（以烷基铝与四氯化钛的组合有机金属化合物），使乙烯聚合成聚乙烯。由于它的催化性能高，所以乙烯的聚合反应可在更低的压力或更低的温度下（0～10大气压和60～75oC很快的完成，称为低压法。所制得的聚乙烯分子结构具有无分支的特点，它的分子结构为线型。线型分子结构具有密度大（0.941～0.965）的特点，称为高密度聚乙烯。与低密度聚乙烯相比具有耐热、机械性能好，耐环境应力开裂性优越。
2.   聚乙烯的特性
聚乙烯是一种乳白色的塑料，表面呈蜡状且半透明，是电线电缆较为理想的绝缘和护套材料。其主要优点是：
（1）   优异的电气性能。其绝缘电阻和耐电强度高；在较宽的频率范围内，（2）   介电常数ε和介质损耗角正切（3）   tgδ值小，（4）   且基本不（5）   受频率变化的影响，（6）   作为通信电缆的绝缘材料，（7）   是近乎理想的一种介质。
（8）   机械性能较好，（9）   富有可挠性，而（10）   且强韧，（11）   耐容性好。
（12）   耐热老化性能、低温耐寒性能及耐化学稳定性好。
（13）   耐水性好，（14）   吸湿率低，（15）   浸在水中绝缘电阻一般不（16）   下降。
（17）   作为非极性材料，（18）   透气性大，（19）   低密度聚乙烯的透气性是各种塑料中最为优良的。
（20）   比重轻，（21）   其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出，（22）   约为0.92g/cm3；低压聚乙烯虽其密度较大，（23）   也仅为0.94g/ cm3左右。
（24）   具有良好的加工工艺性能，（25）   易于熔融塑化，而（26）   不（27）   易分解，（28）   冷却易于成型，（29）   制品几何形状和结构尺寸易于控制。
（30）   用它制作的电线电缆重量轻，（31）   使用、敷设方便，（32）   接头容易。
但聚乙烯还有不少缺点：软化温度低；接触火焰时易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时同样的臭味；耐环境应力龟裂性和蠕变性较差，在聚乙烯作为海底电缆和落差较大（尤其是垂直敷设）电缆的绝缘和护套材料使用时应特别注意。
3.   电线电缆用聚乙烯塑料
（1）   一般绝缘用聚乙烯塑料
仅由聚乙烯树脂和抗氧剂所组成。
（2）   耐候聚乙烯塑料
主要由聚乙烯树脂、抗氧剂、和碳黑组成。耐候性能的好坏取决于碳黑的粒径、含量、和分散度。
（3）   耐环境应力龟裂聚乙烯塑料
采用熔融指数0.3以下，分子量分布不太宽的聚乙烯；对聚乙烯进行辐照或化学交联。
（4）   高电压绝缘用聚乙烯塑料
高电压电缆绝缘的聚乙烯塑料要求高度纯净，还需要添加电压稳定剂和采用特殊的挤塑机，避免气孔产生，以抑制树脂放电，提高聚乙烯的耐电弧、耐电腐蚀和耐电晕性。
（5）   半导电聚乙烯塑料
半导电聚乙烯塑料是在聚乙烯中加入导电碳黑获得的，一般应采用细粒径、高结构的碳黑。
（6）   热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料
该种电缆料是以聚乙烯树脂为基料，加入优质高效的无卤无毒阻燃剂、抑烟剂、热稳定剂、防霉剂、着色剂等改性添加剂，经混炼、塑化、造粒而成。
交联聚乙烯
聚乙烯在高能射线或交联剂的作用下，能使线型的分子结构变成体型（网状）的分子结构。使热塑性材料变成热固性材料。用交联聚乙烯作绝缘材料，长期工作温度可提高到90oC，瞬时短路温度可达170～250oC。交联聚乙烯的交联方法有：物理交联和化学交联。辐照交联属于物理交联，化学交联最常用的交联剂是DCP（过氧化二异丙苯）。
电线电缆用的材料还有很多：泡沫聚乙烯、氟塑料、聚丙烯、聚酰胺、聚酯塑料等，不一一介绍了。
第二节导体
塑料电线电缆的导体主要有：电工圆铜线、电工圆铝线、电力电缆用铜和铝导电线芯、电气装备用铜和铝导电线芯等。
电工圆铜线和电工圆铝线外观质量要求：表面光洁，无油污、毛刺、裂纹、扭结、夹杂物、机械损伤，腐蚀斑点及铜、铝线氧化现象等。
导电线芯的质量要求：
各种绞合导体不允许整心焊接。
绞合导体中的单线允许焊接。但在同一层内，相邻两个接头之间的距离应不小于300mm。
导电线芯表面应光洁、无油污，无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边、凸起或断裂的单线等现象。

比较详细

后面的部分呢？