线材加工工艺模板.doc
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1、塑料和导体塑料电现电缆要适应多种不一样需要,就应含有广泛优异而稳定使用性能。塑料电线电缆使用性能和寿命,决定于产品结构优异性、塑料选择合理性和工艺完善性。从塑料电现电缆技术发展来看,合理而正确使用材料是关键原因。为了制造性能优异而稳定塑料电线电缆,在导电线芯和半成品缆芯满足要求技术要求前提下,关键是对绝缘和护套用塑料提出了较高要求。绝缘塑料基础要求是含有优异电绝缘性能,同时依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要求。对护套塑料基础要求是耐受多种环境原因作用老化性能,在满足这个条件下分别提出部分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通常性能上含
2、有可塑性改变材料总称。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塑料全部是热塑性塑料。电线电缆常见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础成份,再添加多种配合剂,经捏合、切粒等工艺而塑制成一定形状材料。为了满足加工、贮存和使用要求,合成树脂内通常全部要添加多种配合剂,依据添加配合剂所起作用不一样,塑料添加剂大致有以下多个:防老剂(它包含抗氧剂、稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等,这多个材料在塑料中所起作用不一样但又相互联络,同一个材料可起多个作用,所以统称为防老剂。);增塑剂;交联剂;润滑剂;填充剂;着色剂;
3、发泡剂;防霉剂;驱避剂;阻燃剂;耐电压稳定剂;抑烟剂等。多种塑料既含有塑料共有特征,又含有各不相同各自独具一些特征。多种塑料共有特征有:比重小、机械性能较高、电绝缘性能优异而且化学稳定性好、耐水、耐油、加工成型方便,原料起源丰富。为了适应日益增加电线电缆技术发展需要,塑料将不停改善配方和性能,提升其耐热性和电压等级,提升材料耐寒、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,还将不停开发新型塑料并合理用于电线电缆上。一、 塑料基础性能含义1. 体积电阻系数塑料在电场作用下有泄漏电流经过,泄漏电流经过塑料时阻力称为体积电阻。电流经过每1cm3塑料电阻即为体积电阻系数v,单位为欧姆米,
4、单位符号为.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电压达成某一极限时,塑料丧失绝缘性能被击穿,击穿瞬间所施加电压值称为塑料击穿电压,击穿电压和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指标。介电常数越小,塑料在电场作用下极化强度越小,其介质损耗也越小。4. 介质损耗角正切在交变电场作用下,塑料中所消耗级量称为介质损耗。它常以介质损耗角正切值tg来表示。介质损耗角正切tg越小,说明介质损耗也越小,塑料电绝缘性能越好。在高频、高压下使用时,要求塑料tg值小于千分之几或万分之几;低压和通常绝缘时,塑料tg值则小于百分之几。5. 耐电晕性
5、在高电压情况下,因为绝缘表面放电而引发电晕,当其攻击绝缘体时,因离子撞击、电子攻击、臭氧攻击和局部热作用,造成高聚物裂解,使其电绝缘性能和物理机械性能产生恶化。塑料抵御电晕作用而保持其使用性能能力,称为耐电晕性。6. 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拉力称为该塑料抗拉强度。试样拉断时长度增加百分比称为该塑料延伸率。7. 密度在一定温度下(通常指20oC),单位体积塑料试样质量,称为塑料密度。8. 耐热变形性塑料在受热条件下,仍能保持良好物理机械性能最高温度,即为该塑料耐热变形性能。通常以塑料在等速升温时,在一定负
6、荷下使其变形达成要求值时温度来表示。9. 熔融指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克数,称为熔融指数,以MI表示,单位为g/min。10. 耐寒性在低温下,塑料仍能保持一定物理机械性能能力,称为塑料耐寒性。它常见以下耐寒温度来表示。(1) 低温脆化温度:即为塑料在低温下,受特定冲击负荷时,50试样出现损坏时温度。(2) 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温度。(3) 低温冲击压缩温度:即为塑料试样在低温下,以一定能量和速度冲锤对其进行冲击压缩,使之破裂率达50时温度。11. 耐燃性能耐燃性能是指塑料抵御火焰燃烧能力。通常塑料接触火焰后均会
7、燃烧,移去火焰后,延燃情况随塑料品种不一样而不一样,所以耐燃性能亦有差异。12. 耐热老化性能塑料在加工和使用过程中,因为变热造成塑料性能变劣,这种现象称为热老化。塑料抵御热老化能力称为耐热老化性。采取在高温下,进行加速热老化试验,测定塑料性能(机械性能或电气性能)在老化后保留率,来衡量塑料耐热老化性。13. 耐气候性塑料在大气条件下使用,受日晒、雨淋、风吹、大气污染等严酷自然条件作用,塑料性能变劣称为大气老化。塑料抵御大气老化能力称塑料耐气候性。14. 耐油性能及耐溶剂性能塑料和矿物油或各类溶剂接触时,抵御油或溶剂能力称为塑料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
8、间后,测定其吸油或溶剂吸收率、体积改变率或抗拉强度、延伸率保留率来衡量。15. 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透能力,称为塑料耐水性或耐湿性。塑料吸水或吸湿后,会引发绝缘电阻、击穿场强下降,介质损耗增大,且使塑料外观、重量、机械性能等全部有改变。所以要求塑料应含有良好耐水性和耐湿性。对于电线电缆用塑料,关键考虑是,在浸水或吸湿后,应确保塑料电绝缘性能符合使用要求。塑料吸水量,可用单位面积吸水量、吸水率或吸水重量来表示。塑料透湿性,则以透湿系数和透汽量来表示。16. 耐环境应力开裂性部分结晶型塑料,因为加工过程中内应力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
9、,称为环境应力开裂。塑料抵御环境应力开裂能力称为耐环境应力开裂性能。可用表面刻有槽痕塑料弯曲试样,置入表面活性剂中,观察在要求时间内出现开裂试样数量及所占百分比来衡量。二、 聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础,加入多种配合剂混合而成。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、轻易加工、成本低,所以是电线电缆绝缘和护套用好材料。1.聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂是由氯乙烯聚合而成线型热塑性高分子化合物,其分子结构以下:HHH H H HC CC CC C ClHCl H Cl H n从该分子结构看,聚氯乙烯含有以碳链为主链,呈线型,含有C Cl极性键。聚氯乙烯树脂
10、含有下列基础特征:(1) 是热塑性高分子材料,可塑性和柔软性很好。(2) 因为C Cl极性键存在,树脂含有较大德极性,所以介电常数和介质损耗角正切值较大,在低频情况下,有较高耐电强度。另外因为极性键存在,分子间作用力较大,机械强度较高。(3) 分子结构中含有氯原子,树脂含有不延燃和很好耐化学腐蚀性及耐气候性。氯原子能破坏分子晶体结构,树脂耐热性较低,耐寒性较差,加入适量配合剂,就能改善树脂性能。2.聚氯乙烯树脂种类聚乙烯聚合方法有:悬浮聚合、浮液聚合、本体聚合和溶液聚合四种。聚氯乙烯树脂制造现在关键采取悬浮聚合方法,电线电缆就是采取悬浮法聚氯乙烯树脂。聚氯乙烯悬浮聚合过程中所用树脂结构形状有:
11、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,所以电线电缆用树脂是疏松型。树脂特征以下:项目疏松型树脂紧密型树脂粒子直径50-150m20-100m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.聚氯乙烯关键性能1) 电绝缘性能:聚氯乙烯树脂是一个极性较大电介质,电绝缘性能很好,但比较非极性材料(如聚乙烯、聚丙烯)稍差。树脂体积电阻率大于1015cm;树脂在25oC和50Hz频率下介电常数为3.43.6,当温度和频率改变时,介电常数也随之
12、显著改变;聚氯乙烯介质损耗正切tg为0.0060.2。树脂击穿场强不受极性影响,在室温和工频条件下击穿场强比较高。但聚氯乙烯介质损耗较大,所以不适适用于高压和高频场所,通常见在15kV以下低压和中压电线电缆绝缘材料。2) 老化稳定性:从分子结构上看,氯原子全部和碳原子相连,应含有较高耐老化稳定性。但在生产过程中,因为温度直接影响和机械力作用,易放出氯化氢,在氧作用下,产生降解或交联,造成材料变色发脆,物理机械性能显著下降,电绝缘性能恶化,所以聚氯乙烯老化。为改善它老化性,必需添加一定稳定剂。3) 热机械性能:聚氯乙烯树脂为无定型聚合物,在不一样温度下含有三种物理状态,即玻璃态、高弹态、粘流态。
13、聚氯乙烯树脂玻璃化温度为80oC左右,粘流温度160oC左右。在常温下处于玻璃状态,这极难满足电线电缆使用要求。为此,必需将聚氯乙烯进行改性,使其在室温下含有较高弹性,同时又兼有较高耐热性和耐零性。加入适量增塑剂能够调整玻璃化温度,以增加塑性,达成柔软性,提升机械性能。4.电线电缆用聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料是多组份塑料,依据不一样使用条,改变配合剂品种和用量,能够制得不一样品种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一样,可分为绝缘级电缆料和护层级电缆料。(1) 绝缘用聚氯乙烯塑料依据电线电缆使用要求和特征,绝缘用聚氯乙烯塑料类型、性能、要求及关键用途以下表所表示。绝缘用
14、PVC塑料分类及性能类型性能要求使用温度关键用途绝缘级电绝缘性能很好,有一定耐热性、柔软性70oC通信、控制、信号及低压电力电缆绝缘一般绝缘级有一定电绝缘性能,有很好柔软性及耐大气性、廉价70oC室内固定敷设电线、护套软线、500V农用电缆和仪表安装用电线绝缘耐热绝缘级有较佳耐热老化性和耐变形性,电绝缘性能很好80oC105oC要求耐热较高船用电缆、航空导线、电力电缆及安装用电线绝缘高电性能绝缘级较佳电绝缘性能,绝缘电阻高、介电性能好,有一定耐热性70oC电压为6kV10kV级电力电缆绝缘耐油耐溶剂绝缘级含有很好耐油性、耐溶剂性和柔软性,电绝缘性能很好70oC用于接触油类和化学物质电线电缆绝缘
15、级阻燃绝缘级电绝缘性能很好,有较高耐火焰燃烧性,柔软性很好70oC固定敷设电力电缆、矿用电缆、安装用电线绝缘各类聚氯乙烯绝缘料技术要求见下表。绝缘用PVC塑料技术要求技术指标绝缘级一般绝缘级耐热绝缘级高电性绝缘级80oC105oC体积 电阻系数(cm)20oC110141101431014310145101470oC11011110105101180oC51011105oC21011击穿场强(kV/mm) 2020202020介质损耗角正切tg(2085oC)0.1介质损耗原因,tg(2085oC)0.75拉伸强度(N/mm2)180170200200200断裂伸长率()20022018020
16、0160低温冲击压缩温度(oC)0-10+3+5200 oC热稳定时间(min)6060606060软化温度(oC)170190170 190180195175185热老化性能老化温度(oC)110110113136110老化时间(h)484816816848K1(%)80K2(%)7075807070失重(%)6.07.05.02.56.0(2) 护套用聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料护层含有很好耐腐蚀性,足够机械性能,一定耐大气性能,柔软、耐振、重量轻、加工及敷设方便。依据电线电缆使用条件,研究制成了不一样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塑料分类及性能类型关键性能要求使
17、用温度应用范围一般护层级足够机械强度、耐热、光老化性及耐寒性很好70 oC塑料电线电缆外护层及其它电缆外护层耐寒护层级有较高耐寒性,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柔软性,很好耐寒性70 oC耐寒柔软电线电缆护层耐热护层级耐热性能良好80 oC105 oC耐热电线电缆护层耐油护层级耐油性、耐化学药品性好70 oC和油类及化学药品接触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热带及温热带地域用电缆护层阻燃护层级抗燃烧性好70 oC安全性要求高电线电缆护层(3) 半
18、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,比如可作为10kV聚氯乙烯电缆屏蔽层。半导电塑料用作高压电缆屏蔽料时,因为半导电料直接和绝缘料接触,会发生相互迁移,所以尽可能选择和绝缘料相同增塑剂或电性好、迁移小增塑剂。不然在使用过程中会影响绝缘料电绝缘性能。(4) 环境保护型防白蚁、防鼠电缆护套料白蚁和老鼠对电缆造成破坏,轻则中止供电,重则酿成重大事故,使电力和通信部门受到损害。以往采取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)措施,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。现在,多使用在护套料中加入环烷酸铅或环烷酸酮做添加
19、剂,制成改型防白蚁护套料。(5) 低烟低卤型阻燃护套料用一般(阻燃)PVC电缆料制造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,添加多种改性剂、助剂和优良阻燃剂,经过均匀混炼充足塑化加工而成高科技产品。它不仅含有优良阻燃性,而且在燃烧是释放烟量低,HCl释出量很低,可观察到燃烧火焰及周围物体。和一般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电缆,完全适适用于地铁、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场所。三、聚乙烯
20、1. 聚乙烯合成方法和品种(1) 低密度聚乙烯(LDPE)纯净乙烯中加入极少许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0.9150.930柔软聚乙烯,分子量在1500040000。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30100大气压下,用金属氧化物作催化剂,使乙烯聚合成聚乙烯方法,称为中压法。所制得聚乙烯密度为0.9310.940。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;或用乙烯
21、和丁烯、醋酸乙烯和丙烯酸酯等单体共聚中密度聚乙烯。(3) 高密度聚乙烯(HDPE)在常温常压下,用催化效能较高络合催化剂(以烷基铝和四氯化钛组合有机金属化合物),使乙烯聚合成聚乙烯。因为它催化性能高,所以乙烯聚合反应可在更低压力或更低温度下(010大气压和6075oC很快完成,称为低压法。所制得聚乙烯分子结构含有没有分支特点,它分子结构为线型。线型分子结构含有密度大(0.9410.965)特点,称为高密度聚乙烯。和低密度聚乙烯相比含有耐热、机械性能好,耐环境应力开裂性优越。2. 聚乙烯特征聚乙烯是一个乳白色塑料,表面呈蜡状且半透明,是电线电缆较为理想绝缘和护套材料。其关键优点是:(1) 优异电
22、气性能。其绝缘电阻和耐电强度高;在较宽频率范围内,介电常数和介质损耗角正切tg值小,且基础不受频率改变影响,作为通信电缆绝缘材料,是近乎理想一个介质。(2) 机械性能很好,富有可挠性,而且强韧,耐容性好。(3) 耐热老化性能、低温耐寒性能及耐化学稳定性好。(4) 耐水性好,吸湿率低,浸在水中绝缘电阻通常不下降。(5) 作为非极性材料,透气性大,低密度聚乙烯透气性是多种塑料中最为优良。(6) 比重轻,其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出,约为0.92g/cm3;低压聚乙烯虽其密度较大,也仅为0.94g/ cm3左右。(7) 含有良好加工工艺性能,易于熔融塑化,而不易分解,冷却易于成型,制品几何形状
23、和结构尺寸易于控制。(8) 用它制作电线电缆重量轻,使用、敷设方便,接头轻易。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,并放出和石蜡燃烧时一样臭味;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)电缆绝缘和护套材料使用时应尤其注意。3. 电线电缆用聚乙烯塑料(1) 通常绝缘用聚乙烯塑料仅由聚乙烯树脂和抗氧剂所组成。(2) 耐候聚乙烯塑料关键由聚乙烯树脂、抗氧剂、和碳黑组成。耐候性能好坏取决于碳黑粒径、含量、和分散度。(3) 耐环境应力龟裂聚乙烯塑料采取熔融指数0.3以下,分子量分布不太宽聚乙烯;对聚乙烯进行辐照或化学交联。(4) 高电压绝缘用聚乙烯
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