廣東電纜廠：電線電纜絕緣材料的選擇
廣東電纜廠：電線電纜絕緣材料的選擇
電線電纜絕緣材料的選擇
10.0 PVC膠粒
10.1 基本配方
PVC粉：主體一般常用 S60、S65、S70﹔
可塑劑：主要目的在調(diào)整軟硬度，提高耐寒絕緣等作用﹔
填充劑：目的在增強加熱，光之安全性，及絕緣性﹔
改質(zhì)劑：依特性要求添加﹔
安定劑：抑制PVC內(nèi)之少量游離Cl-分解﹔
防火劑：增強耐燒性﹔
染顏料：顏色調(diào)配。
10.2 硬度
國際上常以shore A表示之，而國內(nèi)軟硬度常以P%表示，例如：50kg之PVC料，可塑劑40kg時是以80P，50gPVC料，可塑劑55kg時是以110P表示即可塑劑愈多P數(shù)愈大，PVC膠粒愈軟而蕭氏硬度(shore A)度數(shù)愈大，PVC膠粒愈硬。
10.3 移行說明
電氣用品之外殼……等常用的塑料材質(zhì)大部份為PS，ABS，HIPS，電線為PVC塑材料時，由于含有可塑劑(軟化劑)，而有此可塑劑會移行者，會將PS，ABS，HIPS塑料殼侵蝕，因此有非移行的要求，也就是PVC材料不能移。
10.3.1 移行的試驗方法
將試片(ABS，或PS或HIPS)兩片(長50x寬50x厚20mm)，中間夾PVC電線，再上下兩層用玻璃蓋住并用500±5g砝碼壓住，施以不同時間(24，48，72小時)不同溫度(50℃，60℃，70±2℃)之條件下，測試(條件由客戶設(shè)定)，測試后取出試片，用肉眼觀察，試片上不能很輕易的看出痕跡，亦即需極費眼力才能看出來。
ABS = Acrylonitrile Butadiene Styrene Terpolymer
苯乙烯，丁二烯，丙烯，參聚合體
PS = POLYSTRRENE 聚苯乙烯
HIPS = High Impact Polystyrene 高沖擊聚苯乙烯
10.3.2 PVC膠粒應(yīng)具下列性質(zhì)
耐熱性 ( Thermal Stability ) ﹔
硬度 ( Hardness )﹔
安全性 ( Safety )﹔
老化性 ( Aging Properties ) ﹔
機械性質(zhì) ( Mechanical Properties )﹔
耐燃性 ( non-flammability )﹔
電氣特性 ( Electrical Properties )﹔
耐候性 ( Weather ability )﹔
光安定性 ( Light Stability )﹔
低溫特性 ( Low Temperature Properties )。
11.0 塑料常用特性名詞解釋
11.1 抗張強度：（Tensile Strength）
將試樣（如啞鈴片……等）拉斷時所需要之應(yīng)力，用之單位為PSI或kg/mm2。
11.2 熱變形（Heat Distortion）
將材料適當(dāng)?shù)娜雍螅瑢⑵浼訜嶂烈欢ㄖ疁囟群?，試驗該材料之外形改變情況。其計算公式如下：
11.3 熱沖擊（Heat Shock）——試驗材料穩(wěn)定性方法之一，將材料在特定的時間內(nèi)卷繞于規(guī)定之圓棒上，暴露于高溫中，不得有龜裂現(xiàn)象發(fā)生。
11.4 冷彎（Cold Bend）——將電纜之試樣繞在規(guī)定之圓棒（Mandrel）上，而置于特定溫度之冷室中，通常為零下之溫度。再將試樣取出作彎曲試驗，則可試驗出材料之破壞程度或有無缺點。
11.5 延伸（Elongation）——試樣拉斷時的伸長情形
11.6 焊接性(日文：半田性)——PVC芯線等在焊接或熱鍍時其塑料部份后縮收，所以其材質(zhì)要經(jīng)X—RAY處理成架橋，或改其塑料本身性質(zhì)，如：SR—PVC。
11.7 老化（Aging）——仿真電纜經(jīng)長時間的使用后，其物理性（抗張延伸）改變的情形。
11.8 額定溫度（Temperature Rating）——絕緣材料在連續(xù)使用之情況下，其基本特性不會發(fā)生變化或損失時，所能容許之最高溫度。如交連PE為90℃，PVC有60℃，75℃，90℃，105℃，PE為75℃等。
11.9 額定電壓（Voltage Rating）——依照規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)可連續(xù)實施于各種電纜電纜之最高允許電壓。
11.10 絕緣阻抗（Insulation Resistance）——加于絕緣體兩極間之電壓與電流之比，以公式表示為R＝E/I，其單位一般用MΩ（百萬歐姆表示之）。
11.11 耐電壓（介質(zhì)強度）（DielectricStrength）——絕緣材質(zhì)在破壞之前所能承受之電壓，介質(zhì)強度在材料中是一個非常重要特性，在同一種耐電壓情況下，介質(zhì)強度好的材質(zhì)，其絕緣厚度可以較薄。
12.0 塑料之耐燃測試
依UL規(guī)定 UL Standard 94 分為水平燃燒（94—HB）及垂直燃燒
94V－0，94V－1，94V－2。
13.0 發(fā)泡
目的：在改變或降低成品的電容（介電常數(shù)）并使成品輕量化，小型化，進而節(jié)省材料，達到提高品質(zhì)與降低成本的最終目的，一般常用方法
(a) 物理發(fā)泡
(b) 化學(xué)發(fā)泡，化學(xué)發(fā)泡在加熱過程中，發(fā)泡劑分解出大量氣體。
14.0 顏色比較說明
色差公式說明及應(yīng)用情形
14.1 HunterLab，ANLab，ANLab(40)(又名AN40)
以上色差公式為早期色差公式，目前極少使用。
ANLab之系數(shù)40用于轉(zhuǎn)換單位大小以接近NBS單位。
14.2 JPC 79色差公式
染色者及色彩師學(xué)會（Socity of Dyers and Colourists,簡稱SDC）在1980年，Mc Donald 發(fā)表一個JPC99色差，主要修改CIEL＊a＊b＊之缺陷。
14.3 CMC 色差公式
1984年，JPC97以Clark，McDonald及Ring三人修改其中錯誤部份經(jīng)過（SDC）的測色委員會（Color Measurement Committee，簡稱CMC）通過，推薦色彩工業(yè)使用，命名為CMC色差公式。目前已在歐洲普遍化，為英國國家標(biāo)準(zhǔn)，人眼吻合性佳。
14.4 BFD 色差公式
1986年英國布津大學(xué)羅明博士與Rigg經(jīng)由知覺色差實驗修改CMC，提出BFD色差公式。目前為瑞典之國家標(biāo)準(zhǔn)。
14.5 M＆S 色差公式
英國著名百貨公司（Marks and Spencer）與ICS合作所創(chuàng)，前后有MS80，MS82，MS83，MS83A至MS89，此公式主要用于該公司與其供貨商允拒收顏色品管作業(yè)。目前較長用于紡織業(yè)。
14.6 CIEL*a*b*及CIEL*u*v*色差公式
1976年，國際照明協(xié)會（CIE）公布CIEL*a*b*及CIEL*u*v*兩種色差公式供業(yè)者使用，其中CIEL*u*v*用于色光之檢驗。CIEL*a*b*被廣泛用于物體色（surface color）工業(yè)上，此色差公式為使用頻率最高之公式。但此色差公式經(jīng)色彩物理學(xué)家研究與人眼觀測之視覺色差不具吻合性。
15.0 常用之塑料簡介（以目前我公司所用材料作介紹）
15.1 Polyvinyl Chloride 聚氯乙烯(PVC)
15.1.1 原料：氯乙烯單體。
15.1.2 制造方法：懸濁聚合，乳化聚合……等。
15.1.3 加工方法：射出，押出……等。
15.1.4 用途：可用于電線……等。
15.2 High Density Polyethylene 高密度聚乙烯（HD－PE）
15.2.1 原料：乙烯基，觸媒。
15.2.2 加工方法：射出，押出，中空成型……等。
15.2.3 用途：可用于電線。
15.2.4 密度：0.941－0.958 g/cm3。
15.3 Low Density Polyethylene 低密度聚乙烯（LD－PE）
15.3.1 原料：乙烯基。
15.3.2 加工方法：射出，押出……等。
15.3.3 用途：可用于電線。
15.3.4 密度：0.910－0.925 g/cm3。
15.4 Linear Low-Density Polyethylene 直鎖狀低密度聚乙烯(LLDPE)
15.4.1 原料：乙烯基，α烯羥（olefines）。
15.4.2 加工方法：射出，押出……等。
15.4.3 用途：可用于電線。
15.5 Polypropylene 聚丙烯（PP）
15.5.1 原料：乙烯基，丙烯基。
15.5.2 加工方法：射出，押出……等。
15.5.3 用途：可用于電線。
15.6 Thrmo-Plastic-Polyurethane 聚胺基甲酸脂（PU）
15.6.1 原料：(a) Polyether 聚醚 (b) Polyester 聚脂類
15.6.2 加工方法：射出，押出……等。
15.6.3 用途：可用于電線。
15.7 Fluorocarbon 氟塑料 俗稱：鐵氟龍（Teflon）
15.7.1 原料：螢石（Fluorite）,氟氣體。
15.7.2 加工方法：射出，擠壓，押出。
15.7.3 用途：可用于電線。
15.7.5 分類
(a) PTFE： 聚四氟乙烯樹脂
(b) FEP ： 四氟乙烯與六氟丙烯共聚物
(c) PFA ： 四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物
(d) ETFE： 四氟乙烯與乙烯的共聚物
(e) C TFE ( Chlorotrifluoroethylene)： 聚氟三氟乙烯樹脂
(f) PVDF ( Poly Vinylidene Flouride)： 聚氟偏氯聚乙烯
(g) Fluorocarbon Polymers： 鐵氟龍（碳化氟物）
(h) Polytetrafluoroethylene (FTFE)： 聚氟四化乙烯
(i) Fluorinated Ethylene propylene (FEP) ： 六氟化丙烯
(j) Foam-FEP
(k) Foam-PTFE
15.8 Thrmo-Plastic-Elastomer 熱可塑性彈性體 TPE
15.8.1 原料：大概分四系列
(a) Styrene系（苯乙烯）
(b) Olefines系（烯羥系）
(c) Polyestes系（聚脂系）
(d) Polyamide系（聚醯胺系）
15.8.2 加工成形：射出，押出……等。
16.0 絕緣體（Insulation）
16.1 目的：為導(dǎo)體絕緣。
16.2 常用材料一覽表，如下：
種類主要用途 代表性產(chǎn)品特性PVC 一般60℃PVC TF……等廣泛用于絕緣體，耐臭氧、耐油、耐藥性優(yōu)良，硬度、耐寒性可調(diào)整配合，介電常數(shù)，散逸因素……等（常數(shù)）大架橋（照射，化學(xué)架橋）增加耐熱性，改變機械強度，耐有機溶劑性，焊接性SR-PVC( 半硬質(zhì)PVC)有比較良好焊接性架橋有照射、化學(xué)、溫水、空氣架橋，以電子照射（X-ray）效果最好 耐熱PVC75℃，80℃，90℃，105℃ UL1007，1015，SVT……等;
SR－PVC 80℃，90℃，105℃ UL1061……等
架橋PVC 125℃ UL1429，1430……等
PE 75℃，80℃同軸線,PE分為中高低密度PE、架橋、發(fā)泡PE。一般電氣特性良好(如介電常數(shù)……等)機械性、耐藥性、耐溶劑性良好，對直射日光、紫外線性不良，及有熱變形缺點，廣泛用于高壓線(絕緣性良好)，通信用線，發(fā)泡目的在改變介質(zhì)常數(shù)進而改善衰減等電氣特性
架橋PE 90℃
發(fā)泡PE 80℃ UL1354同軸線等
氟塑料 PTFE 260℃耐溫度性(-70~+260℃)有良好的電氣特性(比PE好)，電氣特性、不燃性、耐藥品性良好，可用于薄皮膜押出，高價、高品位電線，價格高，專用押出機，比重高，硬、耐屈曲性不良
PFA 250℃
EFP 200℃ UL1330，1332……等
ETFE 150℃ UL1829，1828……等
PVDF
PP（或發(fā)泡PP）80℃介電常數(shù)小，亦有發(fā)泡PP常用于傳輸信號線等;Elastomer彈性體 Polyester系聚脂系列耐屈曲疲勞性良好、彈性佳，用于曲線絕緣或機械人線纜外被，硬度等級低時(軟)體積抵抗低絕緣性不良，押出時必須先干燥;Polyolefines聚烯烴類,比重0.9以下，電氣特性良好，有適度的彈性及耐燃性，常用于橡膠絕緣類之機械人用線之絕緣材料;天然橡膠（NR）天然橡膠絕緣線60℃,電氣、機械、低溫柔軟性良好、耐熱性、耐油性差，可燃的Silicone橡膠耐溫度環(huán)境性，耐候性，電氣特性良好，機械特性耐磨性差.
備 注 絕緣材料使用按場合應(yīng)選擇，最低體積抵抗在1015Ω以上
18.0 塑料的基本性質(zhì)
18.1 塑料的物理性質(zhì)
18.1.1 比重(density)
比重是指物質(zhì)密度與水密度的比值，所謂密度是指單位體積的重量。比重的測定可依ASTM D792水中置換法得。
18.1.2 吸水率
吸水率是測定塑料吸水份的程度，測法是先將樣品烘干后稱重，浸入水中24或48小時后，取出再稱重，計算重量增加的百分比，即為吸水率，一般吸水性太大之塑料材料，易影響機械強度與尺寸穩(wěn)定性，如Nylon或PET即是典型之例子。
18.1.3 透氣率(Permeability)
透氣率是測定塑料膜或塑料板氣體穿透難易的程度，可依ASTM D1434的方法測定得。此在包裝用途上是一項重要之物性指針。
18.2 塑料的機械性質(zhì)
18.2.1 抗張強度及伸長率(Tensile strength; Elongation)
抗張強度(又稱抗拉強度)是指將塑料材料拉伸到某一程度(如降伏或斷裂點)所需力的大小，通常以每單位面積多少力來表示，而其拉伸的長度百分比即為伸長率。此項測定可依 ASTM D638之方法測試之。
18.2.2 彎曲強度(Yield Strength)
彎曲強度又稱折曲強度，主要為測試塑料抗彎曲的能力，可依ASTM D790的方法測得，而常以每單位面積多少力來表示，如kg/cm2。其測法如下圖所示，將一ASTM標(biāo)準(zhǔn)試片，兩端支撐起來，中間逐漸增加外力，可測得其最大承受之彎曲強度。
18.2.3 彎曲彈性率
將塑試片彎曲時(測法如彎曲強度)，在其彈性范圍內(nèi)，單位變形量所產(chǎn)生之彎曲應(yīng)力稱為試片之彎曲彈性率， 一般彈性率越大，表示該塑料材料之剛性越好。
18.2.4 沖擊強度(Impact Strength)沖擊強度是指塑料受外力沖擊時，所能承受的最大能量。ASTM D256中是lzod及Charrpy沖擊強度測試法為常見之測試方法，其中又以lzod最為普遍，其測試方法如下圖所示：
18.2.5 硬度(Hardness)
一般塑料的硬度最常用ROCKWELL(洛式硬度)及SHORE(蕭式硬度)兩種測試法來表示。其中SHORE D 則用來測定較硬之塑料，如一般之泛用塑料及部份工程塑料，而多數(shù)之高性能工程塑料或較硬之工程塑料，則需用 ROCKWELL來測定之。
18.3 塑料的熱性質(zhì)
18.3.1 熱變形溫度(HDT)
最常用的之熱變形溫度測定法為 ASTM D648 試驗法，其測定方式是使試片在一定壓力及一定溫度下，彎曲到一定程度時的溫度。熱變形溫度顯示塑料材料在高溫且受壓力下，能否保持不變的外形。若考慮安全系數(shù)，短期使用之最高溫度應(yīng)保持低于熱變形溫度10℃溫度左右，以確保不致因測試致使材料變形，熱變形溫度之測試裝置如下圖所示：
18.3.2 長期耐熱溫度
長期耐熱溫度是指塑料材料在長時間使用之耐熱性，依UL之規(guī)定，塑料材料長期使用溫度是指塑料材料曝露在高溫下，須達數(shù)萬小時，物性減半之溫度。如UL746規(guī)定之長期耐熱溫度之曝曬時間為105小時，約相當(dāng)于11年之久。五大泛用工程塑料純樹脂與填加30%玻織之熱變形溫度及UL長期耐熱溫度比較
種類 HDT with 30 wt % GF(@ 18.6kg.cm2) UL 長期耐熱溫度 ℃Pure resin UL 長期耐熱溫度 ℃with 30 wt % GF
PBT 210 120 140
Nylon 200 105 115
POM 163 80 100
PC 145 110 130
MPPO 140 100 110
18.3.3 耐焊錫性
由于許多電子、電氣零件必需借由焊錫來固定在印刷電路板上，而焊錫之溫度相當(dāng)高，例如：蒸氣相焊接或紅外線焊接時，流動焊錫溫度均高達270~280 ℃，因此，應(yīng)用于此方面之塑料材料，必需在此溫度下，可持續(xù)耐45秒至75秒之耐熱性，否則材料變形將致使零件松動，脫落之異?，F(xiàn)象。
18.3.4 熔融指數(shù)(Melt Index , MI )
熔融指數(shù)簡稱MI，是一種表示塑料材料加工時流動性的數(shù)值。其測試方法是使塑料粒在一定時間(10分鐘)內(nèi)，一定溫度及壓力(各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同)下，被融化之塑料流體，通過一直徑2.1mm圓管，所流出之克數(shù)。其值越大，表示此塑料材料之加工流動性越佳，反之則越差，最常使用之測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D1283。
射出加工一般都傾向使用MI值較高(>7)的等級﹔而吹瓶、押出加工則會使用較低MI的等級(200
聚丙烯 136~185
低密度聚乙烯 135~160
尼龍-66 130~140
ABS 50~85
PVC 60~80
PC 10~120
環(huán)氧樹脂 45~120
三聚氰胺樹脂(+α纖維素) 45~120
18.6.4 電磁波干擾(Electro Magnetic Interference , EMI)遮蔽性
由于電子、計算機、電機及通訊業(yè)的蓬勃發(fā)展，在我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境中充滿來自各類電子或電機產(chǎn)品所產(chǎn)生之電磁波，對某些精密電子或通訊設(shè)備而言，相當(dāng)容易受干擾。絕緣性良好之塑料材料可為電磁波所穿透，并不具備電磁波遮蔽能力。因此，要求符合EMI遮蔽效果之電子、計算機、電機或通訊設(shè)備，其使用之塑料材料就必需具有EMI遮蔽效果，也就是必需具備導(dǎo)電性。
使塑料材料具備導(dǎo)電性之方法有下列幾種：
a.導(dǎo)電性表面處理：如涂裝導(dǎo)電材料，電鍍及真空蒸煮等方法
b.導(dǎo)電性材料摻合：如加入金屬粉未、碳黑、金屬纖維等導(dǎo)電
c.導(dǎo)電性高分子合成：如Polypyrole等
導(dǎo)電性塑料材料依其表面電阻系數(shù)高低可分為三種不同的應(yīng)用：
d.EMI遮蔽應(yīng)用：表面電阻系數(shù)小于102Ω/sq
f.靜電消散應(yīng)用：表面電阻系數(shù)在102~106Ω/sq
g.抗靜電應(yīng)用：表面電阻系數(shù)有109~1013Ω/sq