电线电缆用塑胶料综述

电线电缆用塑胶料综述电线电缆用塑胶料综述1.0塑料的分类1.1Thermosetting热固定塑料：（电线极少用到）初期亦为直链分子，加热软化只有短时间的可塑性，随后分子起交联反应(CrossLinking)变成三度的空间结构，使得热固性塑料一但固化后无法重新使用，如：EP,PDAP,SI……等。1.2热塑性塑料：分子结构多为直链型，它在常温下是固态，加热后即软化或液化成为可塑态，成型冷却后又恢复固态，这样的性质可重复使用。2.0塑料的加工原理2.1塑料是高分子材料，高分子是由许多单体分子连接而成的巨大分子，这些分子通常成直链状，但由于结构上的差异，有时主链分支而成短侧链或长侧链，甚至由于架桥作用而形成三度空间的纲状结构。这些分子经常以C―C，C，C―O的共价组合。如下图a、b、c共价结合，分子间则籍氢键等互相吸引，这些巨大的分子链互相吸引、重叠、纠缠、卷缠，形成块状的高分子聚合体，由于分子之极性与立体规则性的影响，聚合体的集合状态有结晶形，也有无定形。塑料的物理性质与加工性，即是这些分子结构现象的综合表现。2.2塑料加工是利用塑料形态变化的特性先将塑料熔化或软化，塑造成特殊形状后，使之硬化固定，一般塑料加工的功能可归纳如下四种方式。2.2.1赋予材料可塑性：使材料流动或软化。2.2.2赋予形状：软化或流动的塑料成特殊外形。2.2.3硬化定形：使变成特殊形状的塑料保持不变的形状通常有几种方法。a降温冷却，使硬化定形﹔b移去溶剂使硬化定形﹔c利用化学的交联反应(crosslinking)而硬化定形。2.2.4材料改质：利用加工手段，使塑料的内部结构产生化学或物理变化而提高价值。一般塑料加工技朮均包含2.2.1，2.2.2，2.2.3三项功能而2.2.4材料改质则视产品设计需要而定。3.0塑料的性质3.1基本物理性质a比重﹔b分子量﹔c粘度﹔d假比重及粒径分布﹔e游离单体含量(聚合程度)﹔f吸水率﹔g透气率。3.2机械性质3.2.1抗张强度及伸长率，参考UL或ASTMD638﹔3.2.2弯曲强度，参考ASTMD790﹔3.2.3压缩强度，参考ASTMD695﹔3.2.4冲击强度，参考ASTMD256﹔3.2.5硬度：(a)RockWellDurometa法（ASTMD785）﹔(b)BarcolImpressor法(ASTMD785)﹔(c)ShoreDurometa法(ASTMD2240)。3.2.6弹性系数：受外力作用变形后回复原来形状能力3.3热性质3.3.1热变形温度：显示塑料在高温受压下能否保持不变的外形。3.3.2软化点：受热而硬度降低，即将开始流动温度。3.3.3热传导率：热量在塑料材料中传导的速率。3.3.4热膨胀系数：塑料加热时尺寸膨胀的比率。3.3.5收缩率：收缩后与原模具设计尺寸的比例。3.3.6熔态指数又称熔化指数：通常用来判断热塑性塑料的加工性质。3.4化学性质3.4.1抗溶剂性：对酸、碱、醚、醇、酮、芳香烃、脂肪烃……等抵抗性。3.4.2燃烧性：为改善塑料的耐烧性通常添加难燃剂。3.4.3耐候性：受光、热、空气……等影响而引起的变质，劣化的抵抗性，包含在紫外光、氧、臭氧影响下之安定性。3.5光学性质3.5.1透明度：可视光域的光透过率，分为透明、半透明、不透明。3.5.2雾度(Haze)：透明塑料内部或表面呈现模糊状的、雾状外观程度，雾状外观是由于光线散射而引起的。3.5.3尚有其它要求之光泽度、折光率、黄色指数等。3.6电气特性3.6.1导电率及电阻率，导电性越高表示导电率越好，导电性越低表示导电率越差即绝缘性越好。电阻率102Ω/cm以下为导体﹔电阻率103?108Ω/cm为半导体﹔电阻率108Ω以上为绝缘体，以上依ASTMD257为测试方法。3.6.1.1容积电阻：将绝缘体内部1cm3的立方体在其相对两面施加电压的电阻，以Ω－cm表示，详细方法可查JISK6911或ASTMD527规定。3.6.2介电强度（DielectricStrength）绝缘体所能承受的介电破坏电压与其厚度的商值，可参考ASTMD149方法测试。3.6.3介电常数(DielectricConstant)介电常数亦称电容率，为物体中电容与真空中电容的比值，可参考ASTMD150。3.6.4功率因子（PowerFactor）散逸于物质中电力对正弦曲线电压（V）与电流（I）乘积的比例，即：PF＝W/（VI）＝sinδ，sinδ为损失角度，可参考ASTMD150。3.6.5散逸因子（DissipationFactor）施于介电物质之交流电压的正弦曲线与流过介电物质的电压曲线的夹角的余角。δ的正切值tanδ称为散逸因子，可参考ASTMD150。3.6.6屏蔽效果（ShieldingEffectiveness）指减少电磁干扰（EMI）与射频干扰（RFI）的效应其，测定方法为：SE＝20xLOG(Eb/Ea)。Eb＝：屏蔽前的电场强度﹔Ea＝：屏蔽后的电场强度。3.7加工性要注意其流动性，热安定性，成型（押出）温度，融解温度点（融点），成形收缩率等问题。4.0塑料添加剂添加剂是指分散在塑料分子构造中，不会严重的影响塑料的分子结构，而能改善其性质或降低成本的化学物质，依其功能可分下述各类。4.1抗氧化剂（Antionxidant）主要是防止塑料中的不饱和双键受氧原子侵袭而引起的品质劣化，如芳香胺类，烷基酚……等。4.2抗静电剂（Antistaticagent）主要是赋予塑料细微的导电性，以避免因磨擦而造成静电的积存，如乙氧化胺类……等。4.3发泡剂发泡剂主要有三类：（a）直接压入塑料熔胶中使发泡，压入气体有氮气、二氧化碳、空气……等。（b）挥发性液体，升温后挥发膨胀，而使塑料体发泡。常见有聚苯乙烯泡棉。（c）分解性化学发泡剂，一般为固体粉未，它们在加热时即分解放出气体（通常为氮或二氧化碳）常用者为偶氮化合物（有机物）或无机盐类，如酸氢钠。4.4着色剂（染料）分有机与无机两大类，又分为染料及颜料两大类。4.5难燃剂（又称防火剂）当塑料暴露于火焰时，能压抑火焰之蔓延，防止烟雾形成，当火焰去掉时，燃烧便会停止，大致可分为二大类型：（a）反应型：难燃剂常是卤化的单体，它可以参加反应与聚合体形成化学结合。（b）非反应型是含卤素、磷、氮、硼的化合物，它们与聚合体只作物理性的混合。（c）其它，如三氧化二石弟……等。4.6安定剂（HeatStabilizer）一般塑料均会在高温时分解劣化，以PVC最严重，PVC在100℃以上长时间加热，有少量盐酸游离出来，开始分解，因此安定剂的添加是非常重要的，PVC安定剂可分为五类（a）铅盐安定剂——硬脂酸铅，三盐基硫酸铅，二盐基硬酯酸铅﹔（b）金属皂类安定剂——硬脂酸镁，硬脂酸钙﹔（c）镉钡液状安定剂有Cd—Ba系，Cd—Ba—Zn系,Ba—Zn系等﹔（d）有机锡安定剂，如：二丁锡二月桂酸盐等﹔（e）安定化助剂，如环氧化合物。4.7紫外光吸收剂（UVabsorber）受到高温能量的紫外光照射而发生劣化，因此户外使用的塑料必须添加此剂，将紫外光线吸收或遮断，如水杨酸脂类。4.8冲击改质剂（Impactmodifier）加入具有特殊性质的树脂，可籍着混炼的方式增加，以改良塑料的耐冲击性，该剂也常影响到塑料的耐热性，流动性，必须慎重选择。4.9滑剂（Lubricant）可分内部与外部滑剂：内部滑剂的目的减少聚合分子间的磨擦，降低粘度，提高流动性﹔外部滑剂是使塑料从金属模具表面易于脱模。常用滑剂有脂肪酸酯类或脂肪酯醯胺类、烃类（如天然石腊），金属皂类。4.10可塑剂（Plasticizer）可塑剂为挥发性低的物质，添加于塑料时，能使塑料的弹性系数增加或减少，而于常温时增加柔软性，高温时易于加工，以PVC为例，添加量愈多时制品愈软。可塑剂又分为一次可塑（主可塑剂）通常与树脂兼容性良好，可单独使用﹔而二次可塑料剂（辅助可塑剂），其兼容性有限，只能添加少许量以改良性质。可塑剂的主要分类：（一）酸酯类——如DOP,DBP等﹔（二）直链二元酸酯类：此为耐寒一次可塑剂如DOA等﹔（三）磷酸脂类：具有耐燃性，耐化学性如TCP﹔（四）环氧化油类、无毒性、耐菌性差如环氧大豆油﹔（五）苯三甲酸酯类，如TIDTM﹔（六）高分子类（又称聚酯可塑剂）特点：挥发性及移行性低，如Polyglycoladipate等﹔（七）其它，如脂族羟类。4.11硬化剂（Curingagent）硬化剂目的在促进塑料形成交联结构称之硬化，其目的提高机械强度、耐热性、耐溶剂性、与尺寸稳定性，如DCP……等。4.12填充剂（Filler）改善机械强度作为补强剂，增加重量作为增量剂，以降低成本，如高岭土，碳酸钙等。4.13其它4.13.1成核剂（Nucleatingagent）有些无机粉未在发泡中可使泡棉结构更为细致。导电剂：如碳烟，金属粉未等。5.0塑料调配设备原料（配方）→混合→混炼→冷却（气冷或水冷）→切断→胶粒常用混合设备，如汉氏混合机（Henshelmixer）常用混炼设备，有双螺杆或多段炼押出机﹔有捏合机（Kneader），以布氏双向捏合机（BussKo—Kneader）最有名。6.0塑料的加工形式有射出成型，押出成型……等。电线绝大部分用押出成形（Extrusion）,是将热熔性塑料在加热筒内溶化再用螺杆予以押出。7.0塑料之鉴别7.1燃烧法依下述简易方法进行：7.1.1是否燃烧﹔7.1.2燃烧火焰颜色﹔7.1.3是否冒烟﹔7.1.4冒烟颜色﹔7.1.5烟为清烟或含炭灰之烟﹔7.1.6是否有溶胶滴落﹔7.1.7溶胶是否继续燃烧﹔7.1.8有何气味。7.2例举常用各种塑料性质7.2.1燃烧法Teflon：遇火软化变形，有邹曲薄层，少量焦炭，微焦发味，不可燃性遇火软化。PVC：绿色光罩，绿焰及黄焰滚滚冒出，软化冒出白烟并有盐酸味（自熄性塑料）。PE：兰色光罩，燃烧区熔融透明，有熔胶滴落及蜡烛味（延烧性塑料）。PP：兰色光罩，燃烧区熔融透明，有熔胶滴落及煤油味（延烧性塑料）。PU：黑烟，有熔胶滴落，无焦灰，氮氧化合物味，延烧性。Nylon：兰色光罩，熔融，头发焦味，自熄性。Silicone类：无味，浓浓白烟，白色残余灰份，自熄性。7.2.2比重法品名PVC；Teflon；PE；PP比重硬质1.30－1.58软质1.16－1.35；2.08－2.2；0.917－0.965；0.90－0.92品名PU;Nylon;SiliconePVDF比重1.1－1.51.12－1.15/1.76－1.787.2.3其它法如光谱分析法、溶剂鉴别法……等。8.0架桥的应用8.1塑料因为分子结构的关系，一般绝缘材料有其基本上无可克服的缺点。由于高分子聚合物绝缘材料是由一群左右连接的分子组成，受热时，分子距离增大，进而造成聚合物分子结构变弱，变软甚至融化。因此，若能在相邻分子长链横间架一些固定链，必能防止或减轻聚合物分子受热后产生劣化的现象，进而增加其物理与机械性能，用于电气绝缘必甚有价值。在化学上，这种改变高分子聚合物分子结构为三度空间纲状组织的过程称为交连反应（Crosslinking）。在电线制成中，电子照射是达成使绝缘材料分子交连最有效的方法﹔可靠度、均匀性与化学反应速率及其再现性都相当高。尤其对于薄绝缘电线或较小型电缆的交连，电子照射更是绝佳的方法。面对各种电线产品轻、薄、短、小的严格要求，电子照射交连提供了最佳的方向。在电线绝缘材料的“光谱”上，照射材料（耐热等级90~150℃）正好填补了现有其它绝缘材料的“空缺”（一般材料耐热等级为60~105℃，高温材料耐热等级为150~260℃）。照射绝缘材料同时兼顾了各项特性间的平衡，使电线使用者有了更宽广的选择弹性与空间。8.2架桥方法(a)电子照射(ElectronBeanIrradiation)﹔(b)加硫﹔(c)空气，以上以电子照射最好。9.0环境对策所衍生相关问题因环境保护的重视，世界各国对于破坏环境的化学物质，法律明令禁止使用，如下所述物质皆为禁止使用。镉和镉的化合物﹔PBB（多溴联苯）类和PBDE（多溴二苯醚）