電纜用聚氯乙烯（PVC）性能

        我們?cè)谄綍r(shí)的電纜生產(chǎn)中經(jīng)常用到聚氯乙烯塑料，聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹脂為基礎(chǔ)，加入各種配合劑混合而成的。其機(jī)械性能*、耐化學(xué)腐蝕、不延燃、耐氣候性好、電絕緣性能好、容易加工、成本低，因此是電線電纜絕緣和護(hù)套用的好材料。
1.聚氯乙烯樹脂
聚氯乙烯樹脂是由氯乙烯聚合而成的線型熱塑性高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)如下：

 H  H  H    H        H     H
…… C   C  C     C C    C    ……
 Cl  H  Cl    H        Cl    H
          n
從該分子結(jié)構(gòu)看，聚氯乙烯具有以碳鏈為主鏈，呈線型，含有C   Cl極性鍵。聚氯乙烯樹脂具有下列基本特性：
（1） 是熱塑性的高分子材料，可塑性和柔軟性較好。
（2） 由于C   Cl極性鍵的存在，樹脂具有較大德極性，因此介電常數(shù)ε和介質(zhì)損耗角的正切值較大，在低頻情況下，有較高的耐電強(qiáng)度。另外由于極性鍵的存在，分子間的作用力較大，機(jī)械強(qiáng)度較高。
（3） 分子結(jié)構(gòu)中含有氯原子，樹脂具有不延燃和較好的耐化學(xué)腐蝕性及耐氣候性。氯原子能破壞分子的晶體結(jié)構(gòu)，樹脂的耐熱性較低，耐寒性較差，加入適量的配合劑，就能改善樹脂的性能。
2.聚氯乙烯樹脂的種類
聚乙烯的聚合方法有：懸浮聚合、浮液聚合、本體聚合和溶液聚合四種。
聚氯乙烯樹脂的制造目前主要采用懸浮聚合方法，電線電纜就是采用懸浮法聚氯乙烯樹脂。
聚氯乙烯懸浮聚合過程中所用樹脂的結(jié)構(gòu)形狀有：疏松型樹脂（XS型）和緊密型樹脂（XJ型）。疏松型樹脂質(zhì)地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，晶點(diǎn)少，因此電線電纜用的樹脂是疏松型。樹脂的特性如下：
項(xiàng)目 疏松型樹脂 緊密型樹脂
粒子直徑 50-150μm 20-100μm
顆粒外形 不規(guī)則，由多球并合而成 球形表面光滑，呈單球
顆粒斷面結(jié)構(gòu) 疏松多孔，微粒間間隙大 微粒間間隙小
吸收增塑劑 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） 電絕緣性能：聚氯乙烯樹脂是一種極性較大的電介質(zhì)，電絕緣性能較好，但比較非極性材料（如聚乙烯、聚丙烯）稍差。樹脂的體積電阻率大于1015Ω?cm；樹脂在25oC和50Hz頻率下的介電常數(shù)ε為3.4～3.6，當(dāng)溫度和頻率變化時(shí)，介電常數(shù)也隨之明顯的變化；聚氯乙烯的介質(zhì)損耗正切tgδ為0.006～0.2。樹脂的擊穿場強(qiáng)不受極性影響，在室溫和工頻條件下的擊穿場強(qiáng)比較高。但聚氯乙烯的介質(zhì)損耗較大，因而不適用于高壓和高頻場合，通常用在15kV以下的低壓和中壓電線電纜的絕緣材料。
2） 老化穩(wěn)定性：從分子結(jié)構(gòu)上看，氯原子都與碳原子相連，應(yīng)具有較高的耐老化穩(wěn)定性。但在生產(chǎn)過程中，由于溫度的直接影響和機(jī)械力的作用，易放出氯化氫，在氧的作用下，產(chǎn)生降解或交聯(lián)，導(dǎo)致材料變色發(fā)脆，物理機(jī)械性能顯著下降，電絕緣性能惡化，因此聚氯乙烯老化。為改善它的老化性，必須添加一定的穩(wěn)定劑。
3） 熱機(jī)械性能：聚氯乙烯樹脂為無定型聚合物，在不同溫度下具有三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。聚氯乙烯樹脂的玻璃化溫度為80oC左右，粘流溫度160oC左右。在常溫下處于玻璃狀態(tài)，這很難滿足電線電纜使用要求。為此，必須將聚氯乙烯進(jìn)行改性，使其在室溫下具有較高的彈性，同時(shí)又兼有較高的耐熱性和耐零性。加入適量的增塑劑能夠調(diào)節(jié)玻璃化溫度，以增加塑性，達(dá)到柔軟性，提高機(jī)械性能。
4.電線電纜用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料是多組份塑料，根據(jù)不同的使用條，改變配合劑的品種和用量，能夠制得不同品種的電線電纜用聚氯乙烯塑料。
聚氯乙烯電纜塑料按其在電線電纜上用途不同，可分為絕緣級(jí)電纜料和護(hù)層級(jí)電纜料。
（1） 絕緣用聚氯乙烯塑料
根據(jù)電線電纜的使用要求和特性，絕緣用聚氯乙烯塑料的類型、性能、要求及主要用途如下表所示。

絕緣用PVC塑料分類及性能
類型 性能要求 使用溫度 主要用途
絕緣級(jí) 電絕緣性能較好，有一定的耐熱性、柔軟性 70oC 通信、控制、信號(hào)及低壓電力電纜絕緣
普通絕緣級(jí) 有一定的電絕緣性能，有較好的柔軟性及耐大氣性、廉價(jià) 70oC 室內(nèi)固定敷設(shè)的電線、護(hù)套軟線、500V農(nóng)用電纜以及儀表安裝用電線的絕緣
耐熱絕緣級(jí) 有較佳的耐熱老化性和耐變形性，電絕緣性能較好 80oC
105oC 要求耐熱較高的船用電纜、航空導(dǎo)線、電力電纜及安裝用電線的絕緣
高電性能絕緣級(jí) 較佳的電絕緣性能，絕緣電阻高、介電性能好，有一定的耐熱性 70oC 電壓為6kV－10kV級(jí)的電力電纜的絕緣
耐油耐溶劑絕緣級(jí) 具有較好的耐油性、耐溶劑性和柔軟性，電絕緣性能較好 70oC 用于接觸油類和化學(xué)物質(zhì)的電線電纜的絕緣級(jí)
阻燃絕緣級(jí) 電絕緣性能較好，有較高的耐火焰燃燒性，柔軟性較好 70oC 固定敷設(shè)的電力電纜、礦用電纜、安裝用電線的絕緣
各類聚氯乙烯絕緣料的技術(shù)要求見下表。
絕緣用PVC塑料的技術(shù)要求
技術(shù)指標(biāo) 絕緣級(jí) 普通
絕緣級(jí) 耐熱絕緣級(jí) 高電性
絕緣級(jí)
   80oC 105oC 
體
積   
電
阻
系
數(shù)
（Ω?cm）
≥ 20oC 1×1014 1×1014 3×1014 3×1014 5×1014
 70oC 1×1011 1×1010 － － 5×1011
 80oC － － 5×1011 － －
 105oC － －  2×1011 －
擊穿場強(qiáng)（kV/mm） ≥ 20 20 20 20 20
介質(zhì)損耗角正切tgδ（20～85oC）≤ － － － － 0.1
介質(zhì)損耗因素ε，
≤tgδ（20～85oC）     0.75
拉伸強(qiáng)度（N/mm2）≥ 180 170 200 200 200
斷裂伸長率（％）≥ 200 220 180 200 160
低溫沖擊
壓縮溫度（oC）≤ 0 -10 +3 － +5
200 oC熱穩(wěn)定
時(shí)間（min）≥ 60 60 60 60 60
軟化溫度（oC） 170～190 170 ～190 180～195 － 175～185
熱
老
化
性
能 老化溫度（oC） 110 110 113 136 110
 老化時(shí)間（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

（2） 護(hù)套用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料護(hù)層具有較好的耐腐蝕性，足夠的機(jī)械性能，一定的耐大氣性能，柔軟、耐振、重量輕、加工及敷設(shè)方便。根據(jù)電線電纜的使用條件，研究制成了不同類型聚氯乙烯護(hù)套料，其性能要求及應(yīng)用范圍見下表。
護(hù)套用PVC塑料的分類及性能
類型 主要性能要求 使用溫度 應(yīng)用范圍
普通護(hù)層級(jí) 足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、光老化性及耐寒性較好 70 oC 塑料電線電纜的外護(hù)層及其它電纜外護(hù)層
耐寒護(hù)層級(jí) 有較高的耐寒性，低溫柔軟性 70 oC 戶外及耐寒電現(xiàn)電纜護(hù)層
柔軟護(hù)層級(jí) 有較高的柔軟性，較好的耐寒性 70 oC 耐寒柔軟的電線電纜護(hù)層
耐熱護(hù)層級(jí) 耐熱性能良好 80 oC
105 oC 耐熱的電線電纜護(hù)層
耐油護(hù)層級(jí) 耐油性、耐化學(xué)藥品性好 70 oC 與油類及化學(xué)藥品接觸的電線電纜護(hù)層
易撕護(hù)層級(jí) 抗撕裂性低，敷設(shè)方便、價(jià)格低廉 70 oC 室內(nèi)固定敷設(shè)用絕緣電線護(hù)層
防霉、防白蟻、
防鼠護(hù)層級(jí) 抗生物性好、防白蟻、防霉性好 70 oC 熱帶及溫?zé)釒У貐^(qū)用電纜護(hù)層
阻燃護(hù)層級(jí) 抗燃燒性好 70 oC 安全性要求高的電線電纜護(hù)層
（3） 半導(dǎo)電聚氯乙烯塑料
半導(dǎo)電聚氯乙烯塑料可作為屏蔽材料來使用，例如可作為10kV聚氯乙烯電纜的屏蔽層。半導(dǎo)電塑料用作高壓電纜的屏蔽料時(shí)，由于半導(dǎo)電料直接與絕緣料接觸，會(huì)發(fā)生相互遷移，因而盡量選用與絕緣料相同的增塑劑或電性好、遷移小的增塑劑。否則在使用過程中會(huì)影響絕緣料的電絕緣性能。
（4） 環(huán)保型防白蟻、防鼠電纜護(hù)套料
白蟻和老鼠對(duì)電纜造成破壞，輕則中斷供電，重則釀成重大事故，使電力和通信部門受到損害。以往采用在電纜護(hù)套料內(nèi)加入有毒添加劑（如氯丹、七氯、狄氏劑、艾氏劑等）的辦法，殺滅白蟻、老鼠，以保護(hù)電纜安全運(yùn)行。但這些有毒添加劑對(duì)環(huán)境和人身會(huì)造成污染和危害。目前，多使用在護(hù)套料中加入環(huán)烷酸鉛或環(huán)烷酸酮做添加劑，制成改型的防白蟻?zhàn)o(hù)套料。
（5） 低煙低鹵型阻燃護(hù)套料
用普通（阻燃）PVC電纜料制造的電纜燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量黑煙，同時(shí)釋放出大量腐蝕性氣體HCl，對(duì)人體和儀器裝置會(huì)造成巨大損害。低煙低鹵阻燃電纜料是以PVC樹脂為基料，添加各種改性劑、助劑和優(yōu)良阻燃劑，經(jīng)過均勻混煉充分塑化加工而成的高科技產(chǎn)品。它不僅具有優(yōu)良的阻燃性，而且在燃燒是釋放的煙量低，HCl釋出量很低，可觀察到燃燒火焰及附近的物體。與普通PVC護(hù)套料相比，其拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率相當(dāng)；擠出時(shí)無需特種螺桿，其工藝性能亦相當(dāng)。使用這種電纜料制成的電纜，*適用于地鐵、高層建筑、發(fā)電站、廣播電視中心及計(jì)算機(jī)中心等對(duì)電線電纜阻燃性能要求高的場所。
 

掌握了聚落乙烯的性能，對(duì)各種場合使用什么樣的電纜，具有一定的科學(xué)參考價(jià)值。