電纜用聚氯乙烯（PVC）性能

        我們在平時的電纜生產中經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，加入各種配合劑混合而成的。其機械性能*、耐化學腐蝕、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，其分子結構如下：

 H  H  H    H        H     H
…… C   C  C     C C    C    ……
 Cl  H  Cl    H        Cl    H
          n
從該分子結構看，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ε和介質損耗角的正切值較大，在低頻情況下，有較高的耐電強度。另外由于極性鍵的存在，分子間的作用力較大，機械強度較高。
（3） 分子結構中含有氯原子，樹脂具有不延燃和較好的耐化學腐蝕性及耐氣候性。氯原子能破壞分子的晶體結構，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構形狀有：疏松型樹脂（XS型）和緊密型樹脂（XJ型）。疏松型樹脂質地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，晶點少，因此電線電纜用的樹脂是疏松型。樹脂的特性如下：
項目 疏松型樹脂 緊密型樹脂
粒子直徑 50-150μm 20-100μm
顆粒外形 不規則，由多球并合而成 球形表面光滑，呈單球
顆粒斷面結構 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，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ε為3.4～3.6，當溫度和頻率變化時，介電常數也隨之明顯的變化；聚氯乙烯的介質損耗正切tgδ為0.006～0.2。樹脂的擊穿場強不受極性影響，在室溫和工頻條件下的擊穿場強比較高。但聚氯乙烯的介質損耗較大，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） 老化穩定性：從分子結構上看，氯原子都與碳原子相連，應具有較高的耐老化穩定性。但在生產過程中，由于溫度的直接影響和機械力的作用，易放出氯化氫，在氧的作用下，產生降解或交聯，導致材料變色發脆，物理機械性能顯著下降，電絕緣性能惡化，因此聚氯乙烯老化。為改善它的老化性，必須添加一定的穩定劑。
3） 熱機械性能：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，即玻璃態、高彈態、粘流態。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，這很難滿足電線電纜使用要求。為此，必須將聚氯乙烯進行改性，使其在室溫下具有較高的彈性，同時又兼有較高的耐熱性和耐零性。加入適量的增塑劑能夠調節玻璃化溫度，以增加塑性，達到柔軟性，提高機械性能。
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，可分為絕緣級電纜料和護層級電纜料。
（1） 絕緣用聚氯乙烯塑料
根據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 電絕緣性能較好，有一定的耐熱性、柔軟性 70oC 通信、控制、信號及低壓電力電纜絕緣
普通絕緣級 有一定的電絕緣性能，有較好的柔軟性及耐大氣性、廉價 70oC 室內固定敷設的電線、護套軟線、500V農用電纜以及儀表安裝用電線的絕緣
耐熱絕緣級 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、航空導線、電力電纜及安裝用電線的絕緣
高電性能絕緣級 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級的電力電纜的絕緣
耐油耐溶劑絕緣級 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物質的電線電纜的絕緣級
阻燃絕緣級 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要求見下表。
絕緣用PVC塑料的技術要求
技術指標 絕緣級 普通
絕緣級 耐熱絕緣級 高電性
絕緣級
   80oC 105oC 
體
積   
電
阻
系
數
（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（kV/mm） ≥ 20 20 20 20 20
介質損耗角正切tgδ（20～85oC）≤ － － － － 0.1
介質損耗因素ε，
≤tgδ（20～85oC）     0.75
拉伸強度（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熱穩定
時間（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） 護套用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料護層具有較好的耐腐蝕性，足夠的機械性能，一定的耐大氣性能，柔軟、耐振、重量輕、加工及敷設方便。根據電線電纜的使用條件，研究制成了不同類型聚氯乙烯護套料，其性能要求及應用范圍見下表。
護套用PVC塑料的分類及性能
類型 主要性能要求 使用溫度 應用范圍
普通護層級 足夠的機械強度、耐熱、光老化性及耐寒性較好 70 oC 塑料電線電纜的外護層及其它電纜外護層
耐寒護層級 有較高的耐寒性，低溫柔軟性 70 oC 戶外及耐寒電現電纜護層
柔軟護層級 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層
耐熱護層級 耐熱性能良好 80 oC
105 oC 耐熱的電線電纜護層
耐油護層級 耐油性、耐化學藥品性好 70 oC 與油類及化學藥品接觸的電線電纜護層
易撕護層級 抗撕裂性低，敷設方便、價格低廉 70 oC 室內固定敷設用絕緣電線護層
防霉、防白蟻、
防鼠護層級 抗生物性好、防白蟻、防霉性好 70 oC 熱帶及溫熱帶地區用電纜護層
阻燃護層級 抗燃燒性好 70 oC 安全性要求高的電線電纜護層
（3） 半導電聚氯乙烯塑料
半導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。半導電塑料用作高壓電纜的屏蔽料時，由于半導電料直接與絕緣料接觸，會發生相互遷移，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影響絕緣料的電絕緣性能。
（4） 環保型防白蟻、防鼠電纜護套料
白蟻和老鼠對電纜造成破壞，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。以往采用在電纜護套料內加入有毒添加劑（如氯丹、七氯、狄氏劑、艾氏劑等）的辦法，殺滅白蟻、老鼠，以保護電纜安全運行。但這些有毒添加劑對環境和人身會造成污染和危害。目前，多使用在護套料中加入環烷酸鉛或環烷酸酮做添加劑，制成改型的防白蟻護套料。
（5） 低煙低鹵型阻燃護套料
用普通（阻燃）PVC電纜料制造的電纜燃燒時會產生大量黑煙，同時釋放出大量腐蝕性氣體HCl，對人體和儀器裝置會造成巨大損害。低煙低鹵阻燃電纜料是以PVC樹脂為基料，添加各種改性劑、助劑和優良阻燃劑，經過均勻混煉充分塑化加工而成的高科技產品。它不僅具有優良的阻燃性，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護套料相比，其拉伸強度及斷裂伸長率相當；擠出時無需特種螺桿，其工藝性能亦相當。使用這種電纜料制成的電纜，*適用于地鐵、高層建筑、發電站、廣播電視中心及計算機中心等對電線電纜阻燃性能要求高的場所。
 

掌握了聚落乙烯的性能，對各種場合使用什么樣的電纜，具有一定的科學參考價值。