一.用量计算简介
二.常用导体介绍
三.常用电缆塑料材料介绍
四.电缆塑料材料设计环保考量
用量计算简介的基本概念：
(1)工程师在做bom(bill of material)材料表时,需计算每一种材料的用量,电线是以一千米(1km)为单位量.
(2)用量来源:(a)实际称重(b)计算所得
电线电缆
(3)计算用量m=ρ v
ρ------表示密度,详见后附之汇总表.因不同厂商不同型号的同种绝缘料,其密度有可能不同.故此汇总表作为参考,必要时请与供应商或单位主管再确认,以保证用量计算的准确性.
v ------表示体积=截面积*长度(1km)，用量单位为kg
4)单芯导体截面积=π(导体od/2)2=导体od2*0.7854
多芯导体绞合截面积= n*导体od2*0.7854
注:n为导体条数
单芯绝缘截面积=
π(芯线od/2)2-导体绞合截面积-6*(√3/4导体od2-π/8*导体od2)
注:(a)假设导体条数为7
(b)6*(√3/4导体od2-π/8*导体od2)为导体间之间隔面积,
其原理推导请见下一页
(c)对绞或绞合芯线计算重量时要乘以绞合系数1.02
(d)用量计算时以spec中心值去计算.
(5)当实际用量超过bom表用量的+/-3%时,则要提ecr修正.
6*(√3/4导体od2-π/8*导体od2)由来
1.先计算出图示三角形面积=1/2*底*高 /而底=铜线od /高=√3/2铜线od
三角形面积=1/2.铜线od.√3/2铜线od=√3/4铜线od2
三角形中三个扇形面积=3*1/6 π(铜线od/2 )2=π/8*导体od2
导体间之间隔面积=6*(三角形面积-三个扇形面积)=6*(√3/4导体od2-π/8*导体od2)
比重(specific gravity或称为relative density)定义如下：
密度与比重的数值是相等的.
以下是测比重的常用方法:天平法
取10英吋外表皮,先称出在空气中的质量,然后用小锤和金属丝使试样完全浸于水中,再次称量.算出比重.
比重 =空气中的重量/空气中的重量-水中的重量
= a/[(a+w)-b]
a = 试样在空气中的质量
b = 试样和小锤(若被使用)在水中的质量
w = 完全浸没的小锤(若被使用)和部分浸没的金属丝
质量
裸铜 bc(bare copper)
(1)耐热150oc max,导电率约=98%,抗张275mpa,伸长率15%min,比重8.89,不含任何其他金属合金或镀层的纯铜导体.
(2)优点:单价低,导电率高,电阻低
(3)缺点:易氧化
镀锡铜 tc(tin-coated copper)
(1)耐热150oc max,导电率约=94%,抗张275mpa,伸长率10%min,铜表面镀上一层锡,以防止铜导体氧化或微酸腐蚀 (硫酸.醋酸)并增加焊接性.
(2)镀锡绞线tsc可分为
(a)先镀后绞简称镀绞:铜线镀锡后绞合
优点:镀锡较易,成本较低
缺点:绞线较容易鬆开
(b)先绞后镀top-coating:裸绞铜先绞合后,再在表层镀上一层锡
优点:镀锡较易,成本较低
缺点:镀锡较困难,易有锡球,成本较高
镀银铜 scc(silver-coated copper)
(1)铜表面镀上一层银.增加传输效果,减低衰减.耐热200oc max,高温绝缘材料被覆不易氧化.常用于同轴线导体.比重8.89
镀银铜包钢 sccs(silver-coated copper clad steel)
(1)铜包钢表面镀上一层银.增加传输效果,减低衰减.耐热200oc max,高温绝缘材料被覆不易氧化.常用于同轴线导体.
导电率30%比重约为8.06,导电率40%比重约8.2
铜箔丝 (tinsel wire)
(1)硬铜线延压成薄片再缠绕在尼龙丝上即成铜箔丝.
常用于电话线导体和coil cord(卷线)有较好的弯曲强度及增加卷线弹性.
裸铜铜箔(bare flat foil copper)
常用于ffc排线导体
镀锡铜箔(tin-coated flat foil copper)
常用于ffc排线导体
常用电缆塑料材料介绍
塑料一般都比较轻,它的实体相对密度约在0.83~2.2之间,多数介于1~1.5之间.以下为电线用橡胶及塑胶常用材料比重一览表 (作为参考)
以上介绍各绝缘之延伸率及抗张强度因其使用在何种类型之线材以及其额定温度.class等级不同即有所不同.所以仅为参考(均为老化前之要求),实际作业时请查对应之ul.iec等安规要求.
如ul444为通讯电缆之安全规范
ul758为awm电缆之安全规范
ul1581为一般电缆之通用安全规范
ul62为power cable之安全规范
pvc (poly vinyl chloride)聚氯乙烯
(1)可调整各种硬度，透明或不透明.透明的硬质pvc加入可塑剂(dop.didp.totm)成软质pvc
(2)优点:在高低温都适用,耐燃.柔软性好,单价低.
(3)缺点:pvc耐热性不很好.介电系数会因温度及频率高低变化,电气特性较难控制.加热会脱盐酸变黑,燃烧时有黑烟及碳渣辛辣味,不助燃.燃烧时会产生有毒气体.
(4)用途:用于电压600v以下awm及电脑线大都用pvc. (电线绝缘或外被材料)比重:1.20~1.50
pvc聚氯乙烯(软质)比重:1.2
pvc聚氯乙烯(硬质)比重:1.4
通常以比重1.5去计算用量
延伸率150~400%,抗张强度1.2~1.5kg/mm2(1kg/mm2=1422psi)
ul758.1581安规要求:awm类电线延伸率100% min,抗张强度1500psi min
ul444安规要求通讯电缆延伸率100% min,抗张强度2000psi min
sr-pvc (semi-rigid poly vinyl chloride) 半硬質pvc
(1)优点:强度比一般pvc大.
(2)缺点:因硬度较高,高温老化后延伸会降低.
(3)用途:一般用于电脑线的芯线绝缘材料.
密度:1.35~1.50
通常以1.5去计算用量
ul444安规要求:延伸率100% min,抗张强度3000psi min
pp (polypropylene) 聚丙烯
(1)pp是发展很快.应用很广的一种热塑性塑料.
(2)优点:与其它通用热塑性塑料比较,pp具有比重小.刚性好.强度高.耐绕曲以及有高于100c的耐热温度和良好的耐化学腐蚀性.价格低廉等优点.
(3)缺点:低温耐冲击性较差,易老化,成型收缩率大.燃烧时会有燄滴.不易熄灭快速完全烧掉,有延燃情形.
(4)用途:pp+eva用于电线的芯线绝缘材料,一般用于通讯电缆及电话线等.
比重为0.90~0.91
延伸率200~700%,抗张2.0~4.0kg/mm2(1kg/mm2=1422psi)
ul1581安规要求:延伸率150% min,抗张强度3000psi min
eva (ethylene vinyl acetate)乙烯—醋酸乙烯酯共聚物
(1)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate)是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而成,代号是e/vac,简称为eva.
eva是一类具有类似橡胶弹性的热塑性塑料.
(2)eva与填料.色料的相容性很好,可与pp.pe.pvc相容良好. eva具有良好的弹性和可低温可绕性.耐候性.
(3)缺点:相容比例过量时,会产生电线芯线外观破坏,降低绝缘及耐压强度.耐油性能差.
(4)用途:通常用作聚氯乙烯和橡胶的改性剂.良好的发泡体基材及软化剂.如pp+eva用在电话线芯线料.
比重0.943
延伸率抗张强度不做要求
pe (polyethelene) 聚乙烯
(1)可分hdpe(高密度pe)
mdpe(中密度pe)应用不广泛
ldpe(低密度pe)
lldpe(线性低密度pe)
frpe(阻燃pe)
cellular或foam pe(发泡pe)
xl-pe(交联pe)
(2)优点:pe比水轻.柔软.耐水性.耐寒.耐磨耗.电气特性佳.
(3)pe易不熄灭.不耐热,高温时会急速老化.
(4)用途:一般用于通讯用对绞线,高频同轴电缆.高压电缆.海底电缆.户外自持线.通讯电缆等
high density polyethylene (hdpe) 高密度聚乙烯
(1)高密度聚乙烯用低压法生产,故又称之为低压聚乙烯.
(2)优点:(a)耐化学性 (b)好的电气特性
(3)缺点:(a)较差的耐热性(b)比较低的物性(c)软的表面
(d)有很高的热膨胀系数，且在机械和热的压迫下容易
电缆
失败.比重为0.94~0.97
延伸率100~400%,抗张1.0~2.0kg/mm2(1kg/mm2=1422psi)
ul444安规要求:延伸率300% min,抗张2400psi min
low density polyethylene (ldpe) 低密度聚乙烯
(1)传统的低密度聚乙烯是用聚合级的乙烯以氧或过氧化物为引发剂,在高温高压下进行游离基聚合而制得的,故又称之为高压聚乙烯.
(2)优点(a)低比重(b)耐化学性(c)耐衝击性
(3)缺点:(a)非常低的强度/刚性 (b)耐热性差(3)高的热膨胀系数且在机械和热的压迫下容易失败.
比重约为0.91~0.93
延伸率350~700%,抗张1.0~2.0kg/mm2(1kg/mm2=1422psi)
ul444安规要求:延伸率350% min,抗张1400psi min
(lldpe) 線性低密度聚乙烯
(1)与普通低密度聚乙烯相比,它耗能少,产量高,特别是其物理化学性能比普通低密度聚乙烯要好得多,用途也相当广泛.其价格相对低廉,机械性能良好(如抗撕裂性.抗穿刺力.拉伸强度及抗环境应力龟裂等性能.
比重约为0.915~0.945
延伸率及抗张强度高于ldpe
foam skin:內層發泡.外層solid押出
优点:发泡可以减小外径及材料用量,得所预期的电气特性功能.低电容.衰减.高阻抗,外层为不发泡绝缘体,保持较佳刚性,保护发泡体不变形.
缺点:附着力差.焊线收缩.不真圆.电气特性不稳定，如果是skin foam即solid内,foam在外,则附着性增强,焊线比较不会收缩.
无延伸率及抗张强度要求
skin foam skin:solid+form+solid押出
优点:附着性佳.焊线耐热佳
缺点:需用双机头押出,操作不易.
发泡pe比重约为0.55~0.7,发泡度不同其比重也有所不同.
无延伸率及抗张强度要求
xl-pe(cross-linked pe)交聯pe
电线
(1)交联绝缘已在电力电缆中占主导地位，代替了油纸绝缘，并逐步取代了 pvc塑料绝缘。交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理和化学交联两大类，其绝缘品质完全一致. (2)物理交联又称辐照交联，
(a)优点:其绝缘品质较佳，交联度高，耐候性好，是各种软线，装备线及耐高温(105oc及以上)和阻燃电线电缆的理想工艺方法.
(b)缺点:辐照不均匀，生产中要反覆照射，电缆弯曲次数太多，且在绝缘中容易注入空间电荷，不太适用于电力电线生产.
(3)化学交联分高温和低温两种交联方法
(a)其中高温交联又包括蒸汽和干法交联两种。蒸汽交联因绝缘中水分含量2000x10-6，适用于1kv以下电缆;干法交联绝缘中水分含量(1oo—200)×10-6，已在lo—500kv电缆中广泛地应用。
(b)低温交联，学名硅烷交联，电缆在70cc—90c温水中交联，也可在湿度较大的空气中交联，故又名温水交联。交联剂(硅烷)吸水后才能使pe绝缘的线性结构反应成网状的交联结构。吸收的水分已成为绝缘分子的一部分，故水分含量极少，也是(100—200)x10-6，绝缘品质完全和干法交联一样，绝缘性能还超过干法交联。温水交联因水分不易渗入较厚的pe绝缘，一般适用于10kv及以下电缆，特别是1kv温水交联电缆.
温水交联绝缘，产品质量好，设备投资低，生产速度快，是最为理想的电缆产品，目前交联工艺有：二步法;共聚料生产法;monosil一步法，及派生的另两种工艺方法;固相一步法，及共混法共7种生产工艺。采购电缆时，应熟悉上述知识，才能得到优质产品.交联电缆绝缘品质高，其高频击穿强度可达50kv/mm，介电常数为2.3，是最为理想的电缆绝缘，同时交联电缆的工作温度高达90oc，耐热和耐候性好，并有较高的机械性能和耐腐蚀等化学性能，在中低电缆产品中基本上已全是交联电缆了。尽管交联电缆的工艺不同，但其绝缘品质均完全一致.
xl-pe比重约为0.9~1.0延伸率350~600%,抗张1.5~2.5kg/mm2(1kg/mm2=1422psi)
cpe (chloride polyethylene)氯化聚乙烯
(1)氯化聚乙烯是由聚乙烯(pe)经氯化而制成.
(2)优点:具有塑料和橡胶的双重优点，其耐油、耐臭氧、耐热氧老化、耐腐蚀、耐燃、耐细菌和微生物作用、耐候等方面优于其它橡胶。它可单独使用，也可与塑料、橡胶共混加工.在电线电缆护套中的应用：cpe的加入可以提高其阻燃烧性能，抗老化性能和物理机械性能，还可以cpe为主体，制成电线电缆包覆材料，其性能优良.
(3)用途:特别在防水卷材、塑料门窗、电线电缆护套、胶管胶带、彩色自行车车胎、异型件、玻璃门窗密封条等领域的应用有突出的优点，是一种理想的高分子弹性材料，有广泛的应用前景。