（一）常用電工絕緣材料的分類

 

我國目前帶電作業(yè)使用的絕緣材料大致有下列幾種：

 

絕緣板材：包括硬板和軟板。其種類有層壓制品，如3240環(huán)氧酚醛玻璃布板和工程塑料中的聚氯乙烯板、聚乙烯板等。

 

絕緣管材：包括硬管和軟管。種類有層壓制品，如3640環(huán)氧酚醛玻璃布管、帶或絲的卷制品。

 

塑料薄膜：如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯等塑料薄膜。

 

橡膠：天然橡膠、人造橡膠、硅橡膠等。

 

絕緣繩：天然蠶絲、人工化纖絲編織的，如尼龍繩、綿綸繩和蠶絲繩（分生蠶絲繩和熟蠶絲繩兩種），其中包括絞制、編織圓形繩及帶狀編織繩。

 

絕緣油、絕緣漆、絕緣粘合劑等。

 

由于絕緣材料在不同溫度下的絕緣性能會有很大差異，所以國際電工委員會按電氣設(shè)備正常運行所允許的最高工作溫度（即耐熱等級），把絕緣材料分為Y、A、Z、B、F、H、C七個耐熱等級。其允許工作溫度分別為90℃、105℃、 120℃、130℃、155℃、180℃及180℃以上。上述絕緣材料等級符號中的Y、E、F和H還可以分別用DAB、BC和CB來表示。

 

層壓制品包括各種層壓板、管、棒及有關(guān)層壓件，由于這類材料具有良好的電氣絕緣性能、機械及理化性能，因而廣泛用于電機電器和帶電作業(yè)中，特別是3240型環(huán)氧酚醛玻璃布板、3640型環(huán)氧酚醛玻璃布管和3840型環(huán)氧酚醛玻璃布棒在帶電作業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

 

帶電作業(yè)中常用的塑料有聚氯乙烯，聚乙烯、聚丙烯、尼龍1010、聚碳酸醋、有機玻璃、聚四氟乙烯等。絕緣繩索在我國帶電作業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛。帶電作業(yè)工具向繩索化方向發(fā)展可以說是中國帶電作業(yè)的一大特色。目前絕緣繩已被廣泛用于承擔(dān)機械荷重、運載工具、攀登工具、吊拉繩、連接套以及保安繩等。新型絕緣材料、新工藝在帶電作業(yè)工作中的應(yīng)用，對促進帶電作業(yè)工具的輕型化、防潮化和減輕作業(yè)人員的勞動強度具有重要意義。目前已有泡沫充填絕緣管、防潮絕緣繩、防潮防水絕緣毯等材料。

 

（二）主要影響絕緣材料性能的因素有哪些？

 

1 絕緣材料擊穿強度

 

用絕緣材料擊穿處的厚度除擊穿電壓，以千伏/毫米表示。絕緣材料的擊穿，大致可分為電擊穿、熱擊穿和放電擊穿三種形式。

 

●電擊穿。在強電場作用下，絕緣內(nèi)部帶電質(zhì)點劇烈運動，發(fā)生碰撞游離，破壞分子結(jié)構(gòu)，以致最后擊穿，稱為電擊穿。電擊穿電壓隨材料的厚度線性增加，在均勻電場中，除非沖擊電壓的時間短于10秒，電擊穿強度一般與電壓作用時間無關(guān)。

 

●熱擊穿。在交變電場作用下，絕緣材料內(nèi)部由于介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，如不能及時散出，將使材料內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)破壞而擊穿，稱為熱擊穿。熱擊穿電壓隨周圍媒質(zhì)溫度增加而降低，材料厚度增加，散熱條件變差，擊穿強度降低；頻率增加時，介質(zhì)損耗增大，擊穿強度亦會降低。

 

●放電擊穿。在強電場作用下，絕緣材料內(nèi)部包含的氣泡因電離而放電；雜質(zhì)也因受電場加熱氣化，產(chǎn)生氣泡，于是使氣泡放電進一步發(fā)展，導(dǎo)致整個材料的擊穿，稱為放電擊穿。

 

絕緣材料的擊穿，往往是上述三種形式同時存在，很難截然分開。用絕緣漆或膠液浸漬絕緣材料，既可以改善電場分布而提高電擊穿強度，也可以改善散熱條件使熱擊穿強度提高。

 

2 絕緣電阻率

 

絕緣材料在電壓的作用下，總會有微小的漏導(dǎo)電流通過。此電流一部分流經(jīng)材料內(nèi)部；一部分流經(jīng)材料表面。因而絕緣電阻率可分為體積電阻率和表面電阻率。體積電阻率表征材料內(nèi)部電導(dǎo)特性，單位為歐姆·米；表面電阻率表征材料表面的電導(dǎo)特性，單位為歐姆。絕緣材料的體積電阻率通常在107——1019姆·米范圍內(nèi)。絕緣材料的電阻率，一般與下列因素有關(guān)。

 

●隨著溫度的升高，電阻率成指數(shù)下降。

 

●水能促進極性分子的離解，因此絕緣電阻率隨濕度增大而下降，對多孔材料（如絕緣紙）影響更為靈敏。極性材料等親水物質(zhì)，容易在表面形成連續(xù)的水層而降低表面電阻；非極性材料如陶瓷、聚四氟乙烯等不易在表面形成連續(xù)水層，因而對其表面電阻影響較小。

 

●絕緣材料中的雜質(zhì)大都產(chǎn)生導(dǎo)電離子，又能促使極性分子的離解，使電阻率迅速下降。

 

●在高電場強度作用下，離子的遷移力增大，因而使電阻率下降。

 

3 絕緣材料的介電系數(shù)

 

絕緣材料的相對介電系數(shù)，表示電場作用下，絕緣材料內(nèi)部電荷移動的情況，即極化程度。一般，隨電場頻率增高而逐級下降；隨材料吸濕而增大；由于溫度影響極化，，在某一溫度會出現(xiàn)峰值。

 

4 絕緣材料的介質(zhì)損耗

 

絕緣材料在電場作用下，由于漏電和極化等原因產(chǎn)生能量損耗。一般用損耗功率或損耗角正切表示介質(zhì)損耗大小。

 

在直流電壓作用下，將通過瞬時充電電流、吸收電流和漏導(dǎo)電流。當(dāng)施加交流電壓時，則瞬時充電電流為無功電流（電容電流）；漏導(dǎo)電流與電壓同相位，為有功電流；吸收電流則既有無功電流分量，也有有功電流分量。影響絕緣材料介質(zhì)損耗的主要因素。

 

●頻率。溫度不變時，損耗角正切在某一頻率時出現(xiàn)高峰，此時單位體積內(nèi)的介質(zhì)損耗值P增長最快。

 

由于不同頻率下具有不同的介質(zhì)損耗，故測量損耗角正切值時必須選定一定的頻率，通常電機所用的材料，一般都是測量其工頻時的介質(zhì)損耗角正切。

 

●溫度。頻率不變時，損耗角正切在某一溫度時出現(xiàn)峰值，此時吸收電流所產(chǎn)生的損耗最大。在低溫區(qū)，漏導(dǎo)電流和吸收電流有功分量均很小，故損耗角正切很小；在高溫區(qū)，吸收電流所產(chǎn)生的損耗消失，由漏導(dǎo)損耗決定。

 

某些有機絕緣材料，其損耗角正切可能在不同的溫度或頻率下出現(xiàn)幾個峰值。因此在高頻或高壓電氣設(shè)備中，應(yīng)根據(jù)損耗角正切與溫度和頻率關(guān)系曲線，慎重選擇適當(dāng)?shù)慕^緣材料，避免在工作頻率和溫度出現(xiàn)損耗角正切峰值，以防止材料加速老化或發(fā)生熱擊穿。

 

●電場強度增加。損耗角正切也隨之增大，電壓增加到某一值時，介質(zhì)內(nèi)部的氣泡或電極邊緣會出現(xiàn)局部游離現(xiàn)象，損耗角正切突然顯著增大，這一電壓值稱為起始游離電壓。工程上常利用起始游離電壓的測量，檢查絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的氣隙情況，以控制絕緣質(zhì)量。

 

此外，有些絕緣材料還應(yīng)考慮耐電暈、耐電弧、抗漏電痕跡等電氣性能。

 

電機對絕緣材料電氣性能要求，以擊穿電場強度和絕緣電阻為最重要。根據(jù)電機類型不同，對其他電氣性能要求則不完全一樣，例如高壓電機的絕緣，要求絕緣材料介質(zhì)損耗要小，耐電暈性要好；并須考慮鐵心和導(dǎo)體之間的電場分布。

 

（三）不同絕緣材料的性能差異

 

由于不同絕緣材料之間的差異，在電線電纜生產(chǎn)和線材加工方面呈現(xiàn)各自不同的特點，充分認識這些特點，將有利于材料的選型和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

 

1、PVC 聚氯乙烯電線電纜絕緣

 

PVC 聚氯乙烯（以下簡稱 PVC ）絕緣材料是在 PVC 粉中添加穩(wěn)定劑、 增塑劑、阻燃劑、潤滑劑及其它助劑的混合物。針對電線電纜不同應(yīng)用與不同的特性需求, 其配方做相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)過幾十年的生產(chǎn)和使用，目前 PVC制造及加工技術(shù)已經(jīng)非常成熟。PVC 絕緣材質(zhì)在電線電纜領(lǐng)域有著非常廣 泛的應(yīng)用，并有著顯著的自身特點：

 

 

制造技術(shù)成熟、易成型和加工制造。相比其它類的線纜絕緣材料, 不僅成本低廉，在線材表面色差、光啞度、印字、加工效率、軟硬度、導(dǎo)體的附著力、線材本身的機械物理性能和電性能方面均可作有效控制。

 

2) 具有非常良好的阻燃性能，故 PVC 絕緣電線極易達到各類標(biāo)準規(guī)定的阻燃等級。

 

3) 在耐溫方面, 通過對材料配方優(yōu)化改進, 目前常用的PVC 絕緣類型主 要有以下三類:

 

 

4) 在額定電壓方面，一般使用于額定 1000V AC 及其以下電壓等級, 可廣泛應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、照明、網(wǎng)絡(luò)通訊等行業(yè)。

 

5) 琦富瑞塑膠事業(yè)部成功開發(fā)的無毒無味 PVC 絕緣線，廣泛使用于空調(diào)，冰箱等電器配線。

 

PVC 也有一些自身缺點, 限制了其使用：

 

1) 由于有大量氯元素，燃燒時會散發(fā)出大量濃煙會讓人窒息, 影響能見度, 并產(chǎn)生一些致癌物質(zhì)和 HCl 氣體，對環(huán)境造成嚴重危害。隨著低煙無鹵絕緣材料制造技術(shù)的發(fā)展，逐步取代 PVC 絕緣已成為線纜發(fā)展的必然趨勢。目前一些有影響力及社會責(zé)任感較強的企業(yè), 在公司技術(shù)標(biāo)準中明確提出了替代 PVC 材料的時間表。

 

普通 PVC 絕緣耐酸堿, 耐熱油, 耐有機溶劑性能較差, 根據(jù)相似相溶的化學(xué)原理，PVC 線材極易在所述特定環(huán)境中出現(xiàn)破損和開裂。

 

但是，憑借其優(yōu)良的加工性能和低廉的成本。 PVC 線纜在家用電器, 照明燈飾, 機械裝備, 儀器儀表, 網(wǎng)絡(luò)通訊, 樓宇布線等領(lǐng)域仍得到廣泛的使 用。

 

2、交聯(lián)聚乙烯電線電纜絕緣

 

交聯(lián)聚乙烯(Cross-linke PE,以下簡稱 XLPE) 是聚乙烯受到高能射線或交聯(lián)劑的作用, 在一定條件下能從線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成體型三維結(jié)構(gòu)。同時由熱塑性塑料轉(zhuǎn)變成不溶的熱固性塑料。目前在電線電纜絕緣運用中，主要交聯(lián)方法有三種：

 

1) 過氧化物交聯(lián)。是先用聚乙烯樹脂配合適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑和抗氧劑，根據(jù)需要添加其它成份，制成可交聯(lián)的聚乙烯混合物顆粒。擠出過程中，通過熱蒸汽交聯(lián)管道產(chǎn)生交聯(lián)。

 

 

2) 硅烷交聯(lián)（溫水交聯(lián)）。也是一種化學(xué)交聯(lián)的方法，其主要機理是將有機硅氧烷和聚乙烯在特定的條件下產(chǎn)生交聯(lián)，交聯(lián)度一般能達到 60%左 右。

 

3)輻照交聯(lián)是利用高能射線如 r 射線, α射線, 電子射線等能量, 使聚乙烯大分子中的碳原子激發(fā)活性而交聯(lián), 電線電纜常用的高能射線為電子加速器 產(chǎn)生的電子射線, 因該交聯(lián)是依靠物理能量進行的, 故屬物理交聯(lián)。 以上三種不同的交聯(lián)方式, 具有不同的特點和應(yīng)用：

 

XLPE 絕緣與熱塑性聚乙烯比較, 有以下優(yōu)點:

 

1) 提高了耐熱變形性, 改善了高溫下的力學(xué)性能, 改進了耐環(huán)境應(yīng)力龜裂與耐熱老化的性能.

 

2) 增強了耐化學(xué)穩(wěn)定性和耐溶劑性, 減少了冷流性, 基本保持了原來的電氣性能, 長期工作溫度可達125℃和150℃,交聯(lián)聚乙烯絕緣的電線電纜, 也提高了短路的承受能力, 其短時承受溫度可達 250℃,同樣厚度的電線電纜, 交聯(lián)聚乙烯的載流量就大得多.

 

3) XLPE 絕緣電線電纜有優(yōu)良的機械、防水及耐輻射性能所以應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。如：電器內(nèi)部連接線、電機引線、燈飾引線、汽車低壓信號控制線、機車電線、地鐵用電線電纜、礦用環(huán)保電纜、船用電纜、核電鋪設(shè)電纜、TV 高壓線、X-RAY 擊發(fā)高壓線，以及功率傳輸電線電纜等行業(yè)。

 

XLPE 絕緣電線電纜有著顯著的優(yōu)點, 但也有一些自身的缺點, 限制了 其使用：

 

1)耐熱粘連性能較差。在超過電線額定溫度情況下加工使用電線, 容易造成電線之間相互粘連情況, 嚴重可導(dǎo)致絕緣破皮形成短路.

 

2)耐熱切通性能較差。在超過200℃的溫度下, 電線絕緣變的異常柔軟, 受外力擠壓碰撞容易導(dǎo)致電線切通短路.

 

3)批次之間色差難控制。加工過程易刮花發(fā)白, 印字脫落等問題

 

4) 耐溫等級 150℃XLPE絕緣, 做到完全不 鹵素并且能通過UL1581規(guī)范的

 

VW-1燃燒實驗, 并保持優(yōu)良的機械電氣性能, 在制造技術(shù)上還存在一定瓶頸, 成本高昂。

 

5) 該類材料絕緣線材在電子電器連接線方面，尚無國家相關(guān)標(biāo)準。

 

3、硅橡膠（Silicone rubber）電線電纜絕緣

 

硅橡膠亦聚物分子是由 SI-O （硅-氧）鍵連成的鏈狀結(jié)構(gòu)。SI-O 鍵是 443.5KJ/MOL，比 C-C 鍵能（355KJ/MOL)高得多。硅橡膠電線電纜大部分采用冷擠和高溫硫化工藝，在眾多的合成橡膠電線電纜中，因其獨特分子結(jié)構(gòu)，使得硅橡膠比其他普通橡膠具有更優(yōu)良的性能：

 

1) 非常柔軟，良好的彈性，無味無毒，不怕高溫和抵御嚴寒的特點。使用溫度范圍在-90——300℃。硅橡膠比普通橡膠具有好得多的耐熱 性，可在 200℃下連續(xù)使用, 在 350 度下亦可使用一段時間。

 

2) 優(yōu)良的耐候性能。 長時間在 外線和其他氣候條件下，其物性也僅 有微小變化。

 

3) 硅橡膠具有很高的電阻率且在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)其阻值保持穩(wěn)定。同時硅橡膠對高壓電暈放電和電弧放電具有很好的抵抗性。

 

硅橡膠絕緣電線電纜具有以上一系列優(yōu)點, 在電視機高壓裝置線、微波爐耐高溫用線、電磁爐用線、咖啡壺用線、燈具引線、UV 設(shè)備、鹵素?zé)艟摺⒖緺t和風(fēng)扇內(nèi)部連接線等特 是小家電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用, 但自身一些缺點也限制更廣泛的運用。如

 

1) 抗撕裂能力差。加工或使用過程中受外力擠壓，刮磨易破損，造成短路。目前的防護措施是是在硅膠絕緣外加上玻璃纖維或者高溫聚酯纖維編織層，但加工過程中仍需盡可能避免外力擠壓所致的傷害。

 

2) 硫化成型添加的硫化劑目前主要使用雙二四。該硫化劑 有氯元素, 完全無鹵素的硫化劑（如鉑金硫化）對生產(chǎn)環(huán)境溫度要求嚴格, 而且成本高昂。

 

所以線束加工時應(yīng)注意：壓輪壓力不可過大，最好使用膠材質(zhì)，防止生產(chǎn)過程中壓裂導(dǎo)致耐壓不良。同時需注意：玻璃纖維紗在生產(chǎn)過程中需 采取必要的防護措施，防止吸入肺部，影響員工健康。

 

4、交聯(lián)三元乙丙烯橡膠（XLEPDM ）電線絕緣

 

交聯(lián)三元乙丙烯橡膠，是由乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物, 通過化學(xué)或者輻照方式交聯(lián)。交聯(lián)三元乙丙橡膠絕緣電線綜合聚烯烴絕緣電線和普通橡膠絕緣電線兩種電線的優(yōu)點：

 

1) 柔軟、曲撓、彈性、高溫不粘連、長期的耐老化性、耐惡劣的氣候（-60——125℃）。

 

2) 耐臭氧、耐 外線、耐電氣絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性。

 

3) 耐油和耐溶劑性能與通用型氯丁橡膠絕緣不相上下，普通熱擠出的加工設(shè)備進行加工，采用輻照交聯(lián)，加工簡便、成本低廉。

 

交聯(lián)三元乙丙橡膠絕緣電線有上述諸多優(yōu)點, 在制冷壓縮機引線，防水電機引線，變壓器引線，礦山移動電纜，鉆探，汽車，醫(yī)療器械，船泊以及一般的電器內(nèi)部布線等領(lǐng)域都有運用。

 

XLEPDM 電線主要缺點是：

 

1) 同 XLPE 和 PVC 電線, 抗撕裂能力較差。

 

2)粘合性和自粘性較差, 影響后續(xù)加工性。

 

5、氟塑料（Fluoroplastic ）電線電纜絕緣

 

相對于常見的聚乙烯、聚氯乙烯電纜而言，氟塑料電纜有著如下突出特點：

 

1)耐高溫

 

氟塑料有著超乎尋常的熱穩(wěn)定性，使得氟塑料電纜能適應(yīng) 150——250℃的高溫環(huán)境。在同等截面導(dǎo)體的條件下，氟塑料電纜可以傳輸更大的許用電流，從而大大提高了該類絕緣線材的使用范圍。由于這種獨特的性能，氟塑料電 纜常用于飛機、艦艇、高溫爐以及電子設(shè)備的內(nèi)部布線、引接線等。

 

2)阻燃性好

 

氟塑料的氧指數(shù)高，燃燒時火焰擴散范圍小，產(chǎn)生的煙霧量少。用其制作的線材適合對阻燃性要求嚴格的工具和場所。例如：計算機網(wǎng)絡(luò)、地鐵、車輛、高層建筑等

 

公共場合等。一旦發(fā)生火災(zāi)，人們可以有一定的時間疏離，而不被濃煙熏倒，爭取到寶貴的救援時間。

 

3) 電氣性能優(yōu)異

 

相對于聚乙烯而言，氟塑料的介電常數(shù)更低。因此，與類似結(jié)構(gòu)的同軸電纜比較，氟塑料電纜的衰減更小，更適合于高頻信號傳輸。當(dāng)今電纜的使用頻率越來越高已經(jīng)成為潮流，同時又由于氟塑料能耐高溫，所以常用作傳輸通信設(shè)備的內(nèi)部接線、無線發(fā)射饋線與發(fā)射機之間的跳線和視頻音頻線。此外， 氟塑料電纜的介電強度、絕緣電阻好，適合作重要儀表儀器的控制電纜。

 

4)機械化學(xué)性能完美

 

 

氟塑料的化學(xué)鍵能高，具有高度的穩(wěn)定性，幾乎不受溫度變化的影響，有著優(yōu)良的耐氣候老化性能和機械強度；而且不受各種酸、堿和有機溶劑影響。因此適用于環(huán)境氣候變化大、有腐蝕性場合，如石化、煉油、油井儀器控制等。

 

5)利于焊接連線

 

在電子儀器中，有不少接線是采用焊接方法進行連接，由于一般塑料的熔融溫度低，在高溫時易融化，需要熟練的焊接技術(shù)，而有些焊點必須要有一定的焊接時間，這也成為氟塑料電纜受到歡迎的原因。如通信設(shè)備和電子儀器的內(nèi)部接線。

 

氟塑料系列絕緣材料在電線電纜領(lǐng)域有著廣泛運用，參考UL 1581、UL 758 規(guī) 定, 電線電纜中常使用的氟塑料絕緣：

 

 

此外氟塑料還有一些缺點限制了使用： 1)原材料的價格高, 目前國內(nèi)生產(chǎn)還主要依賴進口（日本大金和美國杜邦公司）, 國產(chǎn)氟塑料雖然最近幾年發(fā)展迅速, 但生產(chǎn)品種還是單一, 材料在熱穩(wěn)定性 及其它綜合性能上同進口材料相比還有一定差距。

 

2)生產(chǎn)工藝相比其他絕緣材料較困難, 生產(chǎn)效率低, 印字易脫落, 耗損大等問題, 使生產(chǎn)成本較高。

 

總之，上述各種類的絕緣材料，特別是耐溫在 105℃以上高溫特種絕緣材料的應(yīng)用方面，在國內(nèi)仍屬轉(zhuǎn)型期。無論是線材生產(chǎn)，還是線束加工，不僅有一個成熟的過程，對該類線材要有一個對其優(yōu)缺點作理性認識的過程。

 

絕緣材料是電工產(chǎn)品發(fā)展的基礎(chǔ)和保證，對電機、電氣工業(yè)的發(fā)展具有特別重要的作用，絕緣材料的發(fā)展與進步，有賴于高分子材料的發(fā)展并直接制約和影響著電工產(chǎn)品的發(fā)展和進步。絕緣材料是電工產(chǎn)品具有先進技術(shù)性的關(guān)鍵，也是電工產(chǎn)品長期安全可靠運行的重要保障。因此，要求絕緣材料不斷發(fā)展新品種，提高產(chǎn)品性能與質(zhì)量，以適應(yīng)電工產(chǎn)品不斷發(fā)展的需要。

 

 

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