2024年3月25日发(作者：)
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第一章 電線基礎講座
1． 1電磁力學
(1) 歐姆定律(Ohm‘s Law)
1) 妨害電流流動的性質,稱為電流電阻,或者稱為電阻(Resistance)。
2) 電阻的單位用歐姆(Ω)表示。
3) 要使1安培(A)的電流流動,於1伏特(V)所需的電阻將它定為1歐姆(Ω)。
4) 電阻單位如下:
1微歐姆(μΩ)即是10—6Ω
1毫歐姆(mΩ)即是10—2Ω
1千歐姆(KΩ)即是103Ω
1微歐姆(MΩ)即是106Ω
5) 在電路中流動的電流与電壓成正比,与電阻成反比。即以I(A)代表電流,V(V)代表電壓,R(Ω)代表電阻,則:I=V/R。此關係稱為歐姆定律。
(2) 電阻與電阻率(Resistance and Volume Resistivity)
1) 電阻隨著其材質、形狀、溫度等的變化而產生變化。
2) 所謂電阻率是指截面積1m2,長度1m的導體所產生的電阻,其單位使用歐姆公尺(Ω﹒m)。
3) 電阻率的單位,除了歐姆公尺以外,還有表示截面積為1cm2,長度1cm的導體之電阻歐姆公分(Ω﹒cm),另外象電線等細長的物體,其截面積為1mm2,長度為1m的電線之電阻用歐姆平方毫米每公尺(Ω﹒mm2/m)來表示。
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4) 電阻率ρ(Ω﹒mm2/m)長度L(m),斷面積A(m2)的導體之電阻為:
R=ρ﹒L/A(Ω)。
5) IEC標準軟銅的電阻率,在20℃下比重為8﹒89時為1﹒7241×10—3Ωm。
6) 電阻率的倒數稱為導電率(Conductivity),表示物體的電流流動的難易度。
7) 導電率的單位使用的是姆歐每公尺(ν/m)。
8) 不同導體的導電率与IEC標準軟銅導電率之比用%表示時,稱為百分比(%)導電率。
9) IEC標準軟銅(The International Annealed Copper Standard)的百分比導電率為100%。
(3)電導系數(Conductance)
電阻的倒數稱為電導,與電阻相反,表示電流流動的難易度。導電性的單位為西門子(s),以G來表示電阻R的導電性時, G = 1/R 。
(4)自身感應與自身感應系數(Self Induction and Self Inductance)
1)因線圈中流動的電流發生變化而使該線圈本身感應產生起電力的現象稱為感應作用。
2)當在N圈的線圈中流動之電流,在Δt秒間僅變化ΔI(A)而有Δ∮(Wb)的磁鏈發生變化時,若假設所感應的電動勢為e(V)時:
e=NΔ∮/Δt (V)
因為磁鏈的變化与電流的變化成正比,所以自感電動勢e(v)与ΔI/Δt成正比。設此比例系數為L,則
3
e=LΔI/Δt (V)
此比例系數稱為自感系數,單位使用亨(H)。
3)某一回路的電流變化率,即當電流在1秒間按1A的比例變化時,感應1V的電動勢的線圈的自身電感為1H。
(5)互相感應与互相感應系數(Mutual Induction and Mutual Inductance)
1)有2個線圈,當其中一個線圈中流動的電流產生變化時,其交叉磁束將產生變化,通過電磁感應使另一個線圈感應產生電動勢的現象稱為互相感應作用。
2)假說線圈P的電流於Δt秒間僅變化ΔI(A),与線圈S交叉的磁束僅變化Δ∮(Wb)時,在卷繞N2圈的線圈S所感應的電動勢e2(V)為
e2=NΔ∮/Δt (V) 。
此時Δ∮(Wb)和ΔI(A)成正比,若以M作為比例系數,則
e2 =MΔI/Δt(V)
此比例系數稱為互感系數,單位使用亨(H)。
3)設有二個線圈,當一次回路的電流變化率,亦就是電流在1秒間以1A的比例作變化時,若在二次回路可感應到1V的起電力,則它的互感系數為1H。
(6)靜電容量与電容量(Capacity and Condenser)
1)表示儲存電荷能力大小的量稱為靜電容量,單位使用法拉(F)。
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2)靜電容量亦稱為容量或電容量。
3)給与電荷Q(C)時,單位為V(v)的物體之靜電容量C為:
C=(F)
VQ4)靜電容量1F(法拉的單位)是表示在2個導體間施加1V的單位差(電壓)時,能儲存1C電荷的能力。
5)在截面積為A(m2)的金屬平行板間,放進感應率為ε,厚度為l(m)的誘電体時,靜電容量C (F)為
C= ε0
εsA =8﹒855×10—12
εsA (F)
l l
6)為了得到靜電容量而作的“容器”稱為電容器,根據誘電體(電解質)的種類來區分有雲母電容器,紙電容器,油電容器等。
7)靜電容量單位法拉(F)的實用單位如下:
10—6
F =1微法拉 (μF)
10—12
F =1微微法拉(μμF)=1兆分之1法拉(PF)
(7)誘電體与介電常數(Dielectric and Dielectric Constant)
1)一般,靜電容量与介電常數成正比。
例如:金屬平行板間的靜電容量,將真空時的介電常數設為ε0,在一般情況下的介電常數設為ε,即
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真空時 : C0= ε0
A (F)
L
一般時 : C=
ε
A (F)
L
2)某一電介的介電常數比εs是使用該電介質時的靜電容量与真空靜電容量之比。
即
C = εA/l = ε/ε0
= εs
C0 ε0A/l
3)在電容器電極間的絕緣物(例如雲母、紙等等)除了作電氣絕緣外,同時也起到加大靜電容量的作用,所以此種絕緣体亦稱為電解質。
4)電介質与介電常數比εS表
表6
電介質
玻璃
雲母
紙
普通磁器
聚氯乙烯
5)在英語中除了稱為Dielectric Constant以外,亦叫作Permittivity Specific
Inductive Capacity 。
(8)介質損耗(Dielectric Loss)
εS
3.5~10
5~8
2~2.6
5~6.5
3~6
電介質
硅油
變壓器油
壓榨板
二氧化碳
聚乙烯
εS
258
22~24
3~5
電介質
εS
1.00061
氮气
氧氣
空氣
1.00054
1.00096
1
1﹒00096 真空
2﹒3 氟樹脂
2.1
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(1)介質損失的定義
對由電介質所充填的電容器C,施加交流電壓E時,若此電容器為理想的電容器時,必須如右圖所示,電流為I0,与電壓之間的位相差應為900才可以。
但是,一般的電介質,電壓与電流之位相差θ并不是900,而是比900小。亦就是說,在一般的電介質中,与電壓同相的電流成分IR在流動,所以,在此電介質中有電力被消耗。像這樣,由於IR使電介質內部產生電力消耗的現象稱為介質損失。
(2)介質損失与作用
設W(w)為由介質損失而引起的消耗電力,E(v)為施加電壓,f(H2)為頻率,ω為2πf,C(F)為靜電容量,電壓、電流的位相差為θ
W=EI
cosθ=E2
ωC cosθ
若θ≒900時, cosθ≒tanδ(但是δ=900—θ)
則W≒E2
ωC
tanδ
再設電容器的幾何容量為C0, εS為電介質的介電常數時,則
W≒EωC0．εS
tanδ
2所以,當電壓,頻率,電極的形狀相同時,該電極之間的電介質中之消耗電力,可根據εS/
Tanδ的大小作判斷。
此
tanδ被稱為誘電正接(Dielectric dissipation factor or dielectric loss
tangent), δ被稱為誘電損角(Dielectric Loss Angle)。
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由電介質損失而消耗的能量,最終被用來加熱該電介質,所以,其消耗愈大,則絕緣性就下降得愈明顯,甚至被破壞。另外,由於w与E2ω成正比,所以須注意被放置在高電壓或高頻率的電場中的電介質要盡量減小其電介質損失。
利用電介質損耗對物體進行加熱的方法稱為介質加熱。
(注1) εS
Tanδ也稱為Dielectric Loss Factor, Dielectric Loss Index。
(注2) cosθ稱為電介質力率(常數)(Dielectric Power factor)
cosθ=Sinδ
1. 2構造．電氣．傳送特性
(1) 阻抗不均衡性(Impedance Unbalance)
在MHz以上的高頻率時,電纜線內部的輕微阻抗不均衡等會成為反射的原因,而無法被看作是相同的線路。阻抗的不均衡是由內部導體的尺寸變動,絕緣体的不均一而造成的。
一般是以在送出端的反射衰減量(單位為分貝:db)來表示,愈大則不均衡性愈佳,愈小則愈差。例如,電視的畫像傳送會影響影像的顯示,使之效果變差。
(2) 聲音頻率(aAudio—frequency)
將人所發出的聲音與人所能聽到的聲音,進行電氣分解時,其頻率為300~400HZ(赫茲)。在此頻率范圍內的電氣信號稱為聲波,傳送聲波即可進行聲
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音電話。聲音電話所用的回路,主要是市內電纜線。
(3) 衰減量(Attenuation)
例如,以電話回路來加以說明,送話端被施加的電力在到達受話端這一回路中受到損失被削弱使聲音不容易聽清。此通話損失稱為衰減量,送話端所施加的電力与到達受話端的電力之比用常用對數的10倍來表示。其單位為分貝(dB), 一般是每1km的dＢ即dＢ／ｋｍ表示。
(4) 屏蔽(shield)
以傳送信號為目的的電纜線,會受到其他傳送線路的各種電氣機械或內部線芯的相互影響而產生各種電介質障礙。
為防止這些電介質的障礙而做的就是“屏蔽”,按電介質的種類來分有“靜電屏蔽”与“電磁屏蔽”。
一般,“靜電屏蔽”使用導電率高的金屬(銅、鋁、銅線編組等),“電磁屏蔽”使用導電率高的金屬(銅、鋁等)与磁介質高的鐵的合成品。
(5) 靜電(電容)不均(結合)(Capacitance Unbalance)
所謂靜電結合是指對被絕緣的導體之鄰接結合偶對或結合間等靜電容量的不均衡量。這種靜電結合愈大,漏話也會愈大而妨害到通話。單位用F(法拉),使用PF/m(皮法PF=10—12F)
(6) 靜電容量(Capacitance)
在被絕緣的導體間施加電壓時,隨著電壓的增加而積蓄一定的電荷。電容是決定
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此電壓与所積蓄的電荷量之關係的常數,電容大時,電纜線的通話衰減量會變大,因此根據需要,須決定電容的最大值或其笵圍。其單位為法拉(F),一般用每1km的數值即1P F/km表示。(納法 PF=10—12F)
(7) 絕緣材料(Insulation)
被覆在導體上,在使用中能承受使用電壓來保持各導體的位置。
(8) 絕緣電阻(Insulation Resistance)
在導體中流動的電流其部份電流,會傳導到絕緣體內部及表面而漏電。
這種漏電狀況,以電阻來表示時稱為絕緣電阻,線路愈長,漏電流就愈大,絕緣電阻就愈小。
其單位為歐姆(Ω),一般是以每1km的數值,MΩ—km表示。(兆歐 MΩ=106Ω)
(9) 絕緣強度(Dielectric Strength)
在絕緣体上施加低電壓時,幾乎沒有電流通過,但是當施加某一數字以上的電壓時,即會馬上通過強大的電流,而破壞絕緣。一般規定耐電壓為使用電壓的20倍以上,其次即依據所使用的絕緣材料之破壞特性來決定其絕緣厚度。
(10)同軸線路(Coaxial Line)
同軸線路是在圓筒狀外部導體的中心,有圓筒狀的內部導體,而內部導體是由其中間的絕緣體來保持在外部導體的中心,構成內部導體与外部導體的往復線路。
外部導體亦兼作“屏蔽體”。同軸線最適用於高頻率的傳送,電纜線即稱為同軸電纜線(Coaxial Cable)。
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(11)導體(Conductor)
是為使電纜線中有電流流通而使用的金屬部份(但是 ,屏蔽,金屬護套除外)。最普通的為銅,亦有的使用銅合金,銅被覆鋼線等。
(12)導體電阻(Conductor Resistance)
是構成電氣信號通路的導體之電氣電阻。導體電阻愈大則信號的衰減愈大,所以可根據其用途而定上限。要減小導體電阻,須使用高導電率的銅等,縱然可使導體加粗,但是,加粗導體時,成本耗費大,所以要限制其加粗的程度。
單位為歐姆(Ω),一般使用每1km的量Ω/km
(13)導體電阻不均衡(Conductor Resistance Unbalance)
表示構成偶對的2導體之不均衡度,亦就是導體電阻之差与和(環路電阻)的比。
(r1—r2)/(r1+r2)×100%
稱為導體電阻的不均衡。不均衡愈大,則線間的誘導雜音電壓愈大。
(14)特性阻抗(Characteristic Impedance)
為傳送線路的基本特性,相當於電氣電阻。對機器的連接或纜線間的互相連接,不使用特性阻抗近似的材質時,會使傳送特性降低。使用Ω為單位。
(15)特性阻抗的測試法
有三種: a﹒短路開放法
b﹒共振法
c﹒TDR法(Time Domain Reflectmeter),
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根據測試方法的不同,特性阻抗值會有差異,所以,要規定特性阻抗時,亦須規定測試方法。
(16)Code,Marking一般(Main (Sub) Trance)
每層電纜線使用顏色各異的線芯,對,card,為確定線芯(包括對,卡片)的位置而配置的稱為示蹤線芯。
(17)發泡聚乙烯(Foamed Polyethylene)
使聚乙烯發泡,並混有氣泡。由于比聚乙烯的誘電率小 ,因此即使絕緣厚度相同,靜電容量与衰減量都將變小。另外,因其具有為獲取相同靜電容量可減小絕緣厚度,使外徑變小等優點,因此,被作為同軸電纜線的絕緣材料來加以使用。一般被稱為PEF。
英文亦稱為Cellular Polyethylene。
(18)特高頻率(Very High Frequency)
指頻率範圍為30~300MHZ,另外亦稱為超短波。國內的VHF電視頻道的頻率範圍為90~222MHz。
(19)VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)
是指“駐波電壓比率”,是用于測知高頻率線路的平均性的尺度。若線路不均一時,當電氣信號成為電壓或電流的電波而進行傳送時,其中的一部份會被反射,而和被送來的電波重疊變成稱為駐波的電波。駐波電壓的波峰与波谷之比就是駐波電壓比率,比率愈小,表示線路愈為平均。
(20)不平衡型線路(Unbalanced Line)
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往返一對的線路相對大地來說電氣上是不對稱的,稱為不平均型線路,同軸電纜線是此種線路的典型代表。
(21)平衡型線路(Balanced Line)
指往返一對的線路,相對大地來說電氣上是對稱的。有象TV軟電線的平行雙芯形,對形,星形線路等。
(22)UHF(Ultra High Frequency)
指頻率範圍在300~3000MHZ內,另外亦稱為超高頻。國內的UHF電視頻道頻率在470~770MHz內。
(23)串話(音)(Cross talk)
如右圖,二條回路接近時,若有電氣的結合(靜電結合,電磁結合)時,則會以此為媒介通話由一方的回路漏到另一方回路成為雜音。這叫做串音。回音到送話側,稱為近端串話(音),傳到受話側的稱為遠端串音。
串話的大小是以在A端的信號之大小和B端、C端所串的信號之大小的比來加以表示,稱為串話衰減量。以分貝(dB)來表示,這值愈大即表示串話愈少。
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(24)脈衝(pulse)
1) 一般如脈衝會重復間歇的產生變化的波形稱為脈衝,方形波,鋸齒形波等為其代表形狀。
方形波 鋸齒形波
2) 方形波脈衝通過回路時會因該回路的頻率特性而產生變化。
T :脈沖寬 t r :開始時間
E :振幅 t f :下降時間
Tr :重復周期
1/Tr:脈沖頻率
3) 脈衝的延遲時間(Time Dalay)是以輸出入脈沖的50%振寬之點的時間差來做改變。
輸入 輸出
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分布常數回路,亦就是,單位長度的容量C,電感L之傳送回路即具有:
Z0=LC (Ω)之特性阻抗,當對一端施加電壓時,即以Td=LC(μs/m)的延遲時間來傳送到回路。
1.3材料‧化學
(1) 乙炔系碳化氫(Acetylene)
用CnH2
n-2的一般式來表示之分子中有一個的三種結合之碳化氫。其代表例為,以乙炔C2H2作用于氯化氫,即可得到氯化乙烯。
CH≡CH+HCL CH2≡CHCL(氯化乙烯)
(2) 陰離子(Anion)
正離子(陽離子)
(3) α線(α─ray)
一種射線。是由α粒子亦就是氮的原子核組成。
(4) 离子(Ion)
由於外部原因,有時在原子的外殼產生的電子或過多或不足。由此使原子的電氣中性被破壞而帶電。此種原子或原子集團叫做离子。有陰离子(陽離子),正离子(負离子)。鹽類、酸、鹼的水溶液具有導電性,是因為這些物質在水溶液中分解成正負离子的緣故。
(5) 異戊二烯(Isoprene)
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指構成天然橡膠的碳化氫。
(6) X線(X-ray)
是當快速的電子碰到某一種物質時所放射出來的輻射線,是其波長比光線還短的電磁波。
(7) ABS樹脂(ABS Resins)
丙烯的A,丁二烯的B,苯乙烯的S之重合樹脂,命名為ABS,據說比鐵還堅硬。
(8) 環氧樹脂(Epoxy Resins)
由2個環氧樹脂和很多的氫酸基組成,具有很強的粘著力。雖然是熱硬化性樹脂,但卻要使用硬化劑或触媒。
其用途為粘和劑、涂料、成形品、可塑劑,市面上以也必克脫,阿拉羅萊伊特等商品名在銷售。
(9) LPG (Liquefied Petroleum Gas)
為液化石油瓦斯,是在油田開採石油時同時沖出的天然氣體,經過壓縮,冷卻至—200℃加以液化的氣体的總稱。此氣體中以丙烷為主要成份的也稱為LPG(Liquefied propane Gas)。以甲烷為主要成份的稱為LMG(Liquefied
Methane Gas)。
(10) 氯化乙烯(Vinyl Chloride)
乙炔加上氯化氫作用后形成。
(11) 烯烴系碳化氫(olefin)
也稱為乙烯系碳化氫。一般以CnH2n表示,代表例為乙烯(C2H4)丙烯(C2H6)
(12) 可塑劑(Plasticizer)
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要軟化塑膠而加添的油,主要是加入PVC樹脂,使它成為PVC膠粒來使用。
(13) 架橋(Cross—Linking)
在分子間搭橋。塑料的架橋方法有電子線照射架橋與化學式架橋。
(14) 正离子(Cation)
負的离子(陰离子)
(15) 硫化(Cure)
加上氯、硫化促進劑、壓力等,經化學反應使它改變材料的物理特性稱為硫化。是由在橡膠的硫化中使用硫黃而來的。
(16) 伽瑪線(γ—ray)
一種放射線,与光、X線一樣同為電磁波。
(17) 聚合體
如ETFE,是乙烯与四氯化乙烯經化學反應聚合而成。
(18) 石墨(Graphite)
也稱為黑鉛,是碳的同素體,比重為2﹒26,黑色,有如鉛的光澤,有導電性。
(19) 硅樹脂(Silicone Resin)
含有大部份岩石所含的主要成分硅Si,有耐熱性。有油狀、線狀,橡膠狀3種,亦稱為硅樹脂。
(20) 原子量(Atomic Weight)
以碳原子的重量作為12的單位來表示各原子之重量比。
(21) 高分子化合物(High—molecular Substance)
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指其分子量在10,000以上的物質。
(22) 光速(Sunlight Speed)
真空中光線等的電磁波的傳遞速度。
3×1010 (cm/sec) 300,000km/sec
(23) 交流(Alternating Current (A﹒C)
隨著時間的推移而產生周期性變化的電壓、電流稱為交流電壓、交流電流。
(24) 冷流(Cold Flow or Creep)
是指在常溫下在物體上施加重量而隨時間推移產生的尺寸變化。束線的扎帶綁扎過緊等使繩子陷入塑膠絕緣體即是具代表性的一例。
(25) 膠質(Colloid)
指在普通顯微鏡下無法看到,但卻比分子大的粒子物質分散在其他物質中時的狀態稱為膠質狀態。
(26) 极低溫(Cryogen temperature)
指接近絕對溫度- 273℃的溫度。
(27) 酸、鹼性(Acid and Base)
象鹽酸、硫酸、硝酸等強酸與磷酸、砷酸、醋酸、碳酸等弱酸任何一種溶入水中而產生离子(H+),呈現酸性的反應。
苛性鈉,苛性鉀等強鹼,氫氧化鈣等弱鹼溶入水中時產生離子 (OH-),呈現鹼性。
酸與鹼化合后,生成鹽與水,呈現中性,此反應稱為中和。
(28) 氧化,還元(Oxidization and Deoxidigation)
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鐵會生銹是因為氧氣與鐵產生化合反應而生成氧化鐵的緣故。象這樣与氧氣產生化合的反應稱為氧化。還元則是將氧化的物質還原,是氧化的相反作用。
(29) 防氧化劑(Anti-Oxidant)
阻止或延遲空氣中的被破壞之物質的氧化老化的物質。
(30)脂肪族碳化氫(Aliphatic Hydrocarbons)
指只由碳和氣元素構成,碳以銹狀而長久結合在一起的化合物,分為飽和碳化氫和不飽和碳化氫。
(31)周圍溫度(Ambient Temperature)
指布設電線電纜的場所之溫度。
(32)聚合,縮合(Polymerization & Condensation)
所謂聚合是指二個以上的化合物之分子粘在一起而形成大分子。例如,乙烯的氣体分子聚合后成為聚乙烯。
所謂縮合即是,二個以上的分子或同分子內的二個以上的部分,不以分子的形態而以簡單化合物的形式使原子或原子核分離、結合的反應。例如,酚与甲醛一邊將其中的水分子放出,而一邊結合成為酚醛塑料。
(33)触媒(催化劑)
誘導或促進化學反應的物質。但是,通常不參与化學反應。
(34)退火(Annel)
為了緩和機械應力,而進行加熱然後慢慢冷卻的過程。
(35)絕緣材料的耐熱區分
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耐熱區分
Y
A
E
B
F
H
C
容許溫度(℃)
90
105
120
130
155
180
超過180
(36)膨脹系數(Coefficient of Expansion)
溫度變化1℃物質長度的微小之變化。
(37)絕緣破壞(Breakdown & Puncture)
指穿透絕緣体的爆發性放電。破壞絕緣的原因認為有電氣的、熱的、機械性破壞等。
(38)絕對零度 (Absolute zero temperature)
指在-273℃,所有物質會停止運動之溫度。
(39)耐電弧性(Absolute Resistance)
通常以在物質表面產生電弧而形成導電通路所需之時間來表示。
(40)單体聚合体(Monomer & Polymer)
成為構成高分子化合物之單位的低分子物質稱為單体,這些單體多數集合成為鎖狀或網狀時,即聚合成網狀的稱為聚合体。聚氯乙烯的單体為氣體。
(41)第一次移位點(First order Transition Point)
也稱為溶點(Melting Conduction)
(42)超電導(Super Conducting)
在极低溫範圍內金屬的電氣電阻會變成為零。
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(43)直流(Direct Current(DC))
對時間不會改變大小或方向之電壓電流稱為直流電流。
(44)低分子化合物(Low—molecular Substance)
指分子量低于1,000的物質。
(45)電磁波(Electromagnetic Wave)
象光,收音機的電波等,其電磁場的變化形成波而行進的現象。
(46)導體溫度(Max, Operating Conductor Temperature)
也稱為連續使用導體的最高容許溫度。在電線電纜線的導体中有電流通過時,因為導體的電阻損耗,誘電体損耗,使導體的溫度比周圍溫度高。一般來說導體溫度—周圍溫度=約40~50℃。
(47)原油(Naphtha)
在石油的成分中,處於汽油和煤油之間的是粗成汽油。沸點比250℃低。也發音為拿馬它(Naphtha),分解后可用來生產乙烯,丙烯等石油化學原料。
(48)氯丁橡膠(Neoprene)
以氯丁為主體,經聚合而成的合成橡膠,耐油性,耐老化性比天然橡膠優良。氯丁橡膠是美國高杜邦公司的商品名,正式名稱為Poly Chlorprene。
(49)熱可塑性樹脂(Thermoplastic resin)
象乙烯,系丙烯酸樹脂等,進行加熱即會軟化的樹脂。
(50)熱硬化性樹脂(Thermosetting Resin)
象酚,系尿素系,三聚氰氨等樹脂進行加熱時,會產生化學反應,變成高分子的樹
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脂。
(51)發泡塑膠(Formed or Cellular Plastic)
使用發泡劑,使塑膠中產生獨立的氣泡。有發泡聚乙烯,發泡聚丙烯等。
(52)不飽和碳化氫(Unsaturated Hydrocarbon)
相對于飽和碳化氫而言,可分為鏈烯烴,系乙炔,系二烯烴系碳化氫等。
(53)氟利昂氣體(Freon Gas)
將甲烷CH4的氫原子的部份或全部用氟素及氯素原子來加以轉換而成的化合物之總稱。
氟利昂F11是當做冰箱的冷媒在使用。
(54)分子(Molecule)
為化學物質的最小單位,再進行分解時,分子會被破壞掉而變成其他物質。原子聚合起來而成為分子進而作為分子而產生其性質。
(55)分子量(Molecular Weight)
以氧氣的分子O2之質量作為32,使用与其相同的單位來表示物質分子的質量之數值。
例如:水H2O的分子量為1×2+16×1=18。
(56)丙烷(Propane Gas)
具體名稱是液化丙烷。常溫下施加約10個氣壓的壓力即容易液化。
(57)β線(β—ray)
放射線的一種。是β粒子亦就是從原子核釋放出來的電子之流動。
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(58)苯,揮發油脂(Benzen & Bengine)
苯為現狀碳化氫
揮發油為鎖狀碳化氫,完全不一樣。
(59)芳香族碳化氫(Aromatic Hydrocarbons)
苯及它的轉換體。或是被做為誘導體的化合物之總稱。一般都有芳香。其代表物為將煤碳進行干鎦后得到的苯,甲苯,二甲苯。
(60)飽和碳化氫(Saturated Hydrocarbon)
也稱為石蠟系碳化氫。一般是以CnH2n+2來表示,其代表例為甲烷(CH4),乙烷(C2H0)丙烷(C3H8)。
(61)接合強度(Bond Strength)
指接合面間之接合力。在電線方面主要是指導體與絕緣体的接合強度。
(62)聚酯(Polyester)
在羧基與氫氧之間產生酯而成為高分子化合物。有塗料,合成膠,合成纖維。
(63)聚乙烯(Polyethylene)
乙烯氣體聚合后而形成的塑膠。
(64)聚碳酸酯(Polycarbonate)
由碳酸的聚合而成的物質。
(65)聚苯乙烯(Polystyrene)
也稱為聚丙乙烯,由苯乙烯(Styrol)聚合而成。
(66)聚丙烯(Polypropylene)
23
丙烯氣体聚合而成的塑膠。
(67)摩擦阻抗(Abrasion Resistance)
由材料表面的摩擦而損耗的程度。
(68)三聚氰氨樹脂(Melamine)
由三聚氰氨與甲醛的縮合(脫水聚合)而成。
(69)門捷列夫周期定律(Mendeleey Periodic Low)
將元素按原子量的順序進行排列的話,元素的各種性質則具有一定的周期性。
(70)乳膠(Latex)
是從橡膠樹採取的乳液,生膠是往乳膠中加酸凝固而成的。
(71)老化(Aging)
指在某種特定條件下,隨時間變化,材料的特性發生的變化。
在JIS,JCS所規定的熱空氣老化條件見表8
表8
材料名
天然膠 60℃
SBR 75℃
丁基膠 80℃
EPR 80℃
Hypalon 105℃
珪膠 180℃
氯丁膠 60℃
PVC 60℃
PVC 80℃
熱空氣老化條件 老化后的殘率(%)
引拉強度
伸長
100℃×48h
60
60
70 70
100℃×96h
100℃×96h
100℃×96h
120℃×120h
220℃×96h
100℃×96h
100℃×48h
120℃×120h
80
80
80
70
60
85
90
0 80
80
70
60
60
80
75
24
PE 75℃
PTFE,FEP 200℃
90℃×96h
250℃×96h
80
80
80
65
80
80
架橋PE 90℃ 120℃×96h
1‧4機器配線用電線的導體材料
一般使用銅導体。
銅分為電精銅(ETPC: ELECTROLYTIC TOUGH PITCE COPPER)及無氧銅(OFHC: OXXGEN FREE HIGH CONDUCTIVITY COPPER)
EPTC在高溫(1000℃以上)時有氫脆性的缺點,但是,其特性(抗拉強度,伸長,熔點等)与OFHC大致相同。
1‧4‧1電鍍
熱或濕氣會加速銅的氧化腐蝕。防止方法有下列幾種:
(1)電氣電鍍
(2)溶解電鍍
(3)覆蓋法
1‧4‧1‧1電鍍的種類
(1)鍍錫
是一種最便宜的方法,但其使用溫度被限制在120℃~135℃之間。若超過以上溫度時,會快速氧化而變黑。
很早以前就已開始有溶解鍍錫法,但是它的缺點是不純物易附著在銅的表面,並且鍍層厚度不易控制,範圍在0.3~25μ (10~100μinch)之間。
25
相對來說,錫電鍍可得到均勻的高純度鍍錫層。
一般可借助于母線電鍍拉絲法,其母線電鍍層的缺陷可通過再次拉絲的方法(Porous)來消除。
電鍍層厚度在一般情況下為0﹒6~0﹒8(25~80μinch),用于特殊用途時也可為3﹒2~4﹒5(125~175英時)。
(2)鍍銀
鍍銀的厚度一般為1.0~1.3μ(40~50μinch),可在200℃時連續使用。
但是,在約350℃時快速變色,被氧化腐蝕。其原因是因為銅与銀的合金層容易析出在表面上。
鍍銀是使用電氣電獲法。
其缺點為:
(a)變色:雖然期望表面有光澤,不變色,但卻意外地容易變色。
(b)銀電焊性良好,但是如果是絞線時卻事与願違。也就是說,由于毛細血管現象,焊得過深,使絞線導體變得如同單支線導體一般而降低了焊接部之耐屈性。
因此,在反復進行彎曲或振動時應加以注意。其對策為要適當調整熔解焊槽之溫度,浸濕時間,焊劑的粘著量,焊槍頭的溫度或改變為鎳電鍍。
有濕氣時容易生銹。是被稱為Red Plague 的電氣化學腐蝕,形成氧化銅使銅迅速被氧化腐蝕。這是由于電鍍厚度不足,絞線被損傷等引起過熱,使銅析出附著銀的表面等原因造成的。其對策為,採取鎳—銀雙層電鍍方式。
(3)鍍鎳
26
其鍍層厚度,一般為1.3μ(50μinch)以上,可連續使用溫度為300℃。
即使在高溫下使用時也不會變色。
不會象鍍銀那樣被電氣化學腐蝕。由於鎳比銀更硬,所以絞線表面不易受到損傷。
鍍鎳線是通過母線電鍍拉絲法生產而成。但是,卻比鍍銀,鍍錫的生產要難。
須使用特殊的焊料,助鍍劑,焊鍍槽,焊槍溫度為320~360℃。
(4)鎳覆蓋
文獻上記載的使用溫度為538℃,但因成本太高,所以在國內還未有用於電線方面的例子。
1﹒4﹒2 合金線
當允許容許電流電壓下降時,可通過WEIGHT & SPACE SAVING減小導體的尺寸。
但是,小尺寸(#26AWG以下)的銅導體,其機械強度完全不可靠。
將軟銅線改為硬銅線是在於犧牲其伸長,提高引拉強度,所以可明顯看出,束線會因受到彎曲振動而斷線。
表9 導體材料的代表特性
材料
硬
軟
銀
鉻銅合金
鎳覆蓋銅線
比重
88﹒9
88﹒9
10﹒5
88﹒9
81﹒5
引拉強度
MPa
412
235
206
480
285
伸長
%
1*
20
35
12
15
導電率
%JACS
96
100
105
87
78
備注
耐屈曲性差
成本高
(H)標準
軟質
銅
27
銅被覆蓋鋼線
鎳
錫
軟質不銹鋼
硬
軟
硬
軟
81﹒5
81﹒5
88﹒9
88﹒9
7﹒3
7﹒9
755
345
825
412
20
835
1﹒5*
15
1﹒5*
20
60
80
40
40
18
18
15
25
耐屈曲性差
耐屈曲性差
可焊接
*不可當做導體來使用。
1﹒4﹒3 絞線
美國一般是依據ASTM B286,國內也傾向於用ASTM B286(是使用UL的認證品帶來的影響)。
1﹒4﹒3﹒1絞線方法
(1)集合絞線
將所需裸線朝同一方向,使用同一pitch集合而成,全然未考慮絞線后的表面平滑度,幾何學的因素,所以,不宜使用0﹒3mm厚度以下的絕緣層。
(2)同芯絞線
象7﹒19,37考慮到幾何學因素的,有下列幾種:
(a)True Concentric :各層交叉相反,最外層右絞絞合而成。
(b)Unidirectional Concentric :各層方向相同右絞絞合而成。可撓性及屈曲性良好。
(注)(H)的標準為True Concentric。
(3)複合絞線
子絞是集合同芯絞線,母絞由同芯絞而成。
(4)其他
28
(H)也使用上述(1)~(3)以外的集合上絞導體。無法兼顧幾何學方面的要求,當要求絕緣厚度要薄時,對外只能將它當作為集合絞線或僅僅是絞線。
1﹒4﹒3﹒2一併錫包覆
為了使端末處理簡單可行而考慮使用總括錫包覆導體,但是,因價格會上漲到如同單線一般貴,,所以特別對集合絞線進行一併錫包覆的使用例很少。
(注) :(H)的新產品[Hylap導體]是作為可lapping 的絞線導體而開發的,可撓性在單支線與絞線之間。這種Hylap由於已充分考慮到素線長度,扭絞方向,絞距,一併錫包覆量,所以並不會有如上述的缺點。
1﹒4﹒4鍍銀絞線導體的注意事項
鍍銀導體特氟濃PTFE絕緣電線(4F)的焊接部特別容易斷線,所以須多加注意。這是因為特氟濃PTFE即使与烙鐵接觸也不會溶解,因此,很容易附上焊劑。也就是說在錫槽中浸濕的時間過長或過深時,焊劑被吸至外覆有絕緣體的導體內部,結果使附著有焊劑周圍的導體變硬,因彎曲,振動等導致斷線。
1﹒4﹒5組合導體
為提高導體的機械強度可考慮使用銅与鋼,sus,銅包覆銅線等組合。但是,當組合絞線導體被激烈的力量拉伸或扭曲時,因只有銅會被拉伸,所以最後會產生扭折。
若是使用sus時,因為sus的著焊性不佳,所以,在著焊部無法進行機械性加強措施。
若再發生振動或彎曲時,著焊部的sus會產生自由移動,從而發生不良。
1﹒4﹒6屏蔽
當作低頻率靜電屏蔽,導電層的擠壓即和端末處理用Drain Wire一齊被採用。
29
普通電纜線的靜電屏蔽,常常取決於銅或鋁的金屬膠帶多重卷繞,縱向方式,但其可撓性差。
最有效的方法是使用金屬套管,但缺點為硬折曲較差。
雖然也可考慮採用金屬電鍍,但彎曲時會產生龜裂。
有在使用鋁/Miler,銅/Miler的Tape卷繞也和Drain Wire的組合。
在美國使用平角線編組以降低重量,成本。其缺點為小角度的彎曲時平角線會破裂。
最好的方式為編組方式,要考慮其下徑和素線徑,編織密度,編組角度。
也有橫向卷繞方式,其缺點為流動到屏蔽層的電流會成為螺旋狀,降低效果,並且在剝取外皮時,會因編組方式的不同而易變得散亂。
*考慮到屏蔽編組的端末處理時的押出性(push Back),通常,將編組角度設為20~400。
表10 導體、遮蔽體的材料選擇
種類
裸軟銅線
鍍錫軟銅線
銀,電鍍軟銅線
鎳電鍍銅線
鎳包覆銅線
SUS線
1﹒5機器配線用電線的絕緣材料
1﹒5﹒1熱可塑性塑膠
經加熱可重復進行成形、押出的稱為熱可塑性塑脂。
在空氣中連續使用
用的最大溫度℃
105
150
200
350
500
500
耐腐蝕性
空氣中
×
Δ
Δ
◎
◎
◎
水中
×
Δ
Δ
○
○
◎
屏蔽效果
◎
○
◎
音聲頻率良好,無線局波不佳
音聲頻率良好,無線局波不佳
╳
30
此材料不必進行硫化。
1﹒5﹒1﹒1PVC
PVC Range可當做絕緣體加以包覆,但卻因為太硬,無法使用。因此須添加可塑劑作成PVC膠粒再使用。
PVC膠粒的使用範圍雖為—30~105℃,依其配合而有差異,但是至今還未有在—30~105℃的整個範圍皆可使用的膠粒。
PVC膠粒可區分如下:
(a) 膠粒Ⅰ:105℃PVC膠粒,MIL—K11687D、MIL—W5086等,UL Style1015也在此範圍內。
(b) 膠粒Ⅱ:80℃半硬質(SEM—RIGLD)PVC膠粒
機器配線用,機械性特強,適用於要求薄的絕緣厚度。適用的尺寸約為5﹒5SQ(20AWG)以下,一般的絕緣厚度0﹒25mm(10mils)。
UL Style 1061即在此範圍內。
(c) 膠粒Ⅲ:80℃PVC膠粒。
最為普通的膠粒,在MIL—W—76B中有相關規定。
UL Style 1007屬於此範疇
(d) 膠粒Ⅳ:非移PVC膠粒
套管用,防止可塑劑移至絕緣体,使絕緣體電氣特性降低的膠粒。MIL—C—17D同軸電纜套管須用此膠粒。
PVC復合體可耐高溫油。但是浸泡在酮,芳香族的溶劑及酯中會膨脹。
31
一般可耐水,稀釋過的酸、鹼類。具有難燃性。誘電特性隨溫度、頻率的變化較大,不適用于作為低損失的絕緣体。
1﹒5﹒1﹒2聚烯
和石蠟油蠟具有相同基本化學構造的物質的總稱。最普通的為聚乙稀(PE)及聚丙烯(P﹒P),用作絕緣體及套管(Jacket)。
PE按密度可分為下列3種:
(a) 低密度PE:密度0﹒910~0﹒925
(b) 中密度PE:密度0﹒926~0﹒965
(c) 高密度PE:密度0﹒941~0﹒965
一般,密度愈大,硬度、引拉強度、摩擦抵抗、透電率、軟化溫度就愈大,相反,伸長、衝擊性,低溫下的可撓性則會下降。
為了改善這些聚烯的耐候性,減少壓力裂痕而添加碳黑,不燃劑,但其機械性、電氣特性會下降。
(1) 低密度PE
在室溫下的耐化學品藥性優異。使用溫度為—65~75℃,將上限定為75℃是考慮到其溶點為97~110℃。
PE的機械的特性不佳。所以絕緣厚度較薄時可使用尼龍等套管來提高耐摩性,耐穿透性。
電氣特性很好,做為低損失絕緣体而用於同軸纜線及高頻率。絕緣耐力強,也可用作高電壓絕緣體。
32
(2) 高密度PE
化學特性、電氣特性和低密度的PE大致相同。耐化學藥品較好。溶點為121~135℃,使用溫度為—65~90℃。
与低密度PE不同之處為其機械特性,高密度PE較硬,有良好的耐摩性,耐穿透性。
電氣特性和低密度PE相同,誘電率稍大,如用于絕緣層較厚的同軸纜線時,因其相應的可撓性較差,所以很少使用。
中密度PE介于低密度和高密度之間。
(3) 聚丙烯(P﹒P)
PP的比重0﹒905在聚烯中是最小的。化學、電氣特性和PE相同,但耐藥品性比PE稍佳。
也可做難燃處理。溶點為155~168℃。誘電率比低密度PE稍低。
PE与PP的最大不同在于機械特性比PE優異。當絕緣體的厚度厚時,可撓性較差,所以較少用。
另外一個缺點是在低溫時可撓性差。
表11塑膠材料的代表特性(之1)
1 2
P V C
3 4
聚乙烯
33
種類
比重
引拉強度
Mpa
伸長%
105℃PVC 80℃半軟質 80℃PVC 非移行PVC
PVC
1﹒35
20
200
15低密度
0﹒926
15
600
1×10
12中密度
0﹒935
18
350
1×10
11高密度
0﹒947
24
250
1×10
171﹒32
28
150
8×10
151﹒38
20
200
8×10
151﹒35
13
200
1×10
12体積電阻率 8×10
Ω—cm
誘電率
at 1KHz
誘電正接
at 1KHz
最高溫度
℃
最低使用溫度—15
(參考值)℃
5﹒0
0﹒10
105
4﹒8
0﹒08
80
55﹒7
0﹒12
80
6﹒0
0﹒15
105
2﹒25
0﹒0002
75
2．29
0﹒0002
—
2﹒32
0﹒0002
90
—10 —15 —15 —65 —65 —65
1﹒5﹒1﹒3尼龍
尼龍是聚胺。使用於電纜線幾乎都是用作外被。
從電氣特性來看,60HZ,只適用于低電壓,即使在大氣中也會吸濕,所以無法用作絕緣体。
尼龍有優異的耐摩性,耐穿透性,耐藥品性,耐霉性。尼龍可當作PVC或PE絕緣體上的外被來使用。
據文獻記載尼龍燃燒速度慢(SLOW BURNING)有自身消炎性(self—Extinguishing),但是,用做電線外被來使用時,因為厚度薄,所以要視為可燃物來對待。
尼龍的最高使用溫度為105℃。低溫特性受厚度与外徑的影響頗大。
厚度与外徑增加時,低溫特性下降,容易產生龜裂。,所以尺寸粗時以尼龍的編組來代替押出尼龍來使用。
34
一般,若固定在—55℃下使用時,須規定其押出厚度小於0﹒15mm(6mils),外徑小於3﹒8mm(0﹒150in)。
押出尼龍雖然也可作為屏蔽編組外被用,但是須注意在接近定額105℃左右的溫度時,容易產生龜裂。
即在高溫下,尼龍中的水分減少,其伸長特性會下降。並且屏蔽編組的表面無法平滑,因此,很容易使應力集中在一點而產生龜裂。
為此,也開始以聚酯/聚乙烯膠帶卷繞而成的耐熱外皮來代替押出尼龍。
若尼龍使用時須暴露在紫外線下時,就須加少量的碳黑。
一般使用吸水性差的610尼龍。
(注)(H)在實際生產中,尼龍外被用於PVC,PE及FEP絕緣体上。
將尼龍應用於PVC上時,不僅可加強其機械特性,還可防止化學藥品的屏蔽層中和PVC膠粒中所含的可塑劑被揮發掉。
Nylon(Polyamide)
35
Aromatic Polyamide(芳香族尼龍)
以Nomex的商品名通過Du pont在銷售
有“Nomex Paper”“Nomex Yarn”
1﹒5﹒1﹒4氟樹脂
目前用作電線、電纜線的絕緣體及外皮的氟樹脂有下列幾種:
(1) 四氟化乙烯(PTFE)、4F
POLYTETRAFLUOROETHYLENE
(2) 四氟化乙烯丙烯(FEP)、6F
COPOLYMER OF TRAFLUOROETHYLENE AND
PERFLUOROPROPYLENE
(3) CTFE
POLYCHLOROTRIFLUOROETHYLENE
(4) 氟化聚偏氯乙烯纖維(PVDF) 、2F
POLYVJNYLJ DEN FLUORJDE
(5) 乙烯—四氟化乙烯(ETFE),FH
COPOLYMER OF ETHYLENE AND TETHAFLUOROETHYLENE
(6) 烷氧基(PFA)
PERFLUOROALKOXY
36
這一些都是除掉火炎后,可馬上消除火炎的難燃性(NONFLAMMABLE)材料, 又具有耐霉性,其他的特性各不同。
OXYGEN INDEX氧氣指數
表 12
PTFE (4F)
PFA
FEP (6F)
ETFE (FH)
PVdF (2F)
PE
PVC
>95
>95
>95
30
44
18
約25
(1) PTFE(4F)
PTFE是氟樹脂中應用最廣泛的樹脂。只有在鹼金屬液及高溫高壓下的氟氣(Fluorine)中才受侵蝕,其耐化學藥品性在塑膠中是最強的。有優異的熱穩定性,使用溫度為—65~260℃。
也有數據顯示265℃也可使用,並且在短時間內可使用至320℃。Non-melted,
ε=2.1
Tanδalmost no change when frequency change.
在常溫下,考慮到其耐摩性,耐穿透性,其機械特性並不優異。但是在高溫下,即使在200℃時也能保持頗高的機械強度。並且在溶點327℃以上也不會溶解,不會受到烙鐵的傷害。
電氣特性也很優異。誘電率小,在較廣的溫度,頻率範圍內穩定性強。雖然是极為優異的低損耗材料,但在生產中易在絕緣體中產生氣泡,所以耐電暈性差,不適用於高電壓。
PTFE在MIL—W—16878D,MIL—W—22759C及MIL—C—17D中有所規定。
37
(2)FEP(6F)
FEP在200℃範圍內具有耐化學藥品性,与PTFE相同。
具有優異的耐老化性。但是其溶點為290℃,所以在比PTFE低的溫度時就開始軟化, 使用溫度為200℃。低溫特性和PTFE幾乎相同,可低至—65℃。其機械的特性与PTFE大致相同,但是,愈至高溫時,會比PTFE更大的比率來降低機械的特性。當然會受到烙鐵的溫度而溶解。
電氣特性和PTFE相似,在較廣的溫度,頻率範圍內穩定性強。
但在2000MHz以上的頻率時,其損失比PTFE大。
PTFE与FEP的較大不同之處在於溶解點。FEP和其他很多塑膠一樣可做溶解押出。PTFE因溶解粘度高,無法做溶解押出,因而採取Ram式押出,然後在同一工序中再做燒結處理。因此,FEP比PTFE更易加工。在MIL—W—16878D,MIL—C—17D中有所規定。
(3)CTFE
是溶解點為210℃的樹脂,被用作絕緣體及外被。
使用的溫度範圍為—65~135℃。超過315℃會快速劣化,短時間內,在150℃下可
38
使用96個小時。
耐化學藥品性佳,不過比PTFE,FEP差。在常溫時,不會被大多數酸、鹼、油、酒精侵蝕, 遇到鹵素化溶劑,酮,酯乙醚會稍為膨脹。在高溫時,會受到HYDRAZINE
的侵蝕,不耐鹼金屬液鹵素的侵蝕。
電氣特性甚佳,體積電阻率高,誘電率小。与CTFE,PTEF,FEP一樣,耐電暈性差,不適用於高電壓。
在美國作為部份HOOK UP WIRE,WRAPPING WIRE的絕緣體被使用。
(注)(H)即不製造。
(4)PVdF(2F)
溶解點為171℃,使用溫度範圍為—65~105℃。為了減少對機械特性的破壞,雖然溶解點為171℃,卻只容許使用至105℃。
幾乎不受化學藥品及有機溶劑侵蝕。但是,在如DIMETHYLA—CETAMIDE的離子化溶液中會發生強烈反應而被侵蝕。
PVdF的引拉強度高,硬度大,所以耐穿透性,耐摩性強。
但是PVdF是Notch—Sensitive,若是用於大復合絞線導體的押出包覆時如經強烈打擊可能變成粉末。
但是,用於單線導體,絕緣體,或小規格同芯絞線導體的包覆時不會有問題。
在氟樹脂中,Pad的比重小於ETFE。
雖然絕緣耐力佳,但誘電率及誘電損耗頗大,不適用於有高頻率,低損耗要求的線
39
材。
PVdF可做照射橋構,在MIL—2—81044有所規定。Pad可用作Hook up
Wire,Wrapping Wire 的絕緣體。
(注)PVdF的照射橋構有Ray Chem的日本專利權,目前(H)不能生產。
(5)ETFE(FH)
由杜邦開發,以TEFZEL的商品名在銷售。
電氣,化學特性和PTFF相似,是將PTFE機械特性(耐摩性,耐cut—through)增強后的樹脂。
使用溫度為150℃,經照射橋構后可至180℃。
旭玻璃已自行成功地國產化,以亞佛倫的商品名在製造銷售中。
(6)PFA
耐熱性,耐藥品性与PTFE大致相同,由于可做溶解押出成形,因此加工性優異。溶解點為300~310℃,連續最高使用溫度与PTFE相同為260℃。 ε=2.0
Tanδ
change too high when frequency reach 1G..
40
由於電氣特性和PTFE幾乎同樣優異,所以本公司大多用於极細,极薄的包覆。
(7) 其他
(a) ＥＣＴＦＥ
(b) POLYFLUOROVINYL
杜邦公司以Tedlar(film)的商品名在銷售
1﹒5﹒2Polyurethane聚胺酯
1﹒5﹒2﹒1機械,物理特性
聚胺酯雖是熱可塑性樹脂,但它卻是在常溫下和橡膠具有相同彈性的特殊塑膠。
具有優異的引拉強度,伸長度, 目前,是耐磨性最佳的外被材料。
幾乎對所有藥品,油類具有耐藥性,耐油性 ,但被鹵化溶媒、酮酯及离子化溶媒侵蝕時會膨脹或溶解。
41
要注意某一酯型的聚胺酯浸在水中時會分解。經適當配合的聚胺酯在常溫下的水中可以使用,但是,水溫不得超過50℃。
1﹒5﹒2﹒2熱的性質
要決定聚胺酯的耐熱度很難,一般實際使用溫度是—55℃~75℃。
限制在75℃是由於它是在100~120℃會硬化。
耐臭氧性很強,且具有放射性, 從電氣特性來看,是很好的外被材料,不适用作絕緣材料。
1﹒5﹒2﹒3用途
用作外被材料。在一般的塗料型聚胺酯其耐霉、耐寒性優異,且比酯型的加水分解更為穩定。
表13 塑膠材料的代表特性
種類
聚丙烯 尼龍
610
聚胺酯
(酯型)
4F
(TFE)
PFA
2﹒15
22
300
1×10
2﹒1
18氟素樹脂
6P
(FEP)
FH
(ETFH)
2F
(PadF)
1﹒76
49
300
16比重
引拉強度
Mpa
伸長度
%
體積電阻率
誘電率
at 1KHz
0﹒902
34
200
171﹒08 1﹒02 2﹒18
55
200
142﹒16 1﹒70
20
250
1841
600
1125
300
1841
200
1×10 1×10 2×10 1×10
2﹒22 4﹒5 7﹒5 2﹒0
1×10 1×10
2﹒1 2﹒6
1×10
8﹒0
14
42
誘電正接
at 1KHz
定額最高溫度
℃
最低使用參考溫度
(參考值)
℃
10
—40 —55 —65 —65 —65 —65 —65
0﹒0003 0﹒04 0﹒060 0﹒0002
—
105 75 260
0﹒0002
260
0﹒0003 0﹒0008
200 150
0﹒019
105
1﹒5﹒3膜(Film)
將厚度在0﹒25mm(10mils)以下板定義為膜。下面即針對可用作絕緣體或外被的膜來加以說明。
通常是在因絕緣厚度极薄無法進行押出或材料無法進行溶解押出時,才使用薄膜絕緣。
薄膜絕緣可用膠帶卷纏式進行絕緣,其固定的方法有:
(1) 塗膜(Coating)
(2) 編織
(3) 外被押出
(4) 熱封(Heat Seal)
以熱封為最好的方法。
1﹒5﹒3﹒1聚酯
其物理、機械特性很好,耐藥品性佳,且電氣特性也很好。使用溫度為—60~158℃。
最常使用的是聚乙烯/聚酯的可熱封之疊片膜。
一般使用厚度為1mil的聚酯, 0、5mil的聚乙烯 。
1.5.3.2氟樹脂
目前所銷售的有PTFE,FEP膜,最廣使用的是PTFE膜,其種類如下。特性和上述的PTFE
43
大致相同。
(1) Cost Tape
厚度為0﹒25mil~3mils,適用於不會受到機械的外力,而极薄的絕緣厚度者。
(注)沒有國產品
(2) SKIVED TAPE
是將燒結成型的PTFE之圓筒狀塊板加以切削后而成。可提供的是厚度為5~10mils的膠帶。
適用於大尺寸同軸纜線的絕緣體等。
(3) UNSITERED TAPE
可以用未燒結的PTFE TAPE,將此膠帶卷撓后加以燒結而成為一體。
厚度為3~7mils的廣泛使用於絕緣體及外被。
(注)在日本將未燒結成型的膠帶稱為生膠帶。
1.5.3.3 POLYIMIDE
由杜邦公司開發,以商品名KAPTON在銷售。
薄膜的物理、機械特性很好,有優異的耐熱性,在相當廣的溫度範圍內電氣特性很好。從熱老化特性入手使用外插法延長其壽命時,效果如下:
250℃——10年
275℃——1年
300℃——1 個月
400℃——1日
即使超過250℃的溫度時仍顯示出優異的耐穿透性。
耐藥品性雖然優異,但會被經濃縮的酸或氯類侵蝕,且耐候性較差。POLYIMIDE 薄膜無法直接用作耐熱外皮,所以是使用POLYIMIDE/FEP的疊片薄膜。這種組合是以FEP來補充它
44
的不足,使得在200℃下也可連續使用。
Polymide
polyamideimide
表14 膜的代表特性
種類
聚酯
聚酯
聚酯
聚乙烯
1/0﹒5mil
比重
引拉強度Mpa
伸長率%
體積電阻率
誘電率
at 1KHz
誘電正弦
at 1KHz
0﹒005 0﹒003 0﹒0003 0﹒0003 0﹒003 0﹒014
1﹒39
17
75
1×10
3﹒25
17氟樹脂
PTFE FEP
Polyimide
Kapton H
氟樹脂
TEDLAR
Type 80
1﹒58
90
190
1×10
10﹒5
141﹒20
11
125
2×10
2﹒7
172﹒2
28
300
2×10
2﹒1
152﹒15
20
300
1×10
2﹒1
151﹒42
13
70
1×10
3﹒5
17
1 .5.4纖維
纖維用於保護被護, 補強層与介質。通常是以橫向捲繞,編織的形式來加以使用,然後在上面再加以包覆或套覆。
編織比起押出外被來,優點在于:
45
(a) 可撓性強
(b) 尤其是玻璃編組在發生火災時可在短時間防止線間的短路。
(c) 成為強化機械層
纖維与coating組合后使編織特性發生了變化。將纖維的機械強度与coating的特點一體化,達到了提高耐磨強度,防止編組散亂,降低吸濕的目的。
1.5.4.1綿線
綿線是耐磨性強,具良好彈力的可撓性纖維。
吸水性差,未經處理時,耐霉性差。可燃性(FLAMMABLE)的耐熱度普遍。
1.5.4.2人造絲
引拉強度稍比綿線差。但是,耐摩性,彈性与綿線相同。未處理時,不具耐霉性,有可燃性。吸水比綿線少,耐熱度為80℃。
1.5.4.3尼龍
是具有優異耐磨性的強力纖維。尤其是尼龍編織,用尼龍涂料作coating處理后,耐摩性優異。耐霉性好。
雖然具可燃性,但比其它的有機纖維來說,燃燒速度較慢。使用溫度為105℃,在MIL—W—5086有相關規定。
1﹒5﹒4﹒4聚酯
是引拉強度及耐摩性良好的纖維。具可燃性。有耐霉性。在MIL—W—8777C規定其使用溫度為200℃。
(注)在國內以TETORON的商品名被銷售。
46
1﹒5﹒4﹒5玻璃
玻璃纖維的引拉強度很大,但是很脆弱,所以耐摩性較差。不燃性。有耐霉性。良好的耐熱性,可使用至320℃。玻璃纖維在MIL—W—16878D,MIL—2—8777C中有相關規定。
1﹒5﹒4﹒6陶瓷
有各種陶瓷纖維,使用最多的是石英纖維。石英纖維因較脆弱,所以在編織時必須加以強化使之變粗。在MIL—C—25038中的耐1100℃之火炎的電線中有相關規定。
1﹒5﹒4﹒7石綿
一般,石棉以鎂的硅酸鹽礦石為其原料。個別的纖維极強,難以紡織,所以要以絲線來編組,為了要得到一定的強度必須作成粗線。機械強度較差,耐熱度可使用到480℃。不燃性。一直都被使用於低電壓的導線,爐用電線,家電用電熱線,熱電偶導線等。但是,因被視為有害物質,目前即被禁用。
1﹒5﹒4﹒8纖維的組合
組合的種類很多,其中有尼龍与石棉的組合。此組合是為了加強石棉的強度,但耐熱度受到尼龍的限制。下例是聚脂与玻璃的組合。這是把聚脂的耐摩性与玻璃的不燃性加以組合的例子。
1﹒5﹒4﹒9含浸纖維(Coated Fibers)
使用最多的是浸漬PTFE的玻璃線。以浸漬PTFE的玻璃線加以編組后,將PTFE Device
bersion加以Coating燒結的,其耐摩性甚佳,在MIL—W—7189B有這規定。
1﹒5﹒4﹒10其他
特氟濃TFE已有國產品在銷售。
表15 纖維的代表特性
47
種類
比重
引拉強度 MPa
伸長率 %
耐霉性
耐燃性
耐摩耗性
1﹒5﹒5Coating 涂料(包覆涂料)
通常為不能溶解聚合物的溶液,或者是不能溶解聚合物的擴散物(在水中其聚合物的微粒子分解后的物質)
所以, 在編織上經含浸Coating處理以后,再進行乾燥,燒結而使之形成層。
1﹒5﹒5﹒1醋酸丁酸纖維
這種涂料通常要添加耐霉劑。加工外觀良好,耐摩性、耐油性良好。耐熱溫度限制在約80℃以內。
使用於棉, 人造絲及玻璃編組上,在MIL—W—76B有這規定。
(注)(H)沒有使用過。
1﹒5﹒5﹒2尼龍
此涂料對於大部份纖維來說附著性良好,所形成的涂層具有優異的耐摩性。有耐霉性。對酒精以外的藥品有耐藥品性,耐油性,耐熱度限制在約105℃。尼龍涂料使用範圍很廣,在MIL—W—5086中也有規定。
1﹒5﹒5﹒3 氟樹脂
其代表產品有PTFE,TEP。這些的塗膜層具有相當強的耐摩性,難燃性。耐熱度如上所述FEP為200℃,TFE為260℃。但是,應注意的是無論是FEP還是PTFE都須要燒結,所以,棉
1﹒54
600
5
×
×
Δ
人絹
1﹒3~1﹒5
300
25
×
×
Δ
尼龍
1﹒14
700
25
◎
Δ
◎
聚酯
1﹒38
600
20
◎
×
○
玻璃
2﹒54
1400
2
◎
◎
×
48
必須要用能耐燒結溫度的絕緣體。
即一般採用PTFE絕緣,玻璃編織的形式。
1﹒5﹒5﹒4 矽
以高溫燒結的矽樹脂清漆,耐熱度在250℃以內。但卻是受到燒結溫度的限制,而成為PTFE或矽橡膠絕緣玻璃編織的構成。雖然也有不需高溫燒結的矽樹脂清漆,但卻因其含有矽樹脂以外的物質,所以按清漆的種類來劃分其耐熱度在135~180℃之間。
1﹒5﹒5﹒5 POLYIMIDE
為了提高耐穿透性等機械強度，採用了在PTFE,FEP押出絕緣體（厚度5~6mils）上, 以聚胺酸的狀態進行coating,加以燒結以形成POLYIMIDE層的方法。此時,在進行coating前必須通過“4H”在PTFE,FEP的表面做化學浸蝕。
表16gacket材料選擇表(之1)
料 材料 定額溫度
最高
105
最低
—15
*廉價
*難燃性
尼龍(擠壓)
120
—40 *外徑6φ以下
*柔軟性稍差
*吸濕性
尼龍(編組)
120
—55 *吸濕性
*端末切斷時的散亂
CTFE(擠壓)
135
—55 *柔軟性稍差
*價格高
*耐藥品性
*機械的強度大
*難燃性
*耐霉性
聚酯TAPE捲繞
135
—55 *可燃性 *機械強度大
*須要有薄的gacket時
*耐藥品性
*機械的強度大
*耐霉性
*須要柔軟性時
限制事項 用 適用
PVC(擠壓)
49
2F(PVdF擠壓)
135
—55 *柔軟性不佳
*外徑6φ以下
*難燃性
*機械強度大
表17 gacket材料選擇表(之2)
料 材料 定額溫度
最高
6F(FEP押出)
200
最低
—260 只適用於4F,6F上
*價格高
*機械強度稍差
PFA
4F(押出PTFE)
260
260
—260
—260
*價格高
*只適用於4F
*外徑4﹒6以下
*價格高
4F膠帶卷
(耐熱外皮PTFE)
玻璃編織
300
—80
260
—260 *只適用於4F
*價格高
*耐摩性差
*端末切斷時的散亂
*只有少許吸濕
*耐藥品性, 耐熱性超群
*不能進行4F的押出時
*耐熱性超群
*耐藥品性, 耐熱性超群
*耐藥品性, 耐熱性超群
*耐藥品性, 耐熱性超群
限制事項 用 適用
1﹒6通過放射線照射在高分子材的分子間架橋
1﹒6﹒1架橋方法
分子間的架橋有二種方法:
(1) 放射線照射架橋
(2)
化學架橋
經過架橋的不會顯示出明確的溶解點,所以塑膠特有的cold flow的問題會消失。架橋的效果還有:
(1) 電氣特性幾乎不變化
(2) 改善化學特性,尤其是在高溫下的耐油性
(3) 大幅度改善機械特性。
