线材材料讲义.ppt

1.P.V.C.=POLYVINYL CHLORIDE(聚氯乙稀)密度：1.251.50，耐溫：-55 105，介電係數：3.56.5 a.透明的硬質PVC加入可塑劑(DOP、DIDP、TOTM)成軟質PVC。b.加熱會脫鹽酸變黑，燃燒時有黑煙及碳碴辛辣味、不助燃。c.優點：在高溫低溫皆適用，耐燃、柔軟性好、單價低，一般家電器具用線（AWM)都用PVC為材料)。d.缺點：介電係數會因溫度及頻率高溫變化，電氣特性較難控制，燃燒時會產生有毒氣体。e.用途：用於低壓600V以下通訊電纜、控制電纜、電力線建築線等芯線及外被絕緣。註：亦可做成導電PVC做遮蔽材料用。2.SR-PVC=SEMI-RIGID POLYVINYL CHLORIDE(半硬質PVC)密度：1.351.50 a.優點：強度比一般PVC大，藉以縮小電線OD，單價約PVC 120%。b.缺點：因硬度較高，高溫老化後延伸會降低，押出冷卻水宜加熱。c.用途：平常均用於電腦線的內芯絕緣材料。3.P.P.=POLYPROPYLENE(聚丙稀)，耐溫：60 a.優點：剛性大，價格低廉(質輕、比重=0.890.91)。耐熱性、耐磨性、抗張強度、介質強度(PP:2.2、Foam:1.55)較PE(2.3)為佳。b.缺點：燃燒時會有焰滴，及有延燃情形，低溫易碎化。c.用途：0.9(PP)+0.1(EVA)=用於電線內芯的絕緣材料，廣泛用於通訊電纜絕緣材料，因防潮性及質輕 亦可做成線材填充(FILLER)。一、常用的塑膠材料14.E.V.A=ETHYLENE，COPOLYMER，醋酸乙稀共聚物(E.V.A.樹脂)a.優點：柔軟、耐候性，可與PP、PE、P.V.C，橡膠相溶良好。b.缺點：相溶比例過量時，會產生電線內芯外觀破壞，降低絕緣及耐壓強度。c.用途：良好的發泡體基材及軟化劑。5.PE=POLYETHYLENE(聚乙稀)密度：0.920.95 a.優點：可分低、中、高密度PE，線性低密度，耐寒、耐磨耗、耐熔劑、防濕、電氣特性佳。介電係數(Solid2.3、Foam1.64)在各頻率點介電係數都穩定。b.缺點：高溫時會急速老化。c.用途：一般用於通訊用對絞線，用於高頻同軸線、高壓電纜、海底電線、戶外自持線、通訊電纜等。6.HYTREL：聚脂彈性体a.優點：機械強度、耐腐蝕性、耐磨耗性、可撓曲性均佳。b.缺點：單價高、加工不易。c.用途：用於較薄絕緣及高撓曲性(Coil Cord)。7.P.U=POLYURETHANE（聚胺基甲酸酯）耐溫-5575 a.優點：機械強度、耐化學藥性、電氣特性、耐候性、彈性均佳，單價比P.V.C 貴2-3倍。b.缺點：燃燒時會延燃及焰滴，剝皮加工困難(押外被前，芯線需包紙）。c.用途：軟質用於彈性體，硬質用於絕緣材料，用於漆包線塗料，可直接焊不必將漆膜刮除。28.NEOPRENE：鳥坡林，一種合成橡膠，即聚丁二稀(POLYCHLOROPRENE)，耐溫：-5590 a.優點：優異之耐油、耐燃、耐候、耐臭氧、耐老化、耐紫外線等。b.缺點：電氣特性較差，押出厚度較厚。C.用途：適合低壓工作，如電焊電纜、馬達出口線等9.EPR：乙丙稀橡膠(Ethylene-Propylene Rubber)9-1.EPDM：乙丙烯性体(Ethylene-propylene cliene elastomer)a.優點：耐低溫、耐磨耗、耐切割、高撓曲性。b.缺點：會粘在絕緣体上，剝皮困難。c.用途：一般用在交連PE、矽膠、表層被覆 註:為化學交連彈性佳。10.POLYESTER：聚脂，聚脂可做成紗或線用於電纜之包帶，最常用之麥拉(MYLAR)即為聚脂，由於其電 氣特性、機械特性及耐熱性優，因此電線電纜廣泛加以採用，聚脂亦用於漆包線之塗料。11.Silicone Rubber：矽橡膠。一種人造橡膠絕緣材料之一。a.優點：矽橡膠經過長時間老化之後，仍能維持其優異的電氣特性、彈性及柔軟性。此種材料主 要特性為耐臭氧、低溫柔軟性佳、壽命長、吸水性低、耐候性良、耐輻射性優等。b.缺點：抗張強度及耐磨耗性低。c.用途：主要用於航空電線、核能放射用線、燈具用線、電力電線、控制電纜、船舶電纜、耐 熱耐寒電纜、連接線、高壓點大線等。312.ZYTEL：POLYAMIDE 尼龍 聚酯胺 密度：1.021.1 a.優點：較佳的熱機械特性及抗化學藥性、耐寒性、耐磨耗。b.缺點：加工困難溫度220290，且吸水性高可與聚醚類共聚而改善。c.用途：一般用於較薄、輕巧、另件及線材被覆（covering)。13.Teflon：聚四氟乙烯，俗稱鐵氟龍a.優點：電氣特性介電係數，散逸系數低、耐溫、耐磨耗、耐化學性佳。b.缺點：單價高(比重大約2.2)、耐輻射耐壓差、加工困難、引落比大、OD受限制。c.用途：薄壁、高頻、可繞曲性通訊線材。註1：FEP押出溫度380，引落比約10:1。2：導体須為鍍銀或鍍鎳(耐溫200及260）。3：單價約PVC 10倍。14.RUBBER：橡膠，可概分NB(Natural Rubber)天然橡膠、SBR(Styrene Butadiene Rubber)丁苯橡膠 橡膠具有優良的絕緣抵抗，為最早期的電纜被覆材料，初期是以硫黃加硫為主，後因硫黃會 導致導體氧化，改成雙層押出(內層不加硫、外層加硫)。接著對耐熱及耐久性要求(一般電 纜要求使用年限10年以上)改用秋蘭姆加硫，最後改成二甲基二硫代氨基甲酸鋅，成為主要 配方。Butyl-Neoprene 為代表性產品，但近期IRPE問世取代單價高及加工不易的橡膠材料。4 表1 電線用橡膠 表2 秋蘭姆加硫橡膠 NR 100 NR 40 氧化鋅 20 氧化鋅 4 碳酸鈣 115 碳酸鈣 15 滑石粉 40 粘土 15 硬脂酸 0.8 硬脂酸 1 防老劑 PA 2.5 含水矽酸鋁 22 促進劑MBTS 石腊 1 (MBT)1.0 促進劑 (TMTM)0.05 TMTD 1.2 S 1.4 14-1.加硫方式可分：披鉛加硫、連續加硫、熔融加硫及電子加硫。連續加硫可分：橫型(HCV)、垂直型(VCV)及懸垂型(Catenary CV)三種。橫型：適用於單芯或較小型電纜。垂直型：電線較粗或加硫時會下垂者。連續加硫：(CV)Continuous Vulcanization)熱固性材料（如橡膠及交連PE)，在押出後之電纜絕緣須經加硫管連續加硫，使材料分 子間形成鏈狀結合，加硫方式一般為高溫或高溫蒸汽未完成。押出加硫水蒸氣加硫膏冷卻水捲取 5 披鉛加硫：橡膠外再披覆一層鉛加硫完再剝除 熔融鹽加硫：水蒸氣加硫，橡膠含水性高，若高壓電纜須用不含水鉀、鈉硝酸鹽亞硝酸鹽當媒介。15.Thermoplastic：熱塑性、絕緣材料種類之一，此類材料加熱時可迅速軟化，成型後再加熱時亦可再度 軟化成型，如：PE、PVC、PP等。16.Thermosetting：熱凝固性，此類材料經過化學方法(加硫)或其它方法(照射)，當其成型後再加熱，則 無法再度軟化成型，如橡膠類材料(熟膠)，交連PE、PVC等。17.Aging 特定的溫度時間改變材料的特性，即為老化作用。例 AWM CLASS 43 Rating 測試溫度 時間 M 60 1001168 75 1001 240 90 1001 168 105 1001 168 老化前：抗張1500PSI，延伸100%老化後：伸長 啞鈴片老化前的45%Min，線材老化前的65%Min。抗張 老化前的70%Min。618.Cellular Insulation 發泡絕緣体，將材料形成氣泡或海棉狀，其目的也是減低介質常數、降低電容量、提高線材品質。缺點：1.剛性降低、絞線變形、刮傷。2.焊接時受熱會後縮。3.不可直接Molding，會短路或耐壓降低。19.Insulation：絕緣体能防止電流從導体漏洩或對電流有極高阻力稱絕緣体，絕緣体之度量通常以百萬歐姆（M）表示之，M愈高表示絕緣強度愈高。20.Moisture Absorption 吸水性，通常絕緣材料在特定情況下所吸收水份總量之百分比，如 PVC、PE 、PU、NYLON等吸水性高材料，押出前均需烘烤乾燥。又吸水量較大的 材料在預烘乾燥時會產生氧化變色，用低溫或真空乾燥法得以解決。21-1.Foam Skin：內層發泡，外層Solid押出。優點：發泡可以較小外徑及材料用量得所預期的電氣特性功能低電容衰減、高阻抗，外 層為不發泡絕緣体，保持較佳剛性，保護發泡体不變形。缺點：附著力差、焊線後縮、不真圓、電氣特性不穩定。721-2.Skin Foam Skin：Solid+Foam+Solid押出。優點：附著性佳、焊線耐熱佳。缺點：需用雙機頭押出，操作較不易。21-3.Semi-Rigid：內層軟，外層硬押出。以上3種多層押出作用如下：1.利用內層發泡或軟質材料押出增加電氣特性，外層用硬質材料保護內層結構。2.有些材料含酸會腐蝕導体，故先押一層較薄保護導体不致氧化。3.先押一層增加附著力或增加第二層押真圓度或避免發泡料因不耐熱焊線時後縮。4.外層為防UV、防水、耐腐蝕、耐磨耗等高單價材料，藉以降低單價提高品質。22.Plenum:用於天花板及通風管線材，材料要求低煙、高耐燃耐燃劑化學成份三氧化二鐵(Fe2O3)0.48 氧化鎂(MgO)64.40 二氧化矽 (SiO2)0.91 水(H2O)33.68 氧化鈉(Na2O)0.06 偶合架橋劑 1 三氧化二鋁(Al2O3)0.41 脂肪酸 0.3 氧化鉀(K3O)0.06 陰離子界面活性劑 0.3 以往塑膠材料均用含鹵或三氧化二銻為阻燃劑，燃燒時會生成有毒和腐蝕性的煙及氣体。8電線用橡膠及塑膠材料特性表(之1)9電線用橡膠及塑膠材料特性表(續)10 1.BC:Bare Copper裸銅，比重8.89，耐熱：150MAX，導電率98%，抗張：275MPA MAX，伸長：15%MIN 不含任何其他金屬合金或鍍層的純銅導体。a.優點：單價低，導電率高，電阻低。b.缺點：易氧化變色。2.TC:TIN-Coated Copper 鍍錫銅，耐熱：150MAX，導電率94%，抗張：275MPA MAX，伸長：10%MIN 銅表面鍍上一層錫，藉以防止銅導体氧化或微酸腐蝕（硫酸、醋酸），並增加焊接性。鍍錫絞線可分為二：Top-Coating先絞後鍍（熱浸鍍）裸銅線先絞合後，在表層鍍上一層鍍。優點：鍍錫較易，成本較低。缺點：絞線較容易鬆開。Over-Coating先鍍後絞再鍍（熱浸鍍）單股銅鍍錫再絞合，表面再鍍錫。優點：絞線較不易鬆開。缺點：鍍錫較因難易有錫球，成本較高。鍍錫製作方式可分為二：Hot Dipping：熱浸鍍 Electric-Plating：電鍍二、常用的導体材料11 熱浸錫：原銅放線退火冷卻清洗助焊鍍錫引取過WD-40 收線。硬裸銅線由線軸放出經連續退火爐加熱調質軟化水槽進行泠卻清洗通過助焊劑（酸性清潔液）進入錫爐（260280）鍍錫眼模繞經引取輪 WD-40防銹劑最後經收線機收入線軸中。熱鍍錫因錫單價較高450元/kg，故為降低成本錫鉛比例63:37、80:20、90:10，近來錫價降到180元/kg，且鉛含毒性，目前大部份已用純錫。優點：成本低缺點：附著性差（無合金層），錫層較厚、色澤較黑（加鋅可增加表面光澤）。電鍍錫：2.6 or 1.6mm 裸銅氫氧化鈉（鹼性槽）清水電鍍槽（氟硼酸）銅為陰極，錫錠陽極熱水冷水收線2.6(or1.6)mm 0.517 or 0.417mm 原鍍錫銅（2.6)放線拉伸燒炖冷卻收線 a.優點：錫附著性佳，不易氧化剝落。b.缺點：單價較高，加工性較複雜，電鍍錫廠較少。電鍍液：氟硼酸：表面光澤佳，價格低，有毒。黃酸：表面較霧，價格高，殘毒低。12 Wire Drawing Die:伸線眼模(碳化鎢、天然金鋼石、聚晶金鋼石）。Entrance:銅線及潤滑劑（伸線液）進入口。進口區Reducing Zone:是伸線模最重要的部份，其作用壓縮至所需直徑。壓縮區 壓縮區模內需平整並拋光，才不致刮傷銅表面或斷線。Bearing:此區功能決定銅線OD及表面光澤穩定。定徑區 模內需拋光不可有刮傷及細孔。Exit:功能為出線及定徑區若有銅屑雜質在此排出。出口區伸線油：主要功能為潤滑降溫，增加眼模壽命，減少銅面刮傷。眼模維修：輕微只需重拋光，刮痕變形則需重修。眼模材質：碳化鎢、天然金鋼石、聚晶金鋼石。133.C.C.S.:COPPER CLAD.STEEL 銅包鋼中心為鋼表面被覆上一層銅特性：導性電阻較高剛性強，不易彎曲變形用於同軸線導体抗張強度：785 MAX 伸長率：1%耐熱溫度：150MAX，導電率39.2%。註：銅包鋼規格區分：銅線OD及導電率為依據。4.SCCS:SILVER-COATED COPPER CLAD.STEEL銅包鋼表面鍍上一層銀特性：增加傳輸效果，減低衰減高溫絕緣材料被覆不易氧化(FEP、NYLON)耐熱溫度200 MAX5.CdA:CADMIUM-COPPER ALLOY 鎘銅合金特性：兼具剛性及延展性有良好可撓曲性而不斷裂（可用於彈簧烤線，耐折彎測試）TIN-COPPER ALLOY(30 SN)抗張：860 MPA MAX，伸長2%，導電率70%146.TINSEL WIRE 銅箔絲硬銅線延壓成薄片再纏繞在尼龍絲上即成銅箔絲，一般用在COIL CORD有較好的彎曲強度及增加捲線彈性。T250DXH1 RAW MATERIAL:HARD COPPER COPPER DIA:0.10 0.003mm RIBBON THICKNESS:0.0250.003mm RIBBON WIDTH:0.320.003mm TEXTILE(CENTER):250 DENIER WIDING FREQUENCIES:222 TIMES/10mmDIA:0.250.03mm T250DXH4 TWISTED FREQUENCIES:15mm/TURN “S”DIA:0.60.05mm DC RESISTANCE:0.970.1/M 20 BREAKING LOAD:60.5kgs LENGTH LOAD:1700 M/KG DENIER:9000M絲重量為1g稱丹尼爾（1000M重0.11g=1D，1000M重0.11kg=1000D)15例1.1/0.517裸銅問題點：1.OD不穩 0.5170.003 實測0.5170.522 偏上限。2.伸長率202%實測2430%，外觀變色、麻點。分析：1-1 伸銅出口眼模過大 1-2 廠商預留收線拉力而使OD變小的預留尺寸空間過大。1-3 廠商設計伸線OD都會在上限(偏上限可特採)(偏下限會退貨)(伸線技術穩定產品眼模會 偏下限)(可增加眼模的使用壽命)2-1 燒炖溫度過高，伸長率偏高 2-2 因加熱電流過高，銅表面會偏紅、麻點、有黑點或針孔改善：1-1 控制張力及眼模 2-1 降低加熱電流：(會降低產能)表面光澤會保持金黃色(無氧化）表面光滑，針孔黑點消失 (瞬間電流過大，產生火花）例2.銅絞線OD不均分析：1.放線架張力不均2.單股OD不一（伸銅時電流不穩，眼模不一，張力不均）16例3.絞線跳股分析：1.放線張力不均2.束線眼模太大3.單根導体伸長率相差太大4.絞線時入口眼模刮傷例4.鍍錫厚度不均 SPEC 290330MI 實測 182.54MI364.62MI 分析：1.此為電鍍錫銅，差異不在電鍍2.電鍍完收線時內、外圍碰到收線框架，運輸碰撞磨擦更嚴重改善：易磨損處加非金屬保護膜例5.7/0.127絞線條數不足，只有6股分析：1.單股放線接頭排線不良斷線，接線頭未接好2.自動斷線裝置未裝、失效3.操作人員目視檢查放線架未確實17例6.銅表面氧化分析：1.銅線放置太久，空氣中氧化2.退火燒炖電流（溫度）過高造成高溫氧化3.生產工廠內或儲存倉庫潮濕或有腐蝕性氣性4.銅線庫存太久，表面及和鐵軸接觸面會氧化5.伸線液、退火液污漬或未乾即收線例7.排線不良無法使用 分析：1.伸銅(或絞銅)收線排線不良2.收線軸彎曲破損3.收線張力太鬆4.運輸震動造成重疊(避免工字形放置）例8.銅表面刮痕分析：1.伸線眼模有刮痕2.導輪有刮痕3.連續退火鎳帶刮傷4.收線架(軸)粗糙或刮傷18導体面積及線規圓面積A=d2 d為圓之直徑A.中國線規以公厘(mm)表單線之直徑以公厘平方(mm2)表絞線之截面積B.美國線規AMERICA WIRE GAUGE，簡稱 A.W.G.以最大單線直徑0.460吋定為410號，以最小直徑0.005吋為36號，中間則分為39級，故共有40個線號（線號越大表直徑越小）。39 0.460/0.005=1.123 故只要記住410號為0.460吋且每一線號差1.123倍，則在沒有線規表可查下依然可以推算出某一線號之尺寸。例計算28AWG之直徑AWG 28=12.6milc.美制面積定義密爾(mil)以千分之一英吋定義為一密爾 圓密爾(cmil)以直徑為一密爾之圓定義，其面積為一圓密爾比較公制A=d2 d為mm 美制 A=d2 d為mil 可見美制之面積算法較為簡便（沒有）44601.123 28+34601.123 314419伸長率：將試片作一記號（一般取一英吋長），以伸長機器將試片拉長至斷掉為止並記錄其長度。則伸長率以下列公式求得 L2 伸長後的長度 100%L1 伸長前的記號長度 PVC規格 100%以上 PE 規格 100%以上 PP 規格 150%以上 註：銅伸長率用水平拉力機測試，取樣長250mm計算公式相同。老化：以老化的條件可以決定絕緣的特性。試驗方式：將試片置於老化爐中，以規格規定的條件（溫度及時間）而後再出作抗張及伸長試驗即可判斷其特性。一般條件：60 級100/7天75 級100/10天80 級113/7天 90 級121/7天 105 級 136/7天PVC老化後，抗張應為原來值的70%，伸長65%以上。PE 同上PP 抗張及伸長都應在70%以上。L2 L1L120絕緣或外被厚度：最小平均值取數段樣品（一般為五段），每一段用測厚度計量其最大值和最小值，則十段樣品共有10值，將其平均後之值應大於規格規定的平均值。最小厚度上列的十個值中的最小一個值即是所謂的最小值，亦應大於規格的規定。耐燃試驗：垂直耐燃 UL代號為VW-1，CSA代號為T-1 如電線上印有VW-1（或標籤上亦同）則必需作此試驗，否則不必作。方法（參考UL 1581，1080節）電線垂直放立（如1080節所示之圖）並於頂端黏貼一張牛皮紙。(1)先用火燒50秒，然後將火移開，如火焰繼續絕燃燒超過60秒則失敗。(2)如未超過60秒則維護重覆第一個步驟。(3)連續燒五次後假如牛皮紙未燒超過1/4面積並且棉花未被引燒，則視為成功。註：UL並沒有規定瓦斯種類，但CSA限定用甲烷。21絕緣或外被之面積計算法 規則圓形，可直接用下列公式算出(OD2 od2)0.7854 OD 絕緣外徑 od 絕緣內徑 不規則圖狀(如偏平形或外被之面積)須用比重法（參照UL 1581 470節）面積 A(IN2)=W:取10英吋樣品的重量 G:比重比重 G=W0:10英吋樣品置於純水中的重量(上列重量應以精密天平測出）電子線標示介紹：一般UL並沒有嚴格限制AWM須在電線上印字，但一般廠商均有印。UL有嚴格限制工廠必需於每軸線上附上標籤，標籤應包括下列標示 電壓（依照STYLE PAGE的規定）公司的名字或UL的號碼 製造日期，以年份及月份標示 導体尺寸(AWG表示）AWM的用途(依STYLEPAGE規定）W163.87GWW W022 額定溫度 絕緣的厚度 外被的厚度特別注意，假電線上印字則順序：UL標誌要放在AWM之前例如：AWM 1007 80 300V 28AWG E118118編織銅網遮蔽率計算：單向遮蔽率F=或F=（美規）(英規）D 編織內徑 編織角dw 編織線徑 P 每英吋的花數L 編織繞距N 每綻的條數m 編織綻數n 每綻條數 雙向遮蔽率S=2F F2 100%繞線遮蔽率F=公式之導出式請參考下頁M n dw L2+(d)2DLN P dwSin N d(D+dw)Cos23