絕緣材料性能的優(yōu)劣直接影響電線電纜的質(zhì)量、加工效率、應(yīng)用范圍。結(jié)合多年電線電纜設(shè)計(jì)開發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者將對(duì)常用電線電纜絕緣材料性能之優(yōu)缺點(diǎn)作簡(jiǎn)要分析，旨在與業(yè)界共同探討，并逐步縮短與國(guó)際線纜方面的差距。鑒于現(xiàn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)眾多，本文將重點(diǎn)從 UL 標(biāo)準(zhǔn)角度作集中描述，權(quán)當(dāng)拋磚引玉，不周之處，請(qǐng)業(yè)界同仁不吝賜教。

關(guān)鍵詞：電子線、高溫特種線 對(duì)于 UL758 系列的電子線及高溫特種線，其主要絕緣材料為聚氯乙烯、交聯(lián)聚烯烴、硅橡膠和氟塑料等。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(diǎn)，充分認(rèn)識(shí)這些特點(diǎn)，將有利于材料的選型和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

一） PVC 聚氯乙烯電線電纜絕緣

PVC 聚氯乙烯（以下簡(jiǎn)稱 PVC）絕緣材料是在 PVC 粉中添加穩(wěn)定劑、增塑劑、阻燃劑、潤(rùn)滑劑及其它助劑的混合物。針對(duì)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(guò)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(diǎn)：

1)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(jī)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(dá)到各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的阻燃等級(jí)。

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

表 I

材料類別 額定溫度(最高) 應(yīng)用 使用特性普通型 105℃絕緣, 護(hù)套絕緣可根據(jù)需求使用不同硬度，一般比較柔軟，易成型和加工。

半硬質(zhì)(SR-PVC) 同上 線芯絕緣比普通型硬度高，硬度Shore 90A 以上。同普通型相比提高了絕緣機(jī)械強(qiáng)度，更優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是柔軟度不好，使用范圍受到影響。交聯(lián) PVC (XLPVC) 同上 線芯絕緣一般是通過(guò)輻照方式交聯(lián)，使普通型熱塑性 PVC 轉(zhuǎn)變成不溶的熱固性塑料，分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提高了絕緣機(jī)械強(qiáng)度，短路溫度可達(dá)到250℃。

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(jí),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(wú)毒無(wú)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(diǎn)，限制了其使用：

1. 由于含有大量氯元素，燃燒時(shí)會(huì)散發(fā)出大量濃煙會(huì)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(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。隨著低煙無(wú)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(shì)。目前一些有影響力及社會(huì)責(zé)任感較強(qiáng)的企業(yè),在公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了替代 PVC 材料的時(shí)間表。

2. 普通 PVC 絕緣耐酸堿,耐熱油,耐有機(jī)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(jī)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。

二） 交聯(lián)聚乙烯電線電纜絕緣

交聯(lián)聚乙烯(Cross-linke PE,以下簡(jiǎn)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(shí)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(yùn)用中，主要交聯(lián)方法有三種：

1) 過(guò)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(guò)程中，通過(guò)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(jī)理是將有機(jī)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(dá)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(jìn)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(diǎn)和應(yīng)用（見表 II）：

表 II 

交聯(lián)類別特點(diǎn)應(yīng)用過(guò)氧化物交聯(lián)交聯(lián)過(guò)程中要嚴(yán)格控制溫度，通過(guò)熱蒸汽交聯(lián)管道，產(chǎn)生交聯(lián)。適用于生產(chǎn)高電壓、大長(zhǎng)度、大截面電纜，生產(chǎn)小規(guī)格浪費(fèi)多。硅烷交聯(lián)硅烷交聯(lián)可采用通用的設(shè)備，擠出不受溫度限制，接觸水分即開始交聯(lián),溫度越高交聯(lián)速度越快. 適用于小尺寸、小規(guī)格、低電壓的電纜。

交聯(lián)反應(yīng)要在有水或潮氣的條件下才會(huì)完成，適用于低壓電纜的生產(chǎn)。輻照交聯(lián)因輻射源能量的關(guān)系，用于不太厚絕緣， 絕緣太厚時(shí)，易存在照射不均勻現(xiàn)象。適用于絕緣厚度不太厚，耐高溫阻燃電纜。

XLPE 絕緣與熱塑性聚乙烯比較,有以下優(yōu)點(diǎn): 

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

2)增強(qiáng)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(lái)的電氣性能，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá) 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(shí)承受溫度可達(dá) 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(jī)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(jī)引線、燈飾引線、汽車低壓信號(hào)控制線、機(jī)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(diǎn),但也有一些自身的缺點(diǎn),限制了其使用：

 1)耐熱粘連性能較差。在超過(guò)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(yán)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(guò) 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(guò)程易刮花發(fā)白，印字脫落等問(wèn)題。

 4)耐溫等級(jí) 150℃XLPE 絕緣，做到完全不含鹵素并且能通過(guò) UL1581 規(guī)范的 VW-1 燃燒實(shí)驗(yàn)，并保持優(yōu)良的機(jī)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(wú)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 

三） 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(dú)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(wú)味無(wú)毒，不怕高溫和抵御嚴(yán)寒的特點(diǎn)。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(shí)間。

2)優(yōu)良的耐候性能。長(zhǎng)時(shí)間在紫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(shí)硅橡膠對(duì)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(diǎn),在電視機(jī)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?、烤爐和風(fēng)扇內(nèi)部連接線等特別是小家電領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

但自身一些缺點(diǎn)也限制更廣泛的運(yùn)用：

1. 抗撕裂能力差。加工或使用過(guò)程中受外力擠壓，刮磨易破損，造成短路。目前的防護(hù)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(guò)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。該硫化劑含有氯元素,完全無(wú)鹵素的硫化劑（如鉑金硫化）對(duì)生產(chǎn)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格,而且成本高昂。

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

四） 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(guò)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(diǎn)：

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

2. 耐臭氧、耐紫外線、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(jìn)行加工，采用輻照交聯(lián)，加工簡(jiǎn)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(diǎn),在制冷壓縮機(jī)引線，防水電機(jī)引線，變壓器引線，礦山移動(dòng)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(yùn)用。

XLEPDM 電線主要缺點(diǎn)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。

五） 氟塑料（Fluoroplastic）電線電纜絕緣

相對(duì)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(diǎn)：

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(dú)特的性能，氟塑料電纜常用于飛機(jī)、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(shí)火焰擴(kuò)散范圍小，產(chǎn)生的煙霧量少。用其制作的線材適合對(duì)阻燃性要求嚴(yán)格的工具和場(chǎng)所。例如：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地鐵、車輛、高層建筑等公共場(chǎng)合等。一旦發(fā)生火災(zāi)，人們可以有一定的時(shí)間疏離，而不被濃煙熏倒，爭(zhēng)取到寶貴的救援時(shí)間。

3)電氣性能優(yōu)異 

相對(duì)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(hào)傳輸。當(dāng)今電纜的使用頻率越來(lái)越高已經(jīng)成為潮流，同時(shí)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(wú)線發(fā)射饋線與發(fā)射機(jī)之間的跳線和視頻音頻線。此外，氟塑料電纜的介電強(qiáng)度、絕緣電阻好，適合作重要儀表儀器的控制電纜。

4)機(jī)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(jī)械強(qiáng)度；而且不受各種酸、堿和有機(jī)溶劑影響。因此適用于環(huán)境氣候變化大、有腐蝕性場(chǎng)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(jìn)行連接，由于一般塑料的熔融溫度低，在高溫時(shí)易融化，需要熟練的焊接技術(shù)，而有些焊點(diǎn)必須要有一定的焊接時(shí)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(yùn)用，參考 UL1581、UL758 規(guī) 定,電線電纜中常使用的氟塑料絕緣（見表 III）：

表 III 

名 稱 額定溫度(最大) 特性及其應(yīng)用PTFE 250℃燃燒后無(wú)殘留，熱溫度性好，軍事上有廣泛應(yīng)用，連續(xù)加工困難，接頭多，效率低PFA 250℃熱穩(wěn)定性好，相對(duì) PTFE 易加工，主要應(yīng)用高溫導(dǎo)線，成本較高。

FEP 200℃可長(zhǎng)期在 200℃環(huán)境下工作，相對(duì) PTFE易加工，在電子連接線領(lǐng)域使用最為廣泛(XL)ETFE 150℃柔韌性優(yōu)良，可以超薄壁絕緣電線生產(chǎn)，XLETFE 可長(zhǎng)期在 200℃環(huán)境下工作，優(yōu)良耐腐蝕和機(jī)械性能，在航空和航天領(lǐng)域使用廣泛。PVDF 150℃ 柔韌性良好，超薄絕緣，替代漆包線使用，此外氟塑料還有一些缺點(diǎn)限制了使用：

1)原材料的價(jià)格高，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)還主要依賴進(jìn)口（日本大金和美國(guó)杜邦公司），國(guó)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(jìn)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(wèn)題，使生產(chǎn)成本較高。

總之，上述各種類別的絕緣材料，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(guó)內(nèi)仍屬轉(zhuǎn)型期。無(wú)論是線材生產(chǎn)，還是線束加工，不僅有一個(gè)成熟的過(guò)程，對(duì)該類線材要有一個(gè)對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)作理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程。 

在環(huán)保法規(guī)控制方面，琦富瑞生產(chǎn)的各類絕緣線材完全可以達(dá)到普遍關(guān)注的不含 6P，不含多環(huán)芳香烴(PAHS)、鄰苯二甲酸鹽類(Phthalates) 、全氟辛烷磺酸鹽(PFOS)等禁止有害物質(zhì)及完全符合歐盟 RoHS 及 REACH 法規(guī)關(guān)于 15 項(xiàng) SVHC 物質(zhì)控制要求。 

名詞：

1） UL: Underwriters' Laboratories (美國(guó))保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所）。

2） RoHS：Restriction of Hazardous Substances 歐盟《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令》。

3）REACH：Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals 歐盟《化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制制度》。

4）SVHC：Substances of Very High Concern 高度關(guān)注物質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

1） UL1581、UL758 

2） Appliance Wiring Material Style pages 

3） 歐盟《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令》

4） 歐盟《化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制制度》