電線電纜常用材料及用量計算方法(標準版)

一.用量計算簡介

二.常用導體介紹

三.常用電纜塑料材料介紹

四.電纜塑料材料設計環保考量

用量計算簡介的基本概念：

(1)工程師在做BOM(Bill Of Material)材料表時,需計算每一種材料的用量,電線是以一千米(1KM)為單位量.

(2)用量來源:(a)實際稱重(b)計算所得

電線電纜

(3)計算用量M=ρ V

ρ------表示密度,詳見後附之匯總表.因不同廠商不同型號的同種絕緣料,其密度有可能不同.故此匯總表作為參考,必要時請與供應商或單位主管再確認,以保證用量計算的準確性.

V ------表示體積=截面積*長度(1KM)，用量單位為KG

4)單芯導體截面積=π(導體OD/2)2=導體OD2*0.7854

多芯導體絞合截面積= n*導體OD2*0.7854

注:n為導體條數

單芯絕緣截面積=

π(芯線OD/2)2-導體絞合截面積-6*(√3/4導體OD2-π/8*導體OD2)

注:(a)假設導體條數為7

(b)6*(√3/4導體OD2-π/8*導體OD2)為導體間之間隔面積,

其原理推導請見下一頁

(c)對絞或絞合芯線計算重量時要乘以絞合係數1.02

(d)用量計算時以SPEC中心值去計算.

(5)當實際用量超過BOM表用量的+/-3%時,則要提ECR修正.

6*(√3/4導體OD2-π/8*導體OD2)由來

1.先計算出圖示三角形面積=1/2*底*高 /而底=銅線OD /高=√3/2銅線OD

三角形面積=1/2.銅線OD.√3/2銅線OD=√3/4銅線OD2

三角形中三個扇形面積=3*1/6 π(銅線OD/2 )2=π/8*導體OD2

導體間之間隔面積=6*(三角形面積-三個扇形面積)=6*(√3/4導體OD2-π/8*導體OD2)

比重(specific gravity或稱為relative density)定義如下：

密度與比重的數值是相等的.

以下是測比重的常用方法:天平法

取10英吋外表皮,先稱出在空氣中的質量,然後用小錘和金屬絲使試樣完全浸於水中,再次稱量.算出比重.

比重 =空氣中的重量/空氣中的重量-水中的重量

= a/[(a+w)-b]

a = 試樣在空氣中的質量

b = 試樣和小錘(若被使用)在水中的質量

w = 完全浸沒的小錘(若被使用)和部分浸沒的金屬絲

質量

裸銅 BC(Bare Copper)

(1)耐熱150oC MAX,導電率約=98%,抗張275MPA,伸長率15%MIN,比重8.89,不含任何其他金屬合金或鍍層的純銅導體.

(2)優點:單價低,導電率高,電阻低

(3)缺點:易氧化

鍍錫銅 TC(Tin-Coated Copper)

(1)耐熱150oC MAX,導電率約=94%,抗張275MPA,伸長率10%MIN,銅表面鍍上一層錫,以防止銅導體氧化或微酸腐蝕 (硫酸.醋酸)並增加焊接性.

(2)鍍錫絞線TSC可分為

(a)先鍍後絞簡稱鍍絞:銅線鍍錫後絞合

優點:鍍錫較易,成本較低

缺點:絞線較容易鬆開

(b)先絞後鍍Top-Coating:裸絞銅先絞合後,再在表層鍍上一層錫

優點:鍍錫較易,成本較低

缺點:鍍錫較困難,易有錫球,成本較高

鍍銀銅 SCC(Silver-Coated Copper)

(1)銅表面鍍上一層銀.增加傳輸效果,減低衰減.耐熱200oC MAX,高溫絕緣材料被覆不易氧化.常用於同軸線導體.比重8.89

鍍銀銅包鋼 SCCS(Silver-Coated Copper Clad Steel)

(1)銅包鋼表面鍍上一層銀.增加傳輸效果,減低衰減.耐熱200oC MAX,高溫絕緣材料被覆不易氧化.常用於同軸線導體.

導電率30%比重約為8.06,導電率40%比重約8.2

銅箔絲 (Tinsel Wire)

(1)硬銅線延壓成薄片再纏繞在尼龍絲上即成銅箔絲.

常用於電話線導體和Coil Cord(卷線)有較好的彎曲強度及增加卷線彈性.

裸銅銅箔(Bare flat foil copper)

常用於FFC排線導體

鍍錫銅箔(Tin-Coated flat foil copper)

常用於FFC排線導體

常用電纜塑料材料介紹

塑料一般都比較輕,它的實體相對密度約在0.83~2.2之間,多數介於1~1.5之間.以下為電線用橡膠及塑膠常用材料比重一覽表 (作為參考)

以上介紹各絕緣之延伸率及抗張強度因其使用在何種類型之線材以及其額定溫度.CLASS等級不同即有所不同.所以僅為參考(均為老化前之要求),實際作業時請查對應之UL.IEC等安規要求.

如UL444為通訊電纜之安全規範

UL758為AWM電纜之安全規範

UL1581為一般電纜之通用安全規範

UL62為POWER CABLE之安全規範

PVC (Poly Vinyl Chloride)聚氯乙烯

(1)可調整各種硬度，透明或不透明.透明的硬質PVC加入可塑劑(DOP.DIDP.TOTM)成軟質PVC

(2)優點:在高低溫都適用,耐燃.柔軟性好,單價低.

(3)缺點:PVC耐熱性不很好.介電係數會因溫度及頻率高低變化,電氣特性較難控制.加熱會脫鹽酸變黑,燃燒時有黑煙及碳渣辛辣味,不助燃.燃燒時會產生有毒氣體.

(4)用途:用於電壓600V以下AWM及電腦線大都用PVC. (電線絕緣或外被材料)比重:1.20~1.50

PVC聚氯乙烯(軟質)比重:1.2

PVC聚氯乙烯(硬質)比重:1.4

通常以比重1.5去計算用量

延伸率150~400%,抗張強度1.2~1.5kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL758.1581安規要求:AWM類電線延伸率100% min,抗張強度1500PSI min

UL444安規要求通訊電纜延伸率100% min,抗張強度2000PSI min

SR-PVC (Semi-Rigid Poly Vinyl Chloride) 半硬質PVC

(1)優點:強度比一般PVC大.

(2)缺點:因硬度較高,高溫老化後延伸會降低.

(3)用途:一般用於電腦線的芯線絕緣材料.

密度:1.35~1.50

通常以1.5去計算用量

UL444安規要求:延伸率100% min,抗張強度3000PSI min

PP (Polypropylene) 聚丙烯

(1)PP是發展很快.應用很廣的一種熱塑性塑料.

(2)優點:與其它通用熱塑性塑料比較,PP具有比重小.剛性好.強度高.耐繞曲以及有高於100C的耐熱溫度和良好的耐化學腐蝕性.價格低廉等優點.

(3)缺點:低溫耐衝擊性較差,易老化,成型收縮率大.燃燒時會有燄滴.不易熄滅快速完全燒掉,有延燃情形.

(4)用途:PP+EVA用於電線的芯線絕緣材料,一般用於通訊電纜及電話線等.

比重為0.90~0.91

延伸率200~700%,抗張2.0~4.0kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL1581安規要求:延伸率150% min,抗張強度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,代號是E/VAC,簡稱為EVA.

EVA是一類具有類似橡膠彈性的熱塑性塑料.

(2)EVA與填料.色料的相容性很好,可與PP.PE.PVC相容良好. EVA具有良好的彈性和可低溫可繞性.耐候性.

(3)缺點:相容比例過量時,會產生電線芯線外觀破壞,降低絕緣及耐壓強度.耐油性能差.

(4)用途:通常用作聚氯乙烯和橡膠的改性劑.良好的發泡體基材及軟化劑.如PP+EVA用在電話線芯線料.

比重0.943

延伸率抗張強度不做要求

PE (Polyethelene) 聚乙烯

(1)可分HDPE(高密度PE)

MDPE(中密度PE)應用不廣泛

LDPE(低密度PE)

LLDPE(線性低密度PE)

FRPE(阻燃PE)

Cellular或FOAM PE(發泡PE)

XL-PE(交聯PE)

(2)優點:PE比水輕.柔軟.耐水性.耐寒.耐磨耗.電氣特性佳.

(3)PE易不熄滅.不耐熱,高溫時會急速老化.

(4)用途:一般用於通訊用對絞線,高頻同軸電纜.高壓電纜.海底電纜.戶外自持線.通訊電纜等

High Density Polyethylene (HDPE) 高密度聚乙烯

(1)高密度聚乙烯用低壓法生產,故又稱之為低壓聚乙烯.

(2)優點:(a)耐化學性 (b)好的電氣特性

(3)缺點:(a)較差的耐熱性(b)比較低的物性(c)軟的表面

(d)有很高的熱膨脹係數，且在機械和熱的壓迫下容易

電纜

失敗.比重為0.94~0.97

延伸率100~400%,抗張1.0~2.0kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL444安規要求:延伸率300% min,抗張2400PSI min

Low Density Polyethylene (LDPE) 低密度聚乙烯

(1)傳統的低密度聚乙烯是用聚合級的乙烯以氧或過氧化物為引發劑,在高溫高壓下進行游離基聚合而製得的,故又稱之為高壓聚乙烯.

(2)優點(a)低比重(b)耐化學性(c)耐衝擊性

(3)缺點:(a)非常低的強度/剛性 (b)耐熱性差(3)高的熱膨脹係數且在機械和熱的壓迫下容易失敗.

比重約為0.91~0.93

延伸率350~700%,抗張1.0~2.0kg/mm2(1kg/mm2=1422PSI)

UL444安規要求:延伸率350% min,抗張1400PSI min

(LLDPE) 線性低密度聚乙烯

(1)與普通低密度聚乙烯相比,它耗能少,產量高,特別是其物理化學性能比普通低密度聚乙烯要好得多,用途也相當廣泛.其價格相對低廉,機械性能良好(如抗撕裂性.抗穿刺力.拉伸強度及抗環境應力龜裂等性能.

比重約為0.915~0.945

延伸率及抗張強度高於LDPE

FOAM SKIN:內層發泡.外層SOLID押出

優點:發泡可以減小外徑及材料用量,得所預期的電氣特性功能.低電容.衰減.高阻抗,外層為不發泡絕緣體,保持較佳剛性,保護髮泡體不變形.

缺點:附著力差.焊線收縮.不真圓.電氣特性不穩定，如果是SKIN FOAM即SOLID內,FOAM在外,則附著性增強,焊線比較不會收縮.

無延伸率及抗張強度要求

SKIN FOAM SKIN:SOLID+FORM+SOLID押出

優點:附著性佳.焊線耐熱佳

缺點:需用雙機頭押出,操作不易.

發泡PE比重約為0.55~0.7,發泡度不同其比重也有所不同.

無延伸率及抗張強度要求

XL-PE(Cross-linked PE)交聯PE

電線

(1)交聯絕緣已在電力電纜中佔主導地位，代替了油紙絕緣，並逐步取代了 PVC塑料絕緣。交聯絕緣的品種雖多，但主要分為物理和化學交聯兩大類，其絕緣品質完全一致. (2)物理交聯又稱輻照交聯，

(a)優點:其絕緣品質較佳，交聯度高，耐候性好，是各種軟線，裝備線及耐高溫(105oC及以上)和阻燃電線電纜的理想工藝方法.

(b)缺點:輻照不均勻，生產中要反覆照射，電纜彎曲次數太多，且在絕緣中容易注入空間電荷，不太適用於電力電線生產.

(3)化學交聯分高溫和低溫兩種交聯方法

(a)其中高溫交聯又包括蒸汽和幹法交聯兩種。蒸汽交聯因絕緣中水分含量2000x10-6，適用於1KV以下電纜;幹法交聯絕緣中水分含量(1OO—200)×10-6，已在lO—500kV電纜中廣泛地應用。

(b)低溫交聯，學名矽烷交聯，電纜在70cC—90c溫水中交聯，也可在溼度較大的空氣中交聯，故又名溫水交聯。交聯劑(矽烷)吸水後才能使PE絕緣的線性結構反應成網狀的交聯結構。吸收的水分已成為絕緣分子的一部分，故水分含量極少，也是(100—200)x10-6，絕緣品質完全和幹法交聯一樣，絕緣性能還超過幹法交聯。溫水交聯因水分不易滲入較厚的PE絕緣，一般適用於10kV及以下電纜，特別是1kV溫水交聯電纜.

溫水交聯絕緣，產品質量好，設備投資低，生產速度快，是最為理想的電纜產品，目前交聯工藝有：二步法;共聚料生產法;Monosil一步法，及派生的另兩種工藝方法;固相一步法，及共混法共7種生產工藝。採購電纜時，應熟悉上述知識，才能得到優質產品.交聯電纜絕緣品質高，其高頻擊穿強度可達50kV/mm，介電常數為2.3，是最為理想的電纜絕緣，同時交聯電纜的工作溫度高達90oC，耐熱和耐候性好，並有較高的機械性能和耐腐蝕等化學性能，在中低電纜產品中基本上已全是交聯電纜了。儘管交聯電纜的工藝不同，但其絕緣品質均完全一致.

XL-PE比重約為0.9~1.0延伸率350~600%,抗張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)經氯化而製成.

(2)優點:具有塑料和橡膠的雙重優點，其耐油、耐臭氧、耐熱氧老化、耐腐蝕、耐燃、耐細菌和微生物作用、耐候等方面優於其它橡膠。它可單獨使用，也可與塑料、橡膠共混加工.在電線電纜護套中的應用：CPE的加入可以提高其阻燃燒性能，抗老化性能和物理機械性能，還可以CPE為主體，製成電線電纜包覆材料，其性能優良.

(3)用途:特別在防水卷材、塑料門窗、電線電纜護套、膠管膠帶、彩色自行車車胎、異型件、玻璃門窗密封條等領域的應用有突出的優點，是一種理想的高分子彈性材料，有廣泛的應用前景。