天然高分子材料

高分子材料简介及其在电线电缆行业的应用

目录

一、前言....................................................................................................2

二、电线电缆相关的基础知识................................................................2

三、高分子材料定义及应用....................................................................2

1．定义：............................................................................................2

2．分类及其应用：............................................................................3

四、塑料及其加工工艺............................................................................4

1．定义：............................................................................................4

2．分类：............................................................................................4

3．常用塑料品种性能：..................................................................5

4．塑料的加工方法：........................................................................6

5．电缆挤塑工艺................................................................................7

五、橡胶及其加工工艺............................................................................8

1．定义................................................................................................8

2．分类................................................................................................8

3．橡料加工工艺................................................................................8

4．挤橡、硫化工艺（连续硫化工艺）............................................9

六．行业发展趋势..................................................................................10

一、前言

从某种意义上讲，电线电缆制造行业是一个材料精加工和组装的行业。一是

材料用量巨大，线缆产品中的材料费用要占制造总成本的80-90%；二是所用材

料的类别、品种非常多，性能要求特别高，材料包括：金属、纸、纤维、带材、

光纤、电磁线漆、油料、涂料、塑料、橡胶和橡皮等；三是材料的选用会对制造

工艺、产品的性能以及使用寿命起到决定性的影响。

线缆产品用材料按其使用部位与功能，可分为导电材料、绝缘材料、护层材

料、屏蔽材料、填充材料等。但其中有些材料是几个结构件通用的。尤其是热塑

性材料，如聚氯乙稀、聚乙烯等只要改变部分配方成份就可用在绝缘或护套上。

二、电线电缆相关的基础知识

1、电线电缆产品的种类有成千上万，应用在各行各业中。它们总的用途有

两种，一种是传输电流，一种是传输信号。

2、电缆总体来说可以分为六大类：（1）裸线类（2）电磁线（漆包线）（3）

电力电缆（4）电气装备用电线电缆（5）通信电线电缆（6）光缆

3、电缆基本结构一般电缆最基本的结构有导体、绝缘层及外护层，根据要

求再增加一此结构，如屏蔽层、内护层或铠装层等，为了电缆有圆整性再辅加一

些填充材料。

三、高分子材料定义及应用

1．定义：

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、

纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。

2．分类及其应用：

（1）按来源分为：

天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。

①天然高分子是生命起源和进化的基础，人类社会一开始就利用天然高分子

材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。比如利用蚕丝、棉、毛织

成织物，用木材、棉、麻造纸等。

②半合成高分子材料：通过机械的、物理的或化学的方法使高分子材料的原

有性能得到改善。

③合成高分子材料：如人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等。

（2）按特性分为：

橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

①塑料

以树脂为主要成分，在树脂添加配合剂，在一定温度和压力下塑造成一定形

状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。

②橡胶

橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。在外力作用下可产生较大形变，除去外

力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。

③纤维

合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤

纶、腈纶聚酯纤维，芳纶纤维等等。

④涂料

涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料。

电线电缆用涂料可分为四类：防护涂料、防火涂料、防生物涂料、半导电涂料。

⑤黏和剂

是另外一类重要的高分子材料。如胶粘带，以塑料薄膜或纤维织物为基材，

在一面或两面涂上胶粘剂用作接头、终端的绝缘或破损修补等。

⑥高分子复合材料

复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等原材料复合而成的一种多相

材料。

它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计，形成具有新的

优异性能的材料。最大优点是博各种材料之长，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、

绝热、绝缘等性质。

四、塑料及其加工工艺

1．定义：

塑料是以树脂为主要成分，在树脂添加配合剂，在一定温度和压力下塑造成

一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。

2．分类：

（1）根据塑料的物理化学性能又可分为：

加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。在特定温度范围内能

反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、氟塑料。

加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。如酚醛塑料、环

氧塑料等。

（2）据各种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料（如PVC、PE、PP）、

工程塑料（如聚酰胺PA）和特种塑料（如氟塑料等）三种类型

3．常用塑料品种性能：

电线电缆制造中广泛采用树脂作为绝缘及护层材料，都是热塑性塑料。常用

的有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、泡沫聚乙烯、聚丙烯、氟塑料、聚苯乙烯、

聚酰胺、聚酰亚胺和聚酯等。

（1）聚氯乙烯PVC：

机械性能优越、耐化学腐蚀、不延燃、耐气候性好、电绝缘性能好、容易加

工、成本低，因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。缺点：耐热性、耐寒性较

差，在高温时容易分解；介电常数和介质损耗较大。

（2）聚乙烯PE：

绝缘电阻高、耐水性、耐酸性都非常好，受温度和频率的影响很小，特别是

介电常数和介质损耗很小。但易燃，耐候性差。依不同密度分为低、中、高密度

聚乙烯三种，性能有所不同。常用于电线电缆和高频电缆的绝缘（超净料可用于

超高压电缆）、半导电屏蔽、电缆护套等。

（3）交联聚乙烯XLPE：

用射线辐照交联（物理交联）或有机过氧化物的高温高压、硅烷的温水交联

（化学交联）的方法，使聚乙烯分子间形成网状结构，因而从热塑态变为橡胶态。

电气性能与聚乙烯一样优良，且耐热性高，但易燃。经改性可制得阻燃、耐高温、

耐电晕、耐漏电痕迹品种，可用于低压至超高压电力电缆的绝缘、半导电屏蔽、

阻燃护套等。

（4）氟塑料

凡分子结构中含有氟原子的塑料，总称为氟塑料。由于氟塑料分子结构中含

有氟原子，所以具有许多优异的性能，如优良的电绝缘性能，高度的耐热性，突

出的耐油性、耐溶剂和耐磨性能、良好的耐湿性和耐低温性能等。

常用的氟塑料有聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙烯（FEP）、乙烯一四氟乙

烯（ETFE）共聚物、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚氟乙烯（PVF）等，用以制造各种

耐热高温绝缘电线，测(油)井电缆、地质探测电缆、加热电缆，耐辐照电线，电

磁线，射频同轴电缆等。

（5）其他塑料

聚丙烯（PP）：密度最小，可用于高频通信电缆绝缘、电缆填充等；

聚酰胺（PA）：俗称尼龙，吸湿性大，不宜作绝缘材料，但机械强度高、耐

磨，软化点也高，可用作护套材料或防白蚁护层等。

聚酰亚胺（PI）：用于耐高温、耐辐照电线，宇航用特种电线绝缘；

聚酯（PET）：耐热性、力学性能好，耐电晕性较差，通常以薄膜形态使用，

耐热隔离带或成缆绕包带等。

4．塑料的加工方法：

包括压塑（模压成型）、挤塑（挤出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空

成型）、压延、发泡成型等。

5．电缆挤塑工艺

电线电缆的塑料绝缘和护套使是采用连续挤压方式进行的，挤出设备一般是

单螺杆挤塑机。

①挤塑机的工作原理是：

利用特定形状的螺杆，在加热的机筒中旋转，将由料斗中送来的塑料向前挤

压，使塑料均匀的塑化（即熔融），通过机头和不同形状的模具，使塑料挤压成

连续性的所需要的各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆上，然后经冷却和固化，

制成电线电缆产品。

②挤塑机的最主要部件：

料斗和机筒

螺杆分为三种：等距不等深螺杆，等深不等距螺杆，不等深不等距螺杆。

挤塑机的机头分为三种类型：直角机头、直线机头、斜角机头。一般采用斜

角机头。

挤塑机的模具：挤管式、挤压式、半挤压式。

③挤出过程的三个阶段：

塑化阶段，也称为压缩阶段。在挤塑机机筒内完成的（塑料的混合、熔融和

均化）；

成型阶段，它是在机头内进行的（塑料的挤压成型）；

定型阶段，是在冷却水槽或冷却管道中进行的（塑料层的冷却和固化）。

④挤塑工艺控制

包括温度、螺杆转速、牵引线速、制品冷却等方面的控制。其中，温度是挤

塑工艺中的最重要的工艺参数。

五、橡胶及其加工工艺

1．定义

具有可逆形变的高弹性高分子化合物。在室温下富有弹性，在很小的外力作

用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。

2．分类

分为天然橡胶与合成橡胶两大类。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提

取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用

于工业或生活各方面。

电线电缆常用的橡胶包括：天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、

丁基橡胶（IIR）、乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）、硅橡胶（VQM）、氟橡胶

（FPM）等。

3．橡料加工工艺

①原材料的准备，温胶、切胶等；

②塑炼：橡胶在常温下具有较高的弹性，不便于加工，因此要改变它的高弹性，

使它具有一定的可塑性。将橡胶由高弹性状态转变为可塑性状态的工艺过程称为

塑炼。

③混炼：混炼是将各种配合剂均匀地分散到橡胶中，使之具有一定塑性的胶料，

一般分为开炼机混炼、密炼机混炼、连续混炼。

④滤橡：对用于绝缘和薄护套制品的混合胶料要求比较高，而在实际生产过程中，

各种胶料都不可避免地含有杂质，在运输过程和混炼过程中也会混入杂质，滤橡

的目的是为了消除上述各类杂质。

4．挤橡、硫化工艺（连续硫化工艺）

（1）挤橡

①定义：使用挤橡机和模具在导体上挤包橡皮绝缘或在缆芯上挤包橡皮护套层的

工艺加工过程。

②挤橡机组的组成与挤塑机组相似，分为热喂料和冷喂料两个系列。

③挤橡工艺基本原理：

将具有一定塑性的胶料加入挤橡机中，依靠旋转螺杆的推动及橡胶与机筒的

摩擦力，胶料不断受到搅动、剪切、紧压，进一步混合、塑化、压缩，并产生一

定的压力，促使胶料逐渐向机头方向移动。最后胶料在机头压力的作用下，通过

一定的模具形成所需的形状。

（2）硫化

①定义：

在加热条件下，胶料中生胶与硫化剂发生化学反应，使橡胶由线形结构的大

分子交联成为立体网状结构的大分子，导致胶料的物理机械性能及其他性能有明

显改善，该过程称为硫化。

②整个硫化过程分为四个阶段：

硫化诱导阶段（焦烧)、预硫化阶段（欠硫）、正硫化阶段（正硫）、过硫化

阶段（过硫）。

③硫化条件

包括硫化温度、硫化时间、硫化压力，正确地制定硫化条件是保证质量的决

定性因素。

④硫化工艺方法：硫化管固定硫化、连续硫化

（3）连续硫化

①基本原理：

利用提高温度的方法来加快硫化速度。根据硫化速度和硫化温度的关系可知

硫化温度每升高10度，硫化速度平均可以增加一倍，即硫化时间可以减少一半。

②优点：

生产效率高，产品质量好，制品的长短不受设备的限制，操作方便，连续硫

化已成为电线电缆行业最重要的硫化方式，硫化管硫化则退居次要地位。

六．行业发展趋势

1.行业发展的主动力

第一，我国城市化进程加速；第二，我国将继续推进农村电网改造和特高压

电网建设；第三，高速铁路网建设。

随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业

规模的不断扩大，对电线电缆的需求也将迅速增长，未来电线电缆业还有巨大的

发展潜力。

2.发展方向

绝缘材料的研制和开发的水平是影响制约电工技术发展的关键之一。从今后

趋势来看，要求发展耐高压、耐热绝缘，耐冲击，环保绝缘，复合绝缘，耐腐蚀、

耐水、耐油、耐深冷、耐辐照及阻燃材料，研发环保节能材料。