緒  論

一、電線電纜的種類和作用 中國.綠寶電纜（集團）有限公司
     電線電纜對于我們并不陌生，在高聳入云的鐵塔上，在波浪滔天的大海底，在現代化城市的地面下，在穿過峽谷的山峰間，在遨游太空的宇宙飛船的電器、儀表的“心臟”里，凡是使用電能的地方，都少不了電線電纜。總之，在現代的生產、國防、科學研究和日常生活中，電纜是不可須臾缺少的重要產品。電線電纜在國民經濟中所起的作用就像人體中血管和神經的作用一樣。
采用各種不同類型、不同電壓等級的電線電纜把發電站、變電站、配電站和用電單位連接起來，就組成了一個電能的傳輸和分配系統，即電力系統；隨著現代通信技術的發展，、電視、互聯網已成為人們獲取信息的主要方式，在國防、氣象、航空航天等領域信息的傳輸和交流需要通信網絡來保障，而這個功能強大的通信網絡會用到光纜、通信電纜、數據電纜等多種電線電纜產品；各種電氣系統的聯結以及電機電器設備內部，還會用到各種電線電纜產品用于控制、測量等信號的傳輸和采用電磁線進行電磁能的相互轉換……
由上可見，電線電纜是用以傳輸電能、傳遞信息和實現電磁能轉換的線材產品。廣泛應用于國民經濟建設的方方面面。
通常我們把這一類產品總稱為電線電纜，那么什么樣的產品應稱作電纜，什么樣的產品應稱作電線呢？其實二者并無嚴格的區別，廣義的電線電纜亦可稱為電纜。通常把結構簡單，無護層或有簡單護層、外徑較小的產品稱為電線，如：裸電線、塑料線、架空絕緣線、電磁線等，而把結構復雜、有堅固密封護套、外徑較大的產品稱為電纜，如：電力電纜、射頻電纜、通信電纜、光纜等。
二、電線電纜的分類
      電線電纜用途廣、種類多、品種雜，據統計，目前約有1200多個品種，2萬多個規格的電線電纜產品，在機電行業中是品種和門類zui多的大類產品之一。為使技術研究、生產組織、產品銷售和安裝使用等的便利，按電線電纜的結構、性能及應用將其分為五個大類。
（一）裸電線及裸導體制品 中國.綠寶電纜（集團）有限公司
裸電線及裸導體制品是指僅有導體而無絕緣層的電纜產品。主要用于架空輸配電線路和電氣設備中的導電元件，使用時，一般以空氣（或其它介質）作為絕緣。與其它電線電纜產品相比具有結構簡單、制造方便、施工容易和便于檢修等優點。根據結構和用途不同又分為裸單線、裸絞線、軟接線與編織線、型線與型材四個系列。
（二）電力電纜 中國.綠寶電纜（集團）有限公司
電力電纜是指在電力系統的主干線路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產品。用于電力輸配線路，使用電壓在1kV及以上，結構復雜一般采用銅或鋁做導體，常用絕緣材料有交聯聚乙烯、聚氯乙烯、橡皮等。電力電纜可用于地下、室內、隧道內敷設，還可用于江底、海地敷設，具有占地少、安全的特點。
（三）通信電纜及光纜
通信電纜是用于有線傳輸、電報、電視、廣播、傳真、數據和其他電信信息的電纜產品，又分為對稱通信電纜和同軸通信電纜。
光纜是以光導纖維做為光波傳導介質進行信息傳輸的電纜產品，具有傳輸衰減小、傳輸頻帶寬，不受電磁場干擾，保密性好，并且產品重量輕、外徑小。因此，光纜一經誕生就得到迅速發展。
（四）電氣裝備用電線電纜
電氣裝備用電線電纜包括從電力系統的配電點把電能直接輸送到用電設備、器具作為連接線路的電線電纜，以及電氣裝備內部的計測、信號控制系統中用的電線電纜。是使用范圍zui廣、品種系列zui多、工藝技術門類zui復雜的一類產品。按產品用途分為八類，包括低壓配電電線電纜、信號及控制電纜、儀器和設備連接線、交通運輸工具電線電纜、地質資源勘探和開采電線電纜、直流高壓電纜、加熱電纜以及特種電線電纜等。
（五）繞組線
繞組線又稱電磁線，是以繞組的形式在磁場中切割磁力線產生感應電流或通以電流產生磁場即能實現電磁能相互轉換而采用的絕緣電線。包括漆包線、繞包線和特種電磁線。用于繞制電機、變壓器、電抗器及其他電氣裝備、儀表中的線圈。
二、電纜材料的分類、要求及作用 中國.綠寶電纜（集團）有限公司
電纜材料占電線電纜產品總成本的80%以上。因此，電纜材料是電纜生產的關鍵，它決定電纜產品的種類、加工方法、使用壽命及價格。例如銅、鋁導體的電導率和絕緣材料的絕緣性能，對電線電纜尺寸起著決定性作用。電線電纜新產品的開發與新材料的研究應用是休戚相關的。隨著航空、宇航、微電子技術的發展，要求電纜材料具備高導電、高強度、抗高溫軟化、難燃性能等。光導纖維材料研究的成功，使得電線電纜行業發生了新的突破。我們必須根據電線電纜材料的用途和性能的要求，研究材料宏觀性能和微觀結構的關系；研究各種因素影響電纜材料性能變化的規律；研究電纜材料與工藝的關系等，從而正確、合理地使用材料。
    電線電纜用材料的種類繁多,按其用途可分為導體材料、絕緣材料和護套材料（見下圖）。按其來源可分為天然材料和合成材料。按其屬性可分為金屬材料、漆料、涂料、油料、橡膠、塑料、無機材料、氣體材料（見下圖）。
導電材料（線芯）   
絕緣材料（電介質）   
護層        屬性 

    電線電纜一般由導體（導電線芯）、絕緣層和保護層三部分組成。
    對導電線芯材料的要求是：應具有較高的電導率、足夠的力學性能、耐化學穩定性以及便于加工、焊接性能好等。
    對絕緣材料的基本要求是：具有優異的電絕緣性能。電絕緣性能一般以絕緣電阻、介電常數、介質耗損和耐電強度等參數來表示。不同的電線電纜對絕緣性能有不同的側重，例如高壓電纜要求介質損耗角正切值（tgδ）非常小，耐電壓強度較高；高頻通信電纜要求絕緣材料的介電常數及介質損耗角正切值（tgδ）越小越好；而一般電線電纜則要求絕緣材料的絕緣電阻較高。必須在滿足電絕緣性能的基本前提下，根據電線電纜的用途和使用條件分別提出對力學性能、物理性能、化學性能以及工藝性能的具體要求，如礦用電纜的絕緣材料的力學性能、柔軟耐卷曲、耐撕裂、耐磨等性能要求都較高；而測井電纜用的原材料則要求具有耐濕、耐油、耐熱和耐磨等性能。
    對護層材料的基本要求是：具有較高的耐受各種環境因素作用的能力，通常以老化性能來表示。在滿足這一條件下，不同電線電纜還有某些特殊和輔助的要求，例如對金屬護層的耐腐蝕性，塑料護套材料的耐環境應力龜裂性，組合護層材料的耐濕性能等。
研究生產電纜所用各種材料的基本組成、性能以及影響材料性能的諸因素，為掌握電線電纜生產工藝奠定良好基礎。

 
*章 電纜材料化學基礎
*節 原子結構
物質宏觀性質是由其微觀的內部結構決定的。大多數的物質是由分子組成的，分子則是由原子組成的。而原子又是由原子核和電子組成的，原子核又由質子和中子等微粒組成。原子是化學變化的zui小微粒。
原子是極其微小的粒子，直徑約10-10m，但原子結構確很復雜。對原子結構的研究，曾是19世紀的熱點課題之一。1869年俄國化學家門捷列夫，根據大量實驗事實，總結發現了周期律，1871年門捷列夫發表了類似現在的通用“元素周期表”。這就大大便利了人們對原子結構的研究。
1897年，人們發現原子中有電子，并測得了它的質量和電荷，電子質量為9.1×10-28 g相當于氫原子的1/1840，電子帶負電荷是1.6×10-19庫侖，而且發現一切帶電體，其所帶電荷量都是該zui小電荷量的整數倍。1911年盧瑟福（D.D.Rutherfor）在α-粒子散射實驗中證實原子中存在質量較大，帶正電荷的原子核（直徑約10-14m）。原子核的質量遠大于電子。整個原子顯電中性，因此帶正電荷的原子核所帶電量必等于電子所帶的電量。原子是由帶正電荷的原子核及圍繞在原子核外高速運動的電子組成。
原子核由帶正電荷質子（質量：1.673×10-24 g，電量：1.602×10-19 庫侖）和不帶電的中子（質量：1.675×10-24g ）微粒組成。原子中質子數的不同，就形成了不同的元素，它們在元素周期表中占據不同的位置，即有不同原子序數。同種元素又可因中子數的不同，而構成不同的核素，例如氫有三種核素：氫（僅有一個質子），氘（有一個質子和一個中子）及氚（有一個質子和兩個中子），三者互為同位素，它們在周期表中占同樣位置（Z＝１）。許多元素都有同位素，現雖只發現114種元素，但發現原子種類已達二千多種。
事實上，現在人們認識到，原子核的結構是很復雜的。原子核中除了質子，中子外，還有一系列其它粒子，這些粒子可能是在原子核裂變的過程中形成，也可能參于原子核的組成，如介子，輕子，重子等微粒。但由于這些微粒對化學反應影響較少，不是我們所關心，我們更關心原子核外電子的運動。
原子中的電子作為一種微粒，其體積和質量都很小，運動速度又非?？臁４_定電子運動軌跡意義不大，人們更關心電子在原子核外空間各處出現幾率。為了形象地表示電子在核外空間各處出現幾率的大小，通常用打黑點的辦法，即在核外空間各點打黑點，黑點多而密集的地方表示電子在該區域出現的幾率大，黑點的地方表示電子在該區域出現的幾率小。這種方法作出的圖象，黑點像形成的“云”，故稱電子云，見圖1-1。
 
圖1-1 電子云示意圖
為了衡量在原子得失電子或吸引電子的能力，1932年鮑林在化學中引入了電負性的概念。規定原子在分子中吸引電子的能力越大，越易得到電子，電負性越大；原子在分子中吸引電子的能力越小，越易失去電子，電負性越小。元素的電負性見表1-1。
表1-1元素的電負性
 
從表可見，電負性呈有規律的遞變。同一周期從左至右，電負性逐漸增加；同一主族從上到下元素電負性逐漸減弱，
我們也可以用電負性的數值來衡量原子的金屬性和非金屬性。電負性數值越大，表示該元素原子在分子中吸引電子的能力愈強，非金屬性越強。電負性數值越小，元素原子在分子中吸引電子的能力越弱，金屬性愈強。一般地，金屬元素的電負性小于2.0，非金屬元素的電負性大于2.0。
第二節 化學鍵
物質的性質不僅取決于其組成原子的種類和數目，而且還與這些原子（或離子）的相互及空間構型有關，這就需要了解分子的結構。
除稀有氣體外，物質通常都是以原子相互結合成的分子或晶體的形式存在。原子在分子或晶體中，不是簡單地堆積在一起，而是彼此間存在著強烈的相互作用?；瘜W上把分子或晶體中相鄰原子（或離子）間的強烈結合力叫做化學鍵。這種結合力產生的原因在于原子間的電子運動。根據電子運動的不同方式，化學鍵分為共價鍵、離子鍵、金屬鍵。
1.2.1離子鍵
當活潑金屬和活潑非金屬在一定條件下反應時，它們的原子核外就會發生電子轉移。例如，鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉：
                  2Na + Cl2 = 2NaCl
鈉原子電負性小，對電子吸引力小，容易失去zui外層僅有1個電子，氯原子的電負性大，對電子吸引力大，zui外層有7個電子，容易得到一個電子，從而形成8個電子的穩定結構。所以，當它們在一定條件下相互作用時，鈉原子的zui外層的電子就轉移到氯原子的zui外層，形成帶正電荷的陽離子和帶負電荷的陰離子。陰陽離子通過靜電作用結合在一起。這種陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學鍵叫做離子鍵。以離子鍵結合形成的化合物叫做離子化合物。絕大多數的鹽、堿和金屬氧化物是離子化合物。離子化合物在固態時都是晶體，它是由陰、陽離子相互吸引并在空間延展而形成的。
1.2.2共價鍵
以氫分子為例。氫氣的形成可用電子式表示為
    H．+ 。H→H: H
    氫原子核外只有1個電子，當兩個氫原子在一定條件下接近時，電子不是從一個氫原子轉移到另一個氫原子，而是在兩個氫原子間形成共用電子對。共用電子對同時圍繞兩個原子核運動，使每個氫原子都具有氦原子的兩電子的穩定結構。共用電子對受兩個原子核的共同吸引，從而把兩個原子結合成一個分子。
原子間通過共用電子對所形成的化學鍵叫做共價鍵。以共價鍵結合的化合物叫做共價化合物。非金屬形成的單質或化合物中，原子間都是以共價鍵相結合的?；瘜W上常用一根短線表示一個共價鍵（即一對共用電子）寫出分子結構式。如H2的結構式寫作H—H，如氯化氫HCl的結構式寫作H–Cl。
1.共價鍵的參數  不同元素的原子所形成的共價鍵，在方向和牢固程度方面存在著差異，一般可用幾個參數描述。
（1）鍵長  成鍵原子除受共用電子對的吸引之外，原子核間還相互排斥。當兩種力平衡時就形成了穩定的化學鍵。這時，兩個成鍵原子核間的平均距離叫做鍵長。一般來說，形成的鍵越短，鍵就越牢固。例如，鹵素單質及其氫化物的鍵長（單位：pm）分別為：
F-F/141.8   Cl-Cl/198.8  Br-Br/228.8  I-I/266.6      H-F/91.8     H-Cl/127.4    H-Br/140.8    H-I/160.8
（2）鍵能  如果要使1mol H2，分裂為2mol H，需吸收436 kJ的能量。吸收的能量就是H—H鍵的鍵能。
推廣而言，在298.15K，1.013×105Pa時，將1molAB氣態分子斷開為A和B原子所需要的能量，稱為A—B鍵的鍵能。一般情況下，鍵能越大，化學鍵越強，含有該鍵的分子越穩定。某些共價鍵的鍵能見表1—2。

表1—2  某些共價鍵的鍵能（kJ.mol -1）
H—H  436
H—O  463
H—F  557
H—Cl 31
H—Br 66
H—I  298    C—C  347
C==C  598
C≡C  820
C—H  413
C—O  351
C==O  803    N—N  159
N==N  418
N≡ N 946
N—H  391
O—O  143
O==O   498    S—H   339
S==O   522
F—F   158
Cl—Cl  242
Br—Br  193
I—I    151
（3）鍵角  分子中兩條共價鍵之間的夾角叫做鍵角。例如，H2O分子中2個O—H鍵，它們之間的夾角是104°30′；再如，NH3分子中3個N—H鍵彼此之間的夾角是         107°18′。根據鍵角，可以理解分子的空中構型。例如，水分子是“V”形；氨分子是三角形；二氧化碳是直線形；甲烷是正四面體，如圖1—2所示。
 
圖1—2 幾種分子構型示意圖
圖中∠1=104°30′   ∠2=107°18′ ∠3=109°28′
每個球體表示一個原子
2.鍵的極性  根據共用電子對是否偏移，共價鍵可分為非極性鍵和極性鍵兩類。
在氫、氯、氮等非金屬單質中，成鍵原子吸引電子的能力相等，共用電子不偏向任何一方。這樣的共價鍵稱為非極性共價鍵，簡稱非極性鍵。
氟化氫、水、氨等化合物是由不同原子化合而成的，共用電子對必然偏向吸引電子能力較強的原子，因而共價鍵一端顯部分負電性，另一端顯部分正電性。這樣的共價鍵稱為極性共價鍵，簡稱為極性鍵。
根據電子對的偏移程度，極性鍵又分為強極性鍵和弱極性鍵。一般來說，化學活潑性相差越大，電負性差越大的原子形成的共價鍵極性越強。應當辯證地理解，鍵的極性的強弱并無截然的界限?？梢哉J為極性鍵是介于離子鍵與非極性鍵之間的過渡狀態（見圖1—3）。 
 
圖1—3  非極性共價鍵過渡到離子鍵示意圖
3.分子的極性  物質的溶解性與分子的極性有關。在分子中，由于原子核所帶正電荷的電量與電子所帶負電荷的電量是相等的，所以就分子的總體來說，是電中性的。但從分子的內部這兩種電荷的分布情況來看，可以把分子分成極性分子和非極性分子兩類。例如HCl分子由于鍵的極性，使分子中氫原子H的一端帶部分正電荷，而氯原子Cl的一端帶部分負電荷。為了便于理解，設想分子的正負電荷也像物體的重心那樣，一個分子的正負電荷都有一個“電荷中心”，如氯化氫分子HCl，正電荷中心偏向氫原子H，負電荷中心偏向Cl原子，這樣分子中正負電荷中心不重合的分子稱為極性分子；而正、負電荷中心重合的分子稱為非極性分子如H2 。
在簡單雙原子分子中，如果是兩個相同的原子，由于電負性相同，共用電子對在兩原子中間，兩個原子之間的化學鍵是非極性鍵，即分子中正電荷中心與負電荷中心互相重合，這些分子都是非極性分子。如氫氣H2，氧氣O2，氯氣Cl2等單質屬于這一類。如果是兩個不相同的原子，由于電負性的不同，兩原子之間化學鍵是極性鍵，即正、負電荷中心不重合，這種分子都是極性分子，如氯化氫HCl，氟化氫HF，溴化氫HBr，一氧化碳CO等。
對于復雜的多原子分子來說，如果組成原子相同（如S8、P4），那么原子間的化學鍵一定是非極性鍵,這樣的多原子分子肯定是非極性分子。但是如果組成原子不同（如二氧化碳CO2、甲烷CH4、一氯甲烷CHCl3等），那么這樣分子的極性不僅取決于化學鍵的極性（或電負性），而且還取決于分子的空間構型。例如在SO2 和CO2分子中，雖然都有極性鍵（SO2中有S=O鍵；CO2中有C=O鍵），但是，因為CO2分子具有直線型結構O=C=O，鍵的極性相互抵消，它的正負電荷中心在碳核是重合，故CO2是非極性分子；而SO2是V字形分子，鍵的極性不能抵消，分子的正電荷靠近S原子，負電荷中心則靠近2個O原子核聯線的中點，整個分子正負電荷中心不重合，因而SO2是一個極性分子。
 一般雙原子分子的極性與化學鍵的極性一致。例如，H2、N2、Cl2等由非極性鍵形成，共用電子對不偏向任何一個原子，分子兩端都不顯電性，因而是非極性分子（見圖1—4）。HF、HCl、CO 等由極性鍵形成，共用電子對有偏移，分子兩端顯示出不同的電性，因而是極性分子（見圖1—4）。  
 
圖1—4分子的極性
多原子分子的極性主要取決于分子的空間構型。若構型對稱，則是非極性分子；若分子的構型不對稱，則是極性分子。表1—3是一些物質分子的空間構型。
表 1—3  一些多原子分子的空間構型
空間構型    分子式    極性
對稱    直線形
平面正三角形
正四面體    CO2、CS2、BeCl2、C2H2
BF3、BCl3、SO3
CH4、SiH4、CCl4    非極性分子
不對稱    V字形
三角錐形
四面體形    H2O、SO2、H2S、NO2
NH3、PH3
CHCl3、CH3Cl    極性分子

1.2.3 分子的極化與極化率
由于極性分子的正、負電荷中心不重合，因此分子中始終存在著一個正極和一個負極，極性分子的這種固有的偶極叫做*偶極，通常用μ表示。但是一個分子極性大小或有無,除決定于分子的本性外，并不是固定不變的，還可受外界電場的影響而發生變化。非極性分子在外電場作用下可以變成具有一定偶極的極性分子，而極性分子在外電場作用下其偶極增大。這種在外電場影響下，由于同性相斥、異性相吸，可使分子正負電荷中心發生相對位移，即可使分子發生變形，產生的一種偶極稱為誘導偶極。其偶極距稱誘導偶極距，通常用△μ表示。這種分子在外界電場影響下發生變形而產生誘導偶極的過程叫做分子的極化，如圖1-5。
非極性分子             
極性分子              
圖1-5 分子在電場中的極化
誘導偶極的大小同外界電場強度成正比，當取消外電場時，誘導偶極隨即消失，分子越容易變形，它在外場影響下的誘導偶極越大。
第三節 分子間力與氫鍵
1.3.1 分子間力
離子鍵、金屬鍵和共價鍵，這三大類型化學鍵都是原子間比較強的作用力，鍵能約為100—800kJ?mol-1。除了這種原子間較強的作用之外，在分子間還存在著一種較弱的作用力，其結合能大約只有幾到幾十kJ?mol-1，比化學鍵能小一、二個數量級。早在1873年荷蘭物理學家范德華（J.D.Van。der waals）就指出了這種力的存在，因此通常又把分子間力稱為范德華力。分子間力是決定物質的沸點、熔點、氣化熱、熔化熱、溶解度等物理性質的主要因素。
范德華力一般包括三部分，取向力、誘導力和色散力。
1.色散力
當非極性分子相互靠近時，由于電子的不斷運動和原子核的不斷振動，要使每一瞬間正、負電荷中心都重合是不可能的，在某一瞬間，正、負電荷中心分離，產生瞬時偶極，這種由不斷形成的瞬時偶極之間產生的作用力稱為色散力。色散力的大小與分子的變形性有關，分子越大，分子量越高，變形性越大，極化率越大，色散力也越大。由量子力學導出色散力的理論公式與光色散公式相似，因此把這種力稱為色散力。圖1-6表示非極性分子間的相互作用。
 
圖1-6  非極性分子間的相互作用
色散力不僅存在于非極性分子之間，在所有分子之間也同樣存在色散力。
2.誘導力
極性分子與非極性分子（或極性分子）相互靠近時，除了色散力之外，非極性分子（或極性分子），由于受到極性分子偶極電場的影響，可以使其正負電荷中心分離產生誘導偶極；誘導偶極同極性分子之間的*偶極間的作用力就叫誘導力。誘導力的大小與極性分子的固有偶極和被誘導的分子的變形性有關。誘導的分子固有偶極越大，被誘導的分子極化率越大，誘導力也越大。
                         
（a）分子相距較遠        （b）分子靠近
     圖1-7極性分子與非極性分子之間誘導作用
3.取向力
極性分子之間除了存在色散力、誘導力之外，由于它們的固有偶極之間，同性相斥，異性相吸，使分子在空間運動按異性相鄰狀態取向，這種由于偶極的取向產生的分子間的吸引力稱為取向力。固有偶極越大，取向力越大，取向力使極性分子靠的更近。
 
分子相距較遠                 分子取向
圖1-8 極性分子之間的取向作用
總之，分子間的作用力包括色散力、誘導力和取向力。在非極性分子之間只存在色散力；在非極性分子與極性分子之間即有色散力又有誘導力；而在極性分子之間分子間色散力、誘導力、取向力三種作用全存在。一般情況下，色散力在分子間力作用力中所占比例zui大，除非像H2O這種極性非常大的分子，才以取向力為主。見表1-4。分子間吸引作用遠比化學鍵弱；分子間結合能只有化學鍵的鍵能的十分之一到百分之一。三種分子間力均與分子間距離的7次方成反比，因此，分子間距離增加，分子間力迅速下降，故分子間力作用的范圍很小，當分子間距離超過500pm時，分子間力便可忽略不計。因此，氣體分子間作用力?？珊雎浴ν愋头肿?，分子越大，分子量越大，分子間力也越大。
表1-4 一些物質的分子間力數據
 
1.3.2 氫鍵
當氣體凝聚成液體，或液體凝聚成固體時，都要受到分子間力的影響。分子間力越大，液體越不易汽化，固體越不易熔化，既沸點和熔點越高。分子間作用力除上述三種作用力外，在某些化合物的分子之間或分子內還存在著一種與分子間力大小接近的另一種力—-氫鍵。如以鹵化氫為例：
鹵化氫（HX）   HF       HCl        HBr       HI
沸點/ ℃      19.9      -85.0      -66.7    -35.4
熔點/ ℃     -83.57    -114.18    -86.81    -50.79
從上可見，HCl、HBr、HI的沸點隨分子量的增大而增高，這與色散力的一般遞變規律相符，但HF出現異常，其沸點特別高，這就是因為在HF分子之間除了上述三種分子間力外，還存在著氫鍵，若要使HF汽化或熔化需要更多能量來克服氫鍵的作用。
氫鍵是指氫原子與電負性很大且原子半徑很小的原子X（如F、O、N）形成共價鍵時，共用電子對的強烈偏向X原子，氫原子只有1個電子，這使H原子核幾乎裸露出來，這樣，這個氫原子還可以和另外一個電負性較大，半徑較小且含孤電子對的Y原子之間產生吸引作用，這種吸引作用就是氫鍵。氫鍵用“…”表示。例如上述氫鍵可表示為X—H…Y，X，Y可以相同，也可以不同。
很多物質能形成氫鍵，如HF、H2O、NH3、無機含氧酸、有機羧酸、醇、胺、蛋白質以及某些合成高分子。
氫鍵比化學鍵弱得多，但比分子間力強，其鍵能是指拆開1mol的H…Y（即由X—H…Y—R分解成X—H和Y—R）所需能量，約在10―40kJ?mol-1。
1.3.3 分子間力與氫鍵對物質的物理性質的影響
由共價鍵型分子的組成的物質的物理性質如熔點、沸點、溶解性等與分子的極性、分子間力以及氫鍵有關。
1.物質的熔點和沸點
共價鍵型分子以分子間力（有的還有氫鍵）結合成的物質，因分子間的作用力較小，所以這類物質的熔（沸）點較低。從圖1-9可見，同類型物質（如鹵素、直鏈烷烴、惰性氣體），其熔點一般隨分子相對質量增大而升高。這主要是由于同類型的分子變形程度一般隨分子相對質量的增加而增加，從而使分子間力隨分子量的增大而增大。
但不是同類型物質，則不符合這個規律，如四氯化碳（CCl4）的分子量為154，而正十一烷（C11H24）的分子量為156，二者非常接近，但CCl4的沸點是76.5℃而C11H24的沸點為195℃，二者相差很大。
另外一種情況是，含有氫鍵的物質的熔點、沸點比同類型無氫鍵存在的物質的要高。例如第四族的氫化物的熔、沸點隨分子量的增加而升高，但HF由于分子間存在氫鍵其熔點、沸點比同類型氫化物要高，呈現反?，F象見圖1-9。
 
       圖1-9 ⅣA―ⅦA族氫化物沸點變化趨勢
2.物質的溶解性
影響物質在溶劑中溶解程度的因素較復雜。一般說來，“相似者相溶”。即極性溶質易溶于極性溶劑，非極性溶質易溶于非極性（或弱極性）溶劑。溶質與溶劑的極性越相近，越易互溶。溶質與溶劑分子之間能形成氫鍵的二者互溶性好。
例如，碘易溶于苯或四氯化碳，而難溶于水。這是由于碘、苯和四氯化碳都是非極性分子，分子間有相似的作用力（色散力），而水為極性分子，分子間除范德華力外，還存在氫鍵。而丙酮、乙酸與水相溶，這是由于丙酮、乙酸是極性分子，而且，乙酸與水分子之間還可以形成氫鍵的原因。
通常用的溶劑一般有水和有機物兩類。水是極性較強的溶劑，它不僅能與某些極性有機物如丙酮、乙酸、乙醇等相溶，而且能溶解多數強電解質如HCl、NaOH、K2SO4等。這是由于強電解質（離子型化合物或極性分子化合物）與極性分子H2O相互作用形成正、負水合離子。但強電解質卻難為非極性分子的有機溶劑所溶解?；蛘哒f非極性分子難以克服這些電解質本身微粒之間作用力，而使它們分散或溶解。
有機溶劑主要有兩類，一類是非極性或弱極性溶劑，如苯、甲苯、汽油以及四氯化碳、三氯甲烷和其它鹵代烴等。它們一般難溶或微溶于水，但都能溶解非極性或弱極性的有機物如機油、潤滑油。因此工業上常用這類溶劑清洗金屬部件表面的油污。另一類是極性較強的有機溶劑如乙醇、丙酮以及分子量低的羧酸等。這類溶劑中，即包含有羥基（—OH），羰基（ ）、羧基（ ）這類極性較強的基團，并且還含有烷基基團，前者能與極性化合物如水相溶，而后者則能溶解于弱極性或非極性的有機物。如肥皂這類物質，分子中一端含有極性較強的羧基（ ），另一端則是碳鏈較長的烷基（如含17個碳原子的烷基），前者與水分子有較強的作用力，所以易溶于水，而后者與油類分子有較強的作用力。因此肥皂在水中可以達到去除織物上的油污作用的目的。包括肥皂在內，分子中由親水部分和憎水部分組成，從而發生潤濕、乳化、分散、起泡作用的一類物質，稱為表面活性劑，在工業和科研中應用較廣。
第四節 高分子化合物概論
1.4.1  高聚物的基本概念
高分子材料是由高分子化合物組成的一類新型材料,由于它的性能優良,原料豐富,加工成型簡便,價格低廉,是一類用途非常廣泛,發展迅速的材料。高分子材料發展促進電子、信息、通訊、生物、新能源,包括空間技術等一系列新興工業的興起與發展，它與電纜的發展更是息息相關。電纜上的絕緣與護套材料大量使用的是高分子材料,而且高分子材料的每一次改進,也使電纜工業生產發展產生了巨大變化。
一、高分子化合物
高分子化合物簡稱高分子,又稱高聚物或聚合物,但通常高聚物不包含有酵素與蛋白質。高分子化合物是由zui小的、可重復的結構單元通過共價鍵連接形成的,以長分子鏈為基礎的高相對分子質量化合物。常用的高分子化合物,它的分子量很高,通常為104—106。構成原子個數多達103—105,但它的大分子長鏈往往又許多重復的、簡單的、結構單元通過共價鍵連接而成。例如聚氯乙烯:
 
   上式中,A、B代表大分子兩端的原子或原子團,稱為端基,兩者可能相同也可能不同,一般是聚合反應時,引發劑的一部分或端基封鎖劑的一部分基團或原子.顯然端基只占分子中的極少一部分,對分子性能影響小,因此無論是寫結構式或是計算分子量都可以忽略不計；符號“～”代表碳骨架；其中 是重復單元.從上可見聚氯乙烯的重復單元連接成的線形大分子,類似一條鏈子,而稱為分子鏈.其中，重復單元也稱為鏈節.為了方便起見,上式可縮寫成下式:
 
    式的兩端“—”為連接已省略端基的共價鍵,式中的圓括號或方括號表示重復連接的意思,n代表重復單元數又稱鏈節數,從上式可容易看出,聚合物的相對分子質量（簡稱分子量）M是重復單元的分子量M。的n倍：
 
又如：聚乙烯 記作 
合成聚合物的原料稱為單體,通過聚合反應,單體轉變為大分子的結構單元。如聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而成，它的結構單元與單體組成相同,只是電子結構有所改變。
 
 
 
 
        （氯丁二烯 → 聚氯丁二烯或氯丁橡膠）
 
（己二酸 + 己二胺 → 聚己二酰己二胺或尼龍-66或聚酰胺-66）
 
 
（丁二烯 + 苯乙烯 → 丁二烯-苯乙烯共聚物或丁苯橡膠）
聚合物分子中所含的結構單體數目稱為該聚合物的聚合度,它是衡量高分子大小的一個指標,常以DP表示或 表示,對聚氯乙烯一類聚合物來說,聚合度等于鏈節數或重復單元數,即 。而對尼龍-66一類聚合物聚合度等于鏈節數或重復單元數的二倍，即 
對于由兩種以上單體,通過共聚合反應而生成的大部分共聚高聚物結構單元的排列往往是無規則的,對這類共聚物,人們很難指出它的重復單元,如丁二烯-苯乙烯共聚物共聚物的結構式 只能代表該共聚物的大致結構。
另外,對于聚乙烯和聚四氟乙烯,習慣上把 和 看作鏈節或重復單元,而不是以-CH2-和-CF2-做為它們的重復單元或鏈節。
二、高聚物的特性
    嚴格來講聚合物包括高聚物和低聚物。若聚合物的一系列物理性能不再隨分子鏈重復單元數的增減而變化時就稱為高聚物,反之稱為低聚物,有時對一些分子量特大聚合物又稱為超高分子量聚合物。在這里我們主要討論高聚物的基本特性。
     1.高聚物的分子量大
高聚物與低分子化合物的一個重要不同之處是分子量大（103～106），分子鏈長。一般而言，低分子化合物的分子量都小于103，分子量大、分子鏈長是高聚物zui根本的特點，高聚物具有的許多特性都是由分子量大這一基本特性決定的。如高聚物不能汽化，沒有氣態；有較高的力學性質，可抽成絲，制成薄膜，具有相當大的可逆形變（高彈性）等等。這些都是由于高聚物的分子量比普通化合物的分子量高出幾個數量級（103～106），量變引起質變，使高聚物具有*的、不同于低分子化合物的特性。   
2.分子量多分散性
低分子化合物一般都有確定的分子量，例如，水的相對分子量18。但在合成高聚物的反應過程中,由于各種因素的影響,很難使各高分子鏈增長到同一長度,即使分子量相同。所以高聚物大多是分子量不等的同系物的混合物。這種分子量大小不一的特性，稱為高聚物分子量的多分散性。例如平均分子量為10萬的聚氯乙烯，可能由分子量為2萬到20萬大小不同聚氯乙烯高分子鏈混合組成。因此所說高聚物的分子量是一平均值 。
用不同的平均方法所得的平均分子量不一樣。實驗中用不同的物理和化學方法測得分子量也不相同。表示聚合物的平均分子量有以下幾種：
表1-5 一些物質分子量
一般低分子有機化合物    塑 料    橡 膠
物質名稱    分子量    物質名稱    分子量（萬）    物質名稱    分子量（萬）
甘油    92.05    聚苯乙烯    10-30    氯丁橡膠    2-95
乙醇    64.05    聚乙烯    6-35    天然橡膠    10-180
氯乙烯    62.5    聚氯乙烯    5-15    丁苯橡膠    10-150
葡萄糖    198.04    聚丙烯    >8    乙丙橡膠    >25
蔗糖    342.12    聚酰胺    3-7    硅橡膠    40
四十烷    562    聚四氟乙烯    15-50        
    （1）數均分子量  ，通常由滲透壓法，端基滴定法，冰點降低法，或沸點升高法來測定，其定義為某高聚物試品的總質量m為其分子總數所平均。它是以分子數作為平均分子量的統計基礎。
 
Ni—分子量為Mi的分子個數，xi-代表分子量為Mi的分子分率。顯然，低分子量對于數均分子量貢獻大。
    （2）質均分子量 ，通常用光散射法測定。它以分子的總質量作為平均分子量統計的基礎，其定義如下：
 
Wi-代表分子量為Mi的質量分率。顯然，高分子量部分對質均分子量的貢獻大。
    此外還有粘均分子量 和Z均分子量 。 
若高聚物分子的分子量*一致（假設），則 ，若高聚物由大小不同的高分子組成，則  。
    高聚物有分子量多分散性，有兩個原因，一是由于高聚物形成過程比較復雜，影響因素多，鏈的引發、增長、終止、降解等有多種可能，故同一體系中合成出來的高聚物，其分子量不可能是單一值，只有統計平均的意義，二是由于分離提純同系物的混合物存在實際困難，而且意義不大。
    高聚物分子量多分散性的大小，即分子量分布也是影響高聚物性能的一個重要因素，對于平均分子量相同的高聚物，其分子量分布窄，即分子量大小較一致時，高聚物的強度較高，分子量分布寬，即分子量大小不一致時，高聚物的成型工藝性能較好。分子量分布（分子量多分散性）有兩種表示方法：
    （1）以 的比值定義為分布指數，來表征分子量分布的情況或分散性。對于分子量*一致的高聚物， ，即比值等于1。比值越接近于1，表示分布越窄，比值越大，表明分布越寬。通常高聚物分布指數在1.5～2.0至20～50之間。
    （2）分子量分布曲線
如在圖1-10典型質量分率分布曲線中：
 
圖1-10 兩種聚合物的分子量分布曲線
曲線A的分子量分散性小，即分子量分布窄；曲線B的分子量分散性大，即分子量分布寬。
3. 高聚物結構的多分散性
高聚物不僅分子長短不一，分子量大小不同，結構也不是均一的，例如聚氯乙烯，單體在分子中的連接方式也不盡相同，有頭-頭結構： ，頭-尾結構: ，及尾-尾結構： ，此外在聚氯乙烯長鏈中還可能存在 的雙鍵結構。
    又如聚乙烯，分子鏈結構也不同，有線型、支鏈型與交聯型。高密度聚乙烯（HDPE）是含有少量羰基、甲基、乙基（1000個C原子中約含2個甲基1個乙基）的線型聚合物。
 低密度聚乙烯（LDPE）它的分子兩側則有相當數量的長支鏈和短支鏈：
 
交聯聚乙烯（XLPE）是網狀或體型結構的分子：
 
上述分子也可以表示成

 
    此外，高分子的端基也可能不同，還有取代基在空間位置不同，引起的空間異構等等。高聚物這種在結構上的不均一的特性，稱為結構的多分散性。
1.4.2 高聚物的命名與分類
一、高聚物的命名
盡管在1972年，純粹與應用化學聯合會（IUPAC）對線形高聚物提出了結構系統命名法，但由于比較繁瑣，一直沒有推廣使用，但在學術性比較強的論文里，鼓勵盡量使用系統命名,在這里不作介紹。經常普遍采用的是習慣命名法,習慣命名法大多是根據單體或聚合物的結構特征來命名的。
1.在單體前加“聚”字。以單體或假定單體為基礎，前名冠以“聚”字， 就成為高聚物的名稱。大多數烯類單體形成高聚物以這種方式命名。
2.當形成的高聚物是橡膠時，在單體后面加“橡膠”二字；當形成的高聚物是塑料時加“樹脂”二字，當兩種單體形成結構復雜縮聚產物時，也常在單體后面加樹脂二字。
3.按高聚物化學結構命名。例如：己二酸與己二胺合成的高聚物稱為聚己二酰己二胺，其特征基團為 ，這一類高聚物簡稱聚酰胺。又如對苯二甲酸與己二醇合成的高聚物稱聚對苯二甲酸己二（醇）酯，這類高聚物結構特征為 ，簡稱聚酯。
4.習慣命名與商品名稱
習慣名稱和商品名稱因為簡單而易被采用。如聚己二酰癸二胺似嫌冗長，商業上往往稱作尼龍-610，尼龍后的*部分數字代表二元胺的碳原子數，第二部分代表二元酸的碳原子數，如尼龍－66是己二胺與己二酸的聚合物。尼龍后只附一個數字則代表是氨基酸式內酰胺的聚合物，數字也代表碳原子數，如尼龍－6是己內酰胺聚合物。中國習慣用“綸”字作為合成纖維的后綴字，如滌綸（聚對苯二甲酸己二酯），錦綸（尼龍－6），腈綸（聚丙烯腈），氯綸（聚氯乙烯），丙綸（聚丙烯），維尼綸（聚乙烯醇縮醛）。
表1-6  常見聚合物
        單體            聚合物    代號
乙烯    
 
聚乙烯   
 
PE
四氟乙烯
    聚四氟乙烯   塑料王
 
F-4  PTFE
TFE
丙烯    聚丙烯
 
丙綸  PP
氯乙烯
 
聚氯乙烯
 
氯倫  PVC
甲基丙烯酸甲酯
 
聚甲基丙烯酸甲酯
 
有機玻璃   PMMA
異戊二烯
 
聚異戊二烯   異戊橡膠
 
IR
二、高聚物的分類
    高聚物的種類很多，而且新的種類不斷涌現，為了研究方便，需要加以分類。根據研究重點不同，分類方法也不同?？梢詮膯误w來源，合成方法，用途，成型熱行為，結構，用途等不同角度來分類，現將高聚物分類說明如下：
1.按用途分類
可分為塑料、橡膠、纖維、除此之外，還有涂料、膠粘劑等。
橡膠：丁苯橡膠，乙丙橡膠，硅橡膠
塑料：聚乙烯 ，尼龍，酚醛塑料
纖維：天然纖維：纖維素，蠶絲
化學纖維：人造纖維，如人造棉
 合成纖維，如滌綸
塑料是可塑成型的剛性材料，橡膠是具有可逆性的高彈性材料。纖維則是纖細而柔軟的絲狀物。它們之間并無嚴格的界限，如聚氯乙烯樹脂添加不同助劑或在不同溫度下使用，即可以成為塑料，也可以是纖維，甚至可以是橡膠或膠粘劑。
2.按聚合物主鏈結構分類
分為碳鏈高聚物，雜鏈高聚物，元素有機高聚物。
①碳鏈高聚物  大分子主鏈*由碳原子組成，絕大部分單烯類和二烯類聚合物屬于這一類，如聚乙烯，聚氯乙烯，聚異戊二烯、丁苯橡膠，乙丙橡膠。
②雜鏈高聚物   大分子主鏈中除了碳原子之外，還有氧，氮，硫等雜原子，如聚醚，聚酯，聚酰胺，聚氨酯等，這類大分子鏈都有特征官能團。如聚酰胺特征官能團為 。
③ 元素有機聚合物   大分子主鏈中沒有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、磷等組成，但側基多半是有機基團如甲基，乙基，苯基等，如聚硅氧烷 聚鈦氧烷 。元素有機聚合物兼具有無機物和高聚物的特性。 

第二章  塑 料
相比其它材料，塑料比重小，重量輕，機械強度較高，電絕緣性好，此外它化學穩定性好，耐酸、耐堿、耐油，而且易于加工成型，材料來源廣，得到了廣泛的應用。
作為電線電纜材料用的高聚物在成型加工前大多是線性聚合物，它具有三種物理狀況——玻璃態、高彈態和粘流態。對同一種高聚物來說，這三種狀態在不同的溫度下出現。對不同種高聚物來說，在常溫下呈玻璃態的稱之為塑料，呈高彈態的稱之為橡膠，呈粘流態的稱之為涂料或漆。
塑料用于電線電纜工業的主要優點：
1.大大簡化并改進電線電纜的結構；
2.簡化電線電纜的加工工藝，節約設備投入，節約人力工時；
3.能改進電線電纜的性能。氟塑料耐高溫；
4.易于垂直敷設并大大簡化接頭技術。
*節 塑料的基本概念
2.1.1  塑料和樹脂
    塑料是以樹脂為主要成分，一般含有添加劑、在加工過程中能流動成型的材料。而樹脂則是由單體合成的或將某些天然高分子（如纖維素）經化學改性所得到的高聚物（也稱為聚合物）。塑料的組成中除了有被稱為合成樹脂的聚合物外，還含有某些具有特定作用的添加劑（在少數情況下，可以不加添加劑）。添加劑（或稱助劑、配合劑）可以根據需要與否可適當選用，主要有穩定劑、增塑劑、防老劑、填料（包括增強材料）、潤滑劑、色料等。合成樹脂（或聚合物）是塑料的zui基本也是zui重要的組分，它決定著塑料的基本性質。如由聚氯乙烯樹脂制成的塑料稱為聚氯乙烯塑料。
2.1.2 塑料的分類
    塑料的種類繁多，在工業生產中的主要就有幾十種。塑料的常見分類方法有以下幾種。
1.按加熱時的行為分類
按加熱時塑料的表現行為可將塑料分為“熱塑性塑料”和“熱固性塑料”兩大類：
（1）熱塑性塑料  熱塑性塑料在加熱時會變軟，達到一定溫度以上成為具有一定流動性的粘稠物質。此時具有良好的可塑性，可塑制成一定形狀的制品，冷卻后硬化定型：若在加熱，它又軟化并熔融，可再塑制成別的形狀，冷卻后定型。這種變化可反復多次進行。具有這種行為（常稱為“熱塑性”）的塑料，就稱為“熱塑性塑料”。聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC），聚苯乙烯（PS），聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚酰胺（PA）以及聚碳酸酯等都是熱塑性塑料。
（2）熱固性塑料  熱固性塑料在加工初期具有一定的可塑性，可制成一定形狀的制件，，但繼續加熱或加入固化劑后則隨化學反應的進行而變硬（固化），使形狀固定下來而不再具有可塑性（定型）。加熱不再熔融，溫度過高就會發生分解。具有這種性質的（常稱“熱固性”）塑料，就稱為“熱固性”。交聯聚乙烯、硫化橡膠、酚醛塑料等都是熱固性塑料。
2.按用途分類
根據塑料的主要應用領域，塑料還可以劃分為通用塑料和工程塑料兩大類。但這種劃分并不嚴格。
（1） 通用塑料  通用塑料是指目前產量較大，用途較廣，成本較低，性能多樣的一類常用塑料。如聚氯乙烯PVC,聚乙烯PE,聚丙烯PP, 聚苯乙烯PS,ABS塑料（ABS有時也被劃入工程塑料范疇）。
   （2）工程塑料  工程塑料是指性能優良，能作為工程材料或結構材料的一類塑料。如聚酰胺PA.聚碳酸酯.聚砜等都是具有優良的力學性能或耐熱，耐腐，耐磨等特許的塑料。工程塑料常用作齒輪，軸承等機械零部件以及代替金屬材料使用，用于需要承載或使用環境溫度較高的場合。
  電線電纜應用品種有：
主要：聚乙烯、聚氯乙烯
其它：聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯共聚物、氟塑料、聚酯、聚酰胺、氯化聚醚、環氧樹脂。
2.1.3  塑料助劑
為了滿足加工，貯存和使用的要求，合成樹脂內一般都要添加各種配合劑。以聚氯乙烯為例，為了抑制氯乙烯受熱后分解和變色，需加入穩定劑，為改善樹脂的柔軟性和耐寒性，需添加增塑劑，由于聚乙烯和聚丙烯易于氧化，需加入抗氧劑。塑料的配合劑按其作用不同大致有一下幾種：
一、防老劑
它包括抗氧劑、穩定劑、紫外線吸收劑、及光屏蔽劑等統稱防老化劑。這幾種材料在塑料中的作用各不相同而又相互有，同一種材料也可起到幾種作用。
常有的抗氧劑有：
（1）酚類抗氧劑 如雙酚A；防老化劑1010；防老化劑330；
（2）胺類抗氧劑 如防老化劑4010； 防老化劑DNP；
（3）亞磷酸酯類抗氧劑 如防老化劑TNP，
一般來說，胺類抗氧劑抗氧能力很強，但污染性較大，一般也不宜采用。因此采用酚類抗氧劑較適宜。另外，抗氧劑并用，并要配合得當，才能有較好的協同效應。
常有的穩定劑有：
（1）鉛系穩定劑如：三鹽基性硫酸鉛、二鹽基性亞磷酸鉛；
（2）金屬皂類穩定劑如：硬脂酸鉛、硬脂酸鋅。
常有的紫外線吸收劑有：如紫外線吸收劑UV—9；紫外線吸收劑BAD。
常有的光屏蔽劑有：炭黑、鈦 白 粉。
二、增塑劑
在一定的使用條件或加工條件下，增加高聚物的可塑性的作用叫做增塑作用。廣義的增塑劑又分為物理增塑劑（又叫軟化劑）和化學增塑劑兩大類，后者主要用于橡膠工業上。增塑劑的種類很多，分類方法各不相同，通常是按增塑劑的化學結構來分類的。目前，常有的增塑劑可分為以下幾類：
（1）       鄰苯二甲酸酯類如鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）
（2）       脂肪族二元酸酯類
（3）      磷酸酯類如磷酸*苯酯
       其它如環氧化合物、高分子量增塑劑等。
三、交聯劑
塑料的交聯與橡膠的硫化作用過程相似，塑料的交聯分為物理交聯法和化學交聯法，物理方法交聯有高能輻射交聯、紫外線交聯等；化學法交聯有有機過氧化物交聯、硅氧烷接枝交聯等。其中，有機過氧化物、硅氧烷就稱交聯劑。
四、發泡劑
在制造泡沫聚乙烯時，除需加入普通的抗氧劑和紫外線吸收劑，還要加入一定數量的發泡劑。對于發泡劑的要求是，能在受熱后分解成氣體，同時，留在聚乙烯內的分解殘留物應盡可能的少，這種殘留物必須是非極性物質，以免影響聚乙烯的電絕緣性能。常用的發泡劑有偶氮二 異 丁 腈（又稱N型發泡劑）和偶氮二甲酰胺（又稱AC型發泡劑）。
第二節 高聚物的電性能
    高聚物容易成型，力學性能、電性能和耐熱性能均很好，因此，高聚物已成為制造電線電纜極為重要的絕緣材料和護套材料。
    電線電纜因其用途不同、敷設條件不同，對制造電線電纜所用的高聚物的要求也不同。
    概括起來，作為電線電纜絕緣和護套材料用的高聚物應具有下列基本性能：
  （1）電絕緣性能
  （2）物理、力學性能
  （3）化學性能
（4）工藝性能
  （5）特殊性能
    前四種性能是共性要求，后一種性能是針對在某些特殊環境條件下使用時而提出的特殊要求。
    電線電纜在制造和使用過程中，承受著工藝因素和使用環境因素如電、熱、機械應力、光、射線、水、氧化、化學物質和微生物等的影響，因此還要研究在上述各種因素影響下，高聚物材料性能的變化規律。
    這里，將著重研究高聚物的電絕緣性能、力學性能、耐熱性、耐燃性、耐油性、化學性能、耐濕性、耐老化性和工藝性能。
電絕緣性能是電線電纜用高聚物的zui重要、zui基本的性能。所謂電絕緣性能就是在高電場作用下，由高分子運動所表現出來的介電現象和電導現象。本節所要研究的就是與這些現象相對應的參數。

2.2.1  絕緣電阻和絕緣電阻系數 中國.綠寶電纜（集團）有限公司
1.絕緣電阻   
*，絕緣材料是電的隔絕體。理想的絕緣材料應當是不導電的。而實際上不導電的材料是不存在的。通過試驗可知，對任何絕緣材料，只要在它的兩端加上直流電壓，就會有三種電流通過，即瞬時充電電流Id（給絕緣材料形成的電容充電的電流）、吸收電流Ia（絕緣材料發生極化產生的吸收電流）及絕緣材料導電產生的泄漏電流Ib。這三部分電流疊加在一起形成總的電流I，電流I隨時間逐漸下降，zui后趨向一個穩定值Ig。如圖2-1所示。 圖2－1 流經高聚物的電流
    所謂絕緣電阻就是在絕緣材料上所加的直流電壓與泄漏電流的比值。它表示絕緣材料對電的絕緣能力或漏電的程度。
電線電纜用絕緣材料的絕緣電阻一般都很高，往往以兆歐作為測量單位；因此既使在很高電壓作用下，通過材料的
漏電流值也是很微小的。實踐表明，在一定得電壓范圍內，通過絕緣材料內的泄漏電流符合歐姆定律。絕緣電阻為：
            
式中    U----直流電壓；
        Ib-----泄漏電流；
        Rv-----體積絕緣電阻。
      當電壓的單位用伏（v），電流的單位用微安（mA），絕緣電阻的單位則用兆歐（M?）表示。
2.絕緣電阻系數  
為了比較不同絕緣材料的性能，引入絕緣電阻系數。即材料在單位面積，單位厚度時的絕緣電阻作為衡量材料電絕緣性能的指標。當絕緣材料的面積為S（m2），厚度為d（m）時，則材料的絕緣電阻 
   （Ω）
其絕緣電阻系數為：
   （Ω?m）
絕緣電阻系數 是標志絕緣材料電性能好壞的一個重要參數， 越大說明絕緣性能越好。
3.絕緣電阻與下列因素有關：  
（1）絕緣電阻和溫度的關系    溫度對絕緣電阻影響很大。當溫度升高時絕緣電阻顯著下降，如圖2-2。

（2）絕緣電阻與電場強度的關系  當電場強度較低時，絕緣電阻與電場強度幾乎無關；當電場強度較高時，絕緣電阻就很快下降。
（3）絕緣電阻和濕度的關系  絕緣材料受潮后由于水分的滲入，使絕緣材料內部增加了導電的離子，因此，絕緣電阻隨含水量的增加而明顯下降。
4.電纜對絕緣電阻系數的要求
（1）電纜在使用中要求絕緣層的絕緣電阻愈高愈好。但絕緣材料本身的電阻值不可能是無限大。因而要按使用場合不同而限制絕緣材料的電阻系數不低于所要求的數值。如果絕緣電阻小，則泄漏電流大，由于過分發熱會造成絕緣的損壞，以致漏電。
（2）提高電氣絕緣的表面電阻是很重要的。當表面有污物或水分時，由于其分布不均勻，可能使部分表面承受較高的電壓，而導致表面放電或表面爬電，造成嚴重事故。
（3）如果電纜的導線芯表面不光滑，電場分布就會不均勻，突出部分就會不均勻，突出部分的電場強度較高，容易引起絕緣內部的局部放電。因此，可以在導電線芯表面覆蓋半導電層，使電場均勻，降低突出部分的電場強度。
2.2.2  介電常數
    介電常數是表征高聚物極化程度的宏觀物理量。通常用ε表示。
設以充滿電介質的電容器的電容為C，其介電常數為ε， 以真空狀態電容器的電容為Co，其真空介電常數為ε0 。電介質介電常數ε與真空介電常數ε0之比為相對介電常數，用 表示：
 
    從上式可知，高聚物極化程度越大，則極板上感應產生的電荷就越多，電容C就越大，相對介電常數 也越大。相對介電常數 大于1。不同的使用場合對介電常數有不同的要求，用于電容器的電介質（絕緣材料）就希望 大，以減小電容器的體積。但在電纜絕緣層中希望絕緣材料 要小，這樣可以防止電纜工作時發生過大的充電電流以及絕緣層溫升過高。
2.2.3  介質損耗和介質損耗角正切
    1.介質損耗  絕緣材料在電場力的作用下，有一部分電能要轉變為熱能，這種消耗電能的現象稱為介質損耗，也就是在交流電壓作用下，消耗在絕緣材料中的有功功率。
    2.介質損耗的原因
  （1）電介質內含有自由離子，在電場作用下，產生泄漏電流所引起的損耗。
  （2）電介質內偶極子在極化過程中吸收一部分電能轉變為熱能而導致的損耗。
  （3）電介質內含有導電雜質所造成的損耗，以及在高壓作用下，電介質內所含有的氣體游離而產生的損耗。
    3.介質損耗角正切   工程上用介質損耗角正切值tgδ為指標來考核絕緣材料的這一特性。
    對于通信電纜中，因為是在高頻下工作，如果tgδ大，則信號衰減很快，因此，要求tgδ小。
    在高壓電力電纜中，介質損耗和電壓的平方成正比，所以tgδ值越小則損耗越小，介質損耗角正切值在高壓電力電纜中是標志電纜絕緣性能的重要參數。
2.2.4  擊穿強度
    絕緣材料只能在一定的電場強度下，才具有電絕緣性能，如果絕緣材料所承受的電壓超過某一臨界值時，就會導致絕緣材料的破壞，出現擊穿、燒焦、熔化等現象，使絕緣材料喪失了絕緣能力。這種現象稱之為絕緣材料的擊穿。導致絕緣材料發生擊穿的zui低電壓叫擊穿電壓。絕緣材料單位厚度上所承受的擊穿電壓叫做介電強度。因此，介電強度（或稱電氣強度、耐電強度）可理解為絕緣材料耐受電壓作用而維持絕緣材料性能的能力。介電強度用Eb表示。
 
式中    Ub——擊穿電壓（MV）；
    d ——試樣擊穿處的厚度（m）。
    介電強度是絕緣材料重要的電性能指標，是材料使用極限。
第三節 高聚物的力學性能
     電線電纜在加工制造、安裝、使用過程中，受到各種機械力的作用 ，這就要求絕緣和護套材料具有一定的力學性能。力學性能包括抗拉強度、 抗撕裂強度 、耐磨性等。
2.3.1抗拉強度
在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所受的zui大拉伸力與試樣斷裂處的原始截面積之比稱為抗拉強度。單位是MN/m2。它是反映材料在外界拉伸力作用下抵抗外力的能力。
 
式中： ——抗拉強度（MN/m2）
 ——zui大拉伸力（MN）
 ——原始截面積（m2）
2.3.2  斷裂伸長率及*變形
斷裂伸長率是表示材料拉伸變形能力的參數.它的數值是試樣在拉斷時長度的增長值和原始長度值的比，用百分數表示，其公式為：
 
式中   L1——拉斷時試樣的長度；
       LO——試樣的原始長度；
       ε1——斷裂伸長率（或稱相對伸長率）；
        ——拉斷時長度的增長值。
  *變形是橡皮或塑料拉斷后靜放一段時間后的伸長率，也用百分數表示，其公式為：
 
式中： ——*變形（%）；
       ——試樣拉斷后靜放一段時間（3min）的長度；
        ——試樣的原始工作長度。
橡皮材料的抗拉強度大，斷裂伸長率也大。在溫度升高、 老化、吸潮等影響下 ，其斷裂伸長率將會下降，抗拉強度將增大或減小。橡皮的伸長率很大，而塑料的伸長率通常較小。
*變形表明材料的彈性大小，它和硫化即交聯程度有關，硫化越好，*變形就越小。
2.3.3  撕裂強度  
電纜在經常移動的場合使用時，如礦用軟電纜，在拖拽中經常受到剪切方向機械力的作用，這就要求電纜的護套層應該具有一定的抗撕裂性。
撕裂強度是將具有一定形狀的試樣，在拉力機上以一定速度拉伸直到拉斷時，所需的拉斷力和切口部位厚度之比。其公式為：
 
式中   h——試樣撕裂部位的厚度；
       P——試樣撕裂時的負荷；
        ——撕裂強度（N/mm）。
  試驗證明，橡皮的抗撕裂性能和補強劑及填料有關，活性炭黑對提高硫化膠的抗斯烈性起積極作用，填料也能提高抗撕裂性能。提高橡皮的含膠量是提高抗撕裂性能zui有效的措施。一般含膠量提高到60%時，抗撕裂性能將有明顯的提高。
2.3.5  耐磨性
耐磨性是材料地抵制磨損的能力。對移動式的橡皮絕緣電纜，如經常在煤層、礦石及多沙土地表面往返拖動和扭曲的電纜，必須有一定的耐磨性。
第四節 環境適應性
2.4.1  耐濕性
  絕緣材料在相對濕度很高或浸水的情況下，仍能保持使用性能的能力稱耐濕性。
  耐濕性包括吸水性和吸濕性兩方面。
  吸水性是指材料放入水中，浸濕達到平衡時的含水程度。在實踐中一般采用稱量法確定吸水性。若用公式表示：
 
式中   Ha——材料吸水達到平衡時的含水量（吸水率）；
       Wa——吸水后材料的質量；
       W0——吸水前材料的質量。
  吸濕性是指材料在相對溫度為100%，溫度為20℃的環境中平衡時的濕度，若用公式表示：
 
式中   Hb——材料吸水達到平衡時的含水量（吸水率）；
       Wb——吸水后材料的質量；
       W0——吸水前材料的質量。
     此外，也有用單位面積吸水量表示耐濕性。
2.4.2  耐油性
  絕緣和護套材料在和各種油類接觸時，抵抗油類對這些高分子絕緣和護套材料的溶解或溶脹的能力稱耐油性。
  耐油性對于使用中接觸油類的電纜特別重要。
  高分子材料在油或溶劑中的溶脹和溶解過程可以看作是兩種液體的簡單混合過程，但時間較長。由于熱運動的原因，在溶劑分子和高聚物分子之間的力的作用下，使高聚物分子受到溶脹和部分溶解，從而降低了高聚物的性能。
  電纜生產中用浸油后力學性能的變化來確定耐油性的大小。即在規定的油中，在一定的溫度下，高分子絕緣和護套材料浸入一定的時間后，測出其浸油前后的抗拉強度和斷裂伸長率的變化率。
  浸油前后抗張強度變化率（稱耐油系數 ）：
 
式中： ---浸油前后抗張強度變化率；
 ---    浸油后抗張強度；
 ---浸油前抗張強度。
浸油前后斷裂伸長率變化率（稱耐油系數 ）：
 
式中： ---浸油前后斷裂伸長率變化率；
 ---    浸油后斷裂伸長率；
 ---浸油前斷裂伸長率。
2.4.3  耐熱性
  耐熱性是指高分子材料，在短期或長期承受高溫，或在溫度劇變時，仍能保持良好的力學性能和電絕緣性能的能力。
  電線電纜用橡皮和塑料的耐熱性，包括兩種含義，即在各種溫度作用下的耐熱變形能力和高溫下的熱氧化能力。
  電線電纜和各種電氣設備，在加工和運行中，電介質總是處在一定溫度下工作。例如導體或磁性材料的發熱要傳到電介質中，電介質本身因介質損耗也會發熱。用于航空火箭等飛行器上的塑料安裝線，一般在350℃下工作，有的甚至要耐受500℃的高溫。當飛行器進入同溫層時，氣溫驟然降到-70℃左右，在溫度的沖擊下，材料內外層之間形成溫差和不均勻的熱膨脹，可能造成裂紋。電器產品由于短時過載，電流使材料的溫度短時升高而導致材料軟化變形、分解等。橡皮和塑料電線電纜在加工也要受到熱的作用。因此高分子材料必須具有一定的耐熱性。提高電介質的工作溫度，對于電工產品提高容量，縮小體積，減輕重量，延長壽命和降低成本等都具有非常重要的意義。
  工業上常用高聚物承受一定的應力后，達到一定的變形時所對應溫度作為熱變形的指標，如馬丁耐熱溫度、維卡軟化點、熱變形等。如塑料維卡軟化點指熱塑性塑料在液體傳熱介質中，在規定的負荷和等速升溫的條件下,試樣被1mm2壓針頭壓入1mm深時的溫度。
2.4.4  耐寒性 
  耐寒性是指高分子材料在低溫下仍能保持電線電纜較好的物理力學性能，以滿足使用要求的能力。
  當材料冷至低溫時，其變形能力逐步消失，變為硬脆，溫度降到一定程度，材料即使受到很小的變形也會斷裂，這個溫度稱為脆化溫度。不同材料有不同的脆化溫度。脆化溫度可以作為材料耐寒性的指標。
  材料冷卻至低溫時，因分子被凍結而產生較大的收縮，使內部變形，不產生松弛，伸長率降低。當電纜彎曲時，變形增大，而導致機械開裂，給絕緣造成大的缺陷。特別是有機絕緣材料比金屬材料的收縮來的大，因此它與電纜中的導體相配合是很重要的。
第五節 化學性能
2.5.1  耐燃性
  材料抵抗明火燃燒的能力稱為耐燃性。在實際上不燃燒的材料是極少的，電線電纜用高聚物的耐燃性，要求其* 不燃燒是不容易的。高聚物材料在火焰下燃燒后能釋放出滅火的氣體，當離開火焰時它能自行熄滅的能力稱為耐燃性。對于船舶、飛機、礦井及軍事上用的電線電纜的絕緣和護層材料，具有一定的不延燃性是非常重要的。
  材料的耐燃性取決于其分子組成，一般說來，在分子中存在氧和氫原子時將增加可燃性，而當存在鹵族原子如氯、溴時將減少其可燃性。材料耐燃性可以用氧指數OI（在氮氣和氧氣（N2+O2）的混合氣體中，維持蠟燭狀試樣穩定燃燒所需的zui低氧含量）表示，氧指數越高，材料越不易燃燒。通常將氧指數小于22材料稱為易燃物。
  電線電纜用聚合物材料，按其耐燃性的程度，可分為五類：
（1）難燃的：如聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯塑料等；
（2）不延燃的：如氯丁橡膠、氟橡膠、聚氯乙烯和氯磺化聚乙烯等。
（3）中等的：如尼龍和滌綸等。
（4）可燃的：聚合物材料經燃燒后剩下無機灰分而仍能保持一定絕緣能力。如硅橡膠。
（5）易燃的：如聚乙烯、聚苯乙烯、天然橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠等。
為了提高耐燃性能，可以在聚合物中加入阻燃劑，惰性填充劑和耐燃的增塑劑。
  常用的阻燃劑有氧化銻，硼酸鋅，氯化石蠟等。
2.5.2  耐輻射性
    耐輻射性是指電線電纜在核輻射作用下，保持使用性能的能力。
    輻射線主要是γ射線，中子射線，它將引起絕緣材料的電阻系數顯著下降。
2.5.3  耐臭氧性
    耐臭氧性是指高分子材料在有臭氧的場合下保持使用性能的能力。在高電壓強度作用下，由于表面電暈放電，空氣擊穿以及材料內含有氣泡擊穿放電，都會產生臭氧。因此對于6KV以上電壓等級的電纜，其抗臭氧而不開裂的能力是很重要的。
    臭氧是一種強烈的氧化劑，它與橡皮中的雙鍵反應較分子氧更為強烈。臭氧濃度越大，則裂縫出現越快，當濃度達0.01%時，被拉伸的橡皮在幾分鐘內就會*開裂。
    橡皮的耐臭氧性情況是：
  （1）耐臭氧性優良的，有氯磺化聚乙烯、硅橡膠、氟橡膠等。
  （2）耐臭氧性較好（不加抗臭氧劑），有氯丁橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠等。
  （3）耐臭氧一般的（加抗臭氧劑），有天然橡膠、丁 腈橡膠、丁苯橡膠等。
    塑料的耐臭氧性一般比橡膠好。
耐臭氧性是通過耐臭氧試驗機試驗確定的。
................中國.綠寶電纜（集團）有限公司