緒  論

一、電線(xiàn)電纜的種類(lèi)和作用 中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）有限公司
     電線(xiàn)電纜對(duì)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(xiàn)代化城市的地面下，在穿過(guò)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(xiàn)電纜。總之，在現(xiàn)代的生產(chǎn)、國(guó)防、科學(xué)研究和日常生活中，電纜是不可須臾缺少的重要產(chǎn)品。電線(xiàn)電纜在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所起的作用就像人體中血管和神經(jīng)的作用一樣。
采用各種不同類(lèi)型、不同電壓等級(jí)的電線(xiàn)電纜把發(fā)電站、變電站、配電站和用電單位連接起來(lái)，就組成了一個(gè)電能的傳輸和分配系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)；隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，、電視、互聯(lián)網(wǎng)已成為人們獲取信息的主要方式，在國(guó)防、氣象、航空航天等領(lǐng)域信息的傳輸和交流需要通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)保障，而這個(gè)功能強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)用到光纜、通信電纜、數(shù)據(jù)電纜等多種電線(xiàn)電纜產(chǎn)品；各種電氣系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)以及電機(jī)電器設(shè)備內(nèi)部，還會(huì)用到各種電線(xiàn)電纜產(chǎn)品用于控制、測(cè)量等信號(hào)的傳輸和采用電磁線(xiàn)進(jìn)行電磁能的相互轉(zhuǎn)換……
由上可見(jiàn)，電線(xiàn)電纜是用以傳輸電能、傳遞信息和實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線(xiàn)材產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方方面面。
通常我們把這一類(lèi)產(chǎn)品總稱(chēng)為電線(xiàn)電纜，那么什么樣的產(chǎn)品應(yīng)稱(chēng)作電纜，什么樣的產(chǎn)品應(yīng)稱(chēng)作電線(xiàn)呢？其實(shí)二者并無(wú)嚴(yán)格的區(qū)別，廣義的電線(xiàn)電纜亦可稱(chēng)為電纜。通常把結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)護(hù)層或有簡(jiǎn)單護(hù)層、外徑較小的產(chǎn)品稱(chēng)為電線(xiàn)，如：裸電線(xiàn)、塑料線(xiàn)、架空絕緣線(xiàn)、電磁線(xiàn)等，而把結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有堅(jiān)固密封護(hù)套、外徑較大的產(chǎn)品稱(chēng)為電纜，如：電力電纜、射頻電纜、通信電纜、光纜等。
二、電線(xiàn)電纜的分類(lèi)
      電線(xiàn)電纜用途廣、種類(lèi)多、品種雜，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前約有1200多個(gè)品種，2萬(wàn)多個(gè)規(guī)格的電線(xiàn)電纜產(chǎn)品，在機(jī)電行業(yè)中是品種和門(mén)類(lèi)zui多的大類(lèi)產(chǎn)品之一。為使技術(shù)研究、生產(chǎn)組織、產(chǎn)品銷(xiāo)售和安裝使用等的便利，按電線(xiàn)電纜的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用將其分為五個(gè)大類(lèi)。
（一）裸電線(xiàn)及裸導(dǎo)體制品 中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）有限公司
裸電線(xiàn)及裸導(dǎo)體制品是指僅有導(dǎo)體而無(wú)絕緣層的電纜產(chǎn)品。主要用于架空輸配電線(xiàn)路和電氣設(shè)備中的導(dǎo)電元件，使用時(shí)，一般以空氣（或其它介質(zhì)）作為絕緣。與其它電線(xiàn)電纜產(chǎn)品相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、施工容易和便于檢修等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途不同又分為裸單線(xiàn)、裸絞線(xiàn)、軟接線(xiàn)與編織線(xiàn)、型線(xiàn)與型材四個(gè)系列。
（二）電力電纜 中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）有限公司
電力電纜是指在電力系統(tǒng)的主干線(xiàn)路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產(chǎn)品。用于電力輸配線(xiàn)路，使用電壓在1kV及以上，結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般采用銅或鋁做導(dǎo)體，常用絕緣材料有交聯(lián)聚乙烯、聚氯乙烯、橡皮等。電力電纜可用于地下、室內(nèi)、隧道內(nèi)敷設(shè)，還可用于江底、海地敷設(shè)，具有占地少、安全的特點(diǎn)。
（三）通信電纜及光纜
通信電纜是用于有線(xiàn)傳輸、電報(bào)、電視、廣播、傳真、數(shù)據(jù)和其他電信信息的電纜產(chǎn)品，又分為對(duì)稱(chēng)通信電纜和同軸通信電纜。
光纜是以光導(dǎo)纖維做為光波傳導(dǎo)介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸?shù)碾娎|產(chǎn)品，具有傳輸衰減小、傳輸頻帶寬，不受電磁場(chǎng)干擾，保密性好，并且產(chǎn)品重量輕、外徑小。因此，光纜一經(jīng)誕生就得到迅速發(fā)展。
（四）電氣裝備用電線(xiàn)電纜
電氣裝備用電線(xiàn)電纜包括從電力系統(tǒng)的配電點(diǎn)把電能直接輸送到用電設(shè)備、器具作為連接線(xiàn)路的電線(xiàn)電纜，以及電氣裝備內(nèi)部的計(jì)測(cè)、信號(hào)控制系統(tǒng)中用的電線(xiàn)電纜。是使用范圍zui廣、品種系列zui多、工藝技術(shù)門(mén)類(lèi)zui復(fù)雜的一類(lèi)產(chǎn)品。按產(chǎn)品用途分為八類(lèi)，包括低壓配電電線(xiàn)電纜、信號(hào)及控制電纜、儀器和設(shè)備連接線(xiàn)、交通運(yùn)輸工具電線(xiàn)電纜、地質(zhì)資源勘探和開(kāi)采電線(xiàn)電纜、直流高壓電纜、加熱電纜以及特種電線(xiàn)電纜等。
（五）繞組線(xiàn)
繞組線(xiàn)又稱(chēng)電磁線(xiàn)，是以繞組的形式在磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流或通以電流產(chǎn)生磁場(chǎng)即能實(shí)現(xiàn)電磁能相互轉(zhuǎn)換而采用的絕緣電線(xiàn)。包括漆包線(xiàn)、繞包線(xiàn)和特種電磁線(xiàn)。用于繞制電機(jī)、變壓器、電抗器及其他電氣裝備、儀表中的線(xiàn)圈。
二、電纜材料的分類(lèi)、要求及作用 中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）有限公司
電纜材料占電線(xiàn)電纜產(chǎn)品總成本的80%以上。因此，電纜材料是電纜生產(chǎn)的關(guān)鍵，它決定電纜產(chǎn)品的種類(lèi)、加工方法、使用壽命及價(jià)格。例如銅、鋁導(dǎo)體的電導(dǎo)率和絕緣材料的絕緣性能，對(duì)電線(xiàn)電纜尺寸起著決定性作用。電線(xiàn)電纜新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與新材料的研究應(yīng)用是休戚相關(guān)的。隨著航空、宇航、微電子技術(shù)的發(fā)展，要求電纜材料具備高導(dǎo)電、高強(qiáng)度、抗高溫軟化、難燃性能等。光導(dǎo)纖維材料研究的成功，使得電線(xiàn)電纜行業(yè)發(fā)生了新的突破。我們必須根據(jù)電線(xiàn)電纜材料的用途和性能的要求，研究材料宏觀(guān)性能和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；研究各種因素影響電纜材料性能變化的規(guī)律；研究電纜材料與工藝的關(guān)系等，從而正確、合理地使用材料。
    電線(xiàn)電纜用材料的種類(lèi)繁多,按其用途可分為導(dǎo)體材料、絕緣材料和護(hù)套材料（見(jiàn)下圖）。按其來(lái)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(wú)機(jī)材料、氣體材料（見(jiàn)下圖）。
導(dǎo)電材料（線(xiàn)芯）   
絕緣材料（電介質(zhì)）   
護(hù)層        屬性 

    電線(xiàn)電纜一般由導(dǎo)體（導(dǎo)電線(xiàn)芯）、絕緣層和保護(hù)層三部分組成。
    對(duì)導(dǎo)電線(xiàn)芯材料的要求是：應(yīng)具有較高的電導(dǎo)率、足夠的力學(xué)性能、耐化學(xué)穩(wěn)定性以及便于加工、焊接性能好等。
    對(duì)絕緣材料的基本要求是：具有優(yōu)異的電絕緣性能。電絕緣性能一般以絕緣電阻、介電常數(shù)、介質(zhì)耗損和耐電強(qiáng)度等參數(shù)來(lái)表示。不同的電線(xiàn)電纜對(duì)絕緣性能有不同的側(cè)重，例如高壓電纜要求介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）非常小，耐電壓強(qiáng)度較高；高頻通信電纜要求絕緣材料的介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）越小越好；而一般電線(xiàn)電纜則要求絕緣材料的絕緣電阻較高。必須在滿(mǎn)足電絕緣性能的基本前提下，根據(jù)電線(xiàn)電纜的用途和使用條件分別提出對(duì)力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)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(xué)性能、柔軟耐卷曲、耐撕裂、耐磨等性能要求都較高；而測(cè)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(duì)護(hù)層材料的基本要求是：具有較高的耐受各種環(huán)境因素作用的能力，通常以老化性能來(lái)表示。在滿(mǎn)足這一條件下，不同電線(xiàn)電纜還有某些特殊和輔助的要求，例如對(duì)金屬護(hù)層的耐腐蝕性，塑料護(hù)套材料的耐環(huán)境應(yīng)力龜裂性，組合護(hù)層材料的耐濕性能等。
研究生產(chǎn)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(xiàn)電纜生產(chǎn)工藝奠定良好基礎(chǔ)。

 
*章 電纜材料化學(xué)基礎(chǔ)
*節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
物質(zhì)宏觀(guān)性質(zhì)是由其微觀(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。大多數(shù)的物質(zhì)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(zhì)子和中子等微粒組成。原子是化學(xué)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(jié)構(gòu)確很復(fù)雜。對(duì)原子結(jié)構(gòu)的研究，曾是19世紀(jì)的熱點(diǎn)課題之一。1869年俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)了周期律，1871年門(mén)捷列夫發(fā)表了類(lèi)似現(xiàn)在的通用“元素周期表”。這就大大便利了人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的研究。
1897年，人們發(fā)現(xiàn)原子中有電子，并測(cè)得了它的質(zhì)量和電荷，電子質(zhì)量為9.1×10-28 g相當(dāng)于氫原子的1/1840，電子帶負(fù)電荷是1.6×10-19庫(kù)侖，而且發(fā)現(xiàn)一切帶電體，其所帶電荷量都是該zui小電荷量的整數(shù)倍。1911年盧瑟福（D.D.Rutherfor）在α-粒子散射實(shí)驗(yàn)中證實(shí)原子中存在質(zhì)量較大，帶正電荷的原子核（直徑約10-14m）。原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子。整個(gè)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(yùn)動(dòng)的電子組成。
原子核由帶正電荷質(zhì)子（質(zhì)量：1.673×10-24 g，電量：1.602×10-19 庫(kù)侖）和不帶電的中子（質(zhì)量：1.675×10-24g ）微粒組成。原子中質(zhì)子數(shù)的不同，就形成了不同的元素，它們?cè)谠刂芷诒碇姓紦?jù)不同的位置，即有不同原子序數(shù)。同種元素又可因中子數(shù)的不同，而構(gòu)成不同的核素，例如氫有三種核素：氫（僅有一個(gè)質(zhì)子），氘（有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子）及氚（有一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子），三者互為同位素，它們?cè)谥芷诒碇姓纪瑯游恢茫╖＝１）。許多元素都有同位素，現(xiàn)雖只發(fā)現(xiàn)114種元素，但發(fā)現(xiàn)原子種類(lèi)已達(dá)二千多種。
事實(shí)上，現(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，原子核的結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的。原子核中除了質(zhì)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(guò)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(duì)化學(xué)反應(yīng)影響較少，不是我們所關(guān)心，我們更關(guān)心原子核外電子的運(yùn)動(dòng)。
原子中的電子作為一種微粒，其體積和質(zhì)量都很小，運(yùn)動(dòng)速度又非常快。確定電子運(yùn)動(dòng)軌跡意義不大，人們更關(guān)心電子在原子核外空間各處出現(xiàn)幾率。為了形象地表示電子在核外空間各處出現(xiàn)幾率的大小，通常用打黑點(diǎn)的辦法，即在核外空間各點(diǎn)打黑點(diǎn)，黑點(diǎn)多而密集的地方表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的幾率大，黑點(diǎn)的地方表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的幾率小。這種方法作出的圖象，黑點(diǎn)像形成的“云”，故稱(chēng)電子云，見(jiàn)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(xué)中引入了電負(fù)性的概念。規(guī)定原子在分子中吸引電子的能力越大，越易得到電子，電負(fù)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(fù)性越小。元素的電負(fù)性見(jiàn)表1-1。
表1-1元素的電負(fù)性
 
從表可見(jiàn)，電負(fù)性呈有規(guī)律的遞變。同一周期從左至右，電負(fù)性逐漸增加；同一主族從上到下元素電負(fù)性逐漸減弱，
我們也可以用電負(fù)性的數(shù)值來(lái)衡量原子的金屬性和非金屬性。電負(fù)性數(shù)值越大，表示該元素原子在分子中吸引電子的能力愈強(qiáng)，非金屬性越強(qiáng)。電負(fù)性數(shù)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(qiáng)。一般地，金屬元素的電負(fù)性小于2.0，非金屬元素的電負(fù)性大于2.0。
第二節(jié) 化學(xué)鍵
物質(zhì)的性質(zhì)不僅取決于其組成原子的種類(lèi)和數(shù)目，而且還與這些原子（或離子）的相互及空間構(gòu)型有關(guān)，這就需要了解分子的結(jié)構(gòu)。
除稀有氣體外，物質(zhì)通常都是以原子相互結(jié)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(jiǎn)單地堆積在一起，而是彼此間存在著強(qiáng)烈的相互作用?；瘜W(xué)上把分子或晶體中相鄰原子（或離子）間的強(qiáng)烈結(jié)合力叫做化學(xué)鍵。這種結(jié)合力產(chǎn)生的原因在于原子間的電子運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電子運(yùn)動(dòng)的不同方式，化學(xué)鍵分為共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵。
1.2.1離子鍵
當(dāng)活潑金屬和活潑非金屬在一定條件下反應(yīng)時(shí)，它們的原子核外就會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。例如，鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉：
                  2Na + Cl2 = 2NaCl
鈉原子電負(fù)性小，對(duì)電子吸引力小，容易失去zui外層僅有1個(gè)電子，氯原子的電負(fù)性大，對(duì)電子吸引力大，zui外層有7個(gè)電子，容易得到一個(gè)電子，從而形成8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以，當(dāng)它們?cè)谝欢l件下相互作用時(shí)，鈉原子的zui外層的電子就轉(zhuǎn)移到氯原子的zui外層，形成帶正電荷的陽(yáng)離子和帶負(fù)電荷的陰離子。陰陽(yáng)離子通過(guò)靜電作用結(jié)合在一起。這種陰、陽(yáng)離子間通過(guò)靜電作用所形成的化學(xué)鍵叫做離子鍵。以離子鍵結(jié)合形成的化合物叫做離子化合物。絕大多數(shù)的鹽、堿和金屬氧化物是離子化合物。離子化合物在固態(tài)時(shí)都是晶體，它是由陰、陽(yáng)離子相互吸引并在空間延展而形成的。
1.2.2共價(jià)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(gè)電子，當(dāng)兩個(gè)氫原子在一定條件下接近時(shí)，電子不是從一個(gè)氫原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)氫原子，而是在兩個(gè)氫原子間形成共用電子對(duì)。共用電子對(duì)同時(shí)圍繞兩個(gè)原子核運(yùn)動(dòng)，使每個(gè)氫原子都具有氦原子的兩電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共用電子對(duì)受兩個(gè)原子核的共同吸引，從而把兩個(gè)原子結(jié)合成一個(gè)分子。
原子間通過(guò)共用電子對(duì)所形成的化學(xué)鍵叫做共價(jià)鍵。以共價(jià)鍵結(jié)合的化合物叫做共價(jià)化合物。非金屬形成的單質(zhì)或化合物中，原子間都是以共價(jià)鍵相結(jié)合的。化學(xué)上常用一根短線(xiàn)表示一個(gè)共價(jià)鍵（即一對(duì)共用電子）寫(xiě)出分子結(jié)構(gòu)式。如H2的結(jié)構(gòu)式寫(xiě)作H—H，如氯化氫HCl的結(jié)構(gòu)式寫(xiě)作H–Cl。
1.共價(jià)鍵的參數(shù)  不同元素的原子所形成的共價(jià)鍵，在方向和牢固程度方面存在著差異，一般可用幾個(gè)參數(shù)描述。
（1）鍵長(zhǎng)  成鍵原子除受共用電子對(duì)的吸引之外，原子核間還相互排斥。當(dāng)兩種力平衡時(shí)就形成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵。這時(shí)，兩個(gè)成鍵原子核間的平均距離叫做鍵長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，形成的鍵越短，鍵就越牢固。例如，鹵素單質(zhì)及其氫化物的鍵長(zhǎng)（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(shí)，將1molAB氣態(tài)分子斷開(kāi)為A和B原子所需要的能量，稱(chēng)為A—B鍵的鍵能。一般情況下，鍵能越大，化學(xué)鍵越強(qiáng)，含有該鍵的分子越穩(wěn)定。某些共價(jià)鍵的鍵能見(jiàn)表1—2。

表1—2  某些共價(jià)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(jià)鍵之間的夾角叫做鍵角。例如，H2O分子中2個(gè)O—H鍵，它們之間的夾角是104°30′；再如，NH3分子中3個(gè)N—H鍵彼此之間的夾角是         107°18′。根據(jù)鍵角，可以理解分子的空中構(gòu)型。例如，水分子是“V”形；氨分子是三角形；二氧化碳是直線(xiàn)形；甲烷是正四面體，如圖1—2所示。
 
圖1—2 幾種分子構(gòu)型示意圖
圖中∠1=104°30′   ∠2=107°18′ ∠3=109°28′
每個(gè)球體表示一個(gè)原子
2.鍵的極性  根據(jù)共用電子對(duì)是否偏移，共價(jià)鍵可分為非極性鍵和極性鍵兩類(lèi)。
在氫、氯、氮等非金屬單質(zhì)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(jià)鍵稱(chēng)為非極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)必然偏向吸引電子能力較強(qiáng)的原子，因而共價(jià)鍵一端顯部分負(fù)電性，另一端顯部分正電性。這樣的共價(jià)鍵稱(chēng)為極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)為極性鍵。
根據(jù)電子對(duì)的偏移程度，極性鍵又分為強(qiáng)極性鍵和弱極性鍵。一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)活潑性相差越大，電負(fù)性差越大的原子形成的共價(jià)鍵極性越強(qiáng)。應(yīng)當(dāng)辯證地理解，鍵的極性的強(qiáng)弱并無(wú)截然的界限?？梢哉J(rèn)為極性鍵是介于離子鍵與非極性鍵之間的過(guò)渡狀態(tài)（見(jiàn)圖1—3）。 
 
圖1—3  非極性共價(jià)鍵過(guò)渡到離子鍵示意圖
3.分子的極性  物質(zhì)的溶解性與分子的極性有關(guān)。在分子中，由于原子核所帶正電荷的電量與電子所帶負(fù)電荷的電量是相等的，所以就分子的總體來(lái)說(shuō)，是電中性的。但從分子的內(nèi)部這兩種電荷的分布情況來(lái)看，可以把分子分成極性分子和非極性分子兩類(lèi)。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(fù)電荷。為了便于理解，設(shè)想分子的正負(fù)電荷也像物體的重心那樣，一個(gè)分子的正負(fù)電荷都有一個(gè)“電荷中心”，如氯化氫分子HCl，正電荷中心偏向氫原子H，負(fù)電荷中心偏向Cl原子，這樣分子中正負(fù)電荷中心不重合的分子稱(chēng)為極性分子；而正、負(fù)電荷中心重合的分子稱(chēng)為非極性分子如H2 。
在簡(jiǎn)單雙原子分子中，如果是兩個(gè)相同的原子，由于電負(fù)性相同，共用電子對(duì)在兩原子中間，兩個(gè)原子之間的化學(xué)鍵是非極性鍵，即分子中正電荷中心與負(fù)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(zhì)屬于這一類(lèi)。如果是兩個(gè)不相同的原子，由于電負(fù)性的不同，兩原子之間化學(xué)鍵是極性鍵，即正、負(fù)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(duì)于復(fù)雜的多原子分子來(lái)說(shuō)，如果組成原子相同（如S8、P4），那么原子間的化學(xué)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(xué)鍵的極性（或電負(fù)性），而且還取決于分子的空間構(gòu)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?yàn)镃O2分子具有直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)O=C=O，鍵的極性相互抵消，它的正負(fù)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(fù)電荷中心則靠近2個(gè)O原子核聯(lián)線(xiàn)的中點(diǎn)，整個(gè)分子正負(fù)電荷中心不重合，因而SO2是一個(gè)極性分子。
 一般雙原子分子的極性與化學(xué)鍵的極性一致。例如，H2、N2、Cl2等由非極性鍵形成，共用電子對(duì)不偏向任何一個(gè)原子，分子兩端都不顯電性，因而是非極性分子（見(jiàn)圖1—4）。HF、HCl、CO 等由極性鍵形成，共用電子對(duì)有偏移，分子兩端顯示出不同的電性，因而是極性分子（見(jiàn)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(gòu)型。若構(gòu)型對(duì)稱(chēng)，則是非極性分子；若分子的構(gòu)型不對(duì)稱(chēng)，則是極性分子。表1—3是一些物質(zhì)分子的空間構(gòu)型。
表 1—3  一些多原子分子的空間構(gòu)型
空間構(gòu)型    分子式    極性
對(duì)稱(chēng)    直線(xiàn)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(duì)稱(chēng)    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(fù)電荷中心不重合，因此分子中始終存在著一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)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(gè)分子極性大小或有無(wú),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(chǎng)的影響而發(fā)生變化。非極性分子在外電場(chǎng)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(chǎng)作用下其偶極增大。這種在外電場(chǎng)影響下，由于同性相斥、異性相吸，可使分子正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移，即可使分子發(fā)生變形，產(chǎn)生的一種偶極稱(chēng)為誘導(dǎo)偶極。其偶極距稱(chēng)誘導(dǎo)偶極距，通常用△μ表示。這種分子在外界電場(chǎng)影響下發(fā)生變形而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過(guò)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(chǎng)中的極化
誘導(dǎo)偶極的大小同外界電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，當(dāng)取消外電場(chǎng)時(shí)，誘導(dǎo)偶極隨即消失，分子越容易變形，它在外場(chǎng)影響下的誘導(dǎo)偶極越大。
第三節(jié) 分子間力與氫鍵
1.3.1 分子間力
離子鍵、金屬鍵和共價(jià)鍵，這三大類(lèi)型化學(xué)鍵都是原子間比較強(qiáng)的作用力，鍵能約為100—800kJ?mol-1。除了這種原子間較強(qiáng)的作用之外，在分子間還存在著一種較弱的作用力，其結(jié)合能大約只有幾到幾十kJ?mol-1，比化學(xué)鍵能小一、二個(gè)數(shù)量級(jí)。早在1873年荷蘭物理學(xué)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(chēng)為范德華力。分子間力是決定物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、溶解度等物理性質(zhì)的主要因素。
范德華力一般包括三部分，取向力、誘導(dǎo)力和色散力。
1.色散力
當(dāng)非極性分子相互靠近時(shí)，由于電子的不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，要使每一瞬間正、負(fù)電荷中心都重合是不可能的，在某一瞬間，正、負(fù)電荷中心分離，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極，這種由不斷形成的瞬時(shí)偶極之間產(chǎn)生的作用力稱(chēng)為色散力。色散力的大小與分子的變形性有關(guān)，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(xué)導(dǎo)出色散力的理論公式與光色散公式相似，因此把這種力稱(chēng)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(dǎo)力
極性分子與非極性分子（或極性分子）相互靠近時(shí)，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(chǎng)的影響，可以使其正負(fù)電荷中心分離產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極；誘導(dǎo)偶極同極性分子之間的*偶極間的作用力就叫誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力的大小與極性分子的固有偶極和被誘導(dǎo)的分子的變形性有關(guān)。誘導(dǎo)的分子固有偶極越大，被誘導(dǎo)的分子極化率越大，誘導(dǎo)力也越大。
                         
（a）分子相距較遠(yuǎn)        （b）分子靠近
     圖1-7極性分子與非極性分子之間誘導(dǎo)作用
3.取向力
極性分子之間除了存在色散力、誘導(dǎo)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(yùn)動(dòng)按異性相鄰狀態(tài)取向，這種由于偶極的取向產(chǎn)生的分子間的吸引力稱(chēng)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(yuǎn)                 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(dǎo)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(dǎo)力；而在極性分子之間分子間色散力、誘導(dǎo)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(jiàn)表1-4。分子間吸引作用遠(yuǎn)比化學(xué)鍵弱；分子間結(jié)合能只有化學(xué)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(dāng)分子間距離超過(guò)500pm時(shí)，分子間力便可忽略不計(jì)。因此，氣體分子間作用力?？珊雎?。對(duì)同類(lèi)型分子，分子越大，分子量越大，分子間力也越大。
表1-4 一些物質(zhì)的分子間力數(shù)據(jù)
 
1.3.2 氫鍵
當(dāng)氣體凝聚成液體，或液體凝聚成固體時(shí)，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(diǎn)和熔點(diǎn)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(nèi)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(diǎn)/ ℃      19.9      -85.0      -66.7    -35.4
熔點(diǎn)/ ℃     -83.57    -114.18    -86.81    -50.79
從上可見(jiàn)，HCl、HBr、HI的沸點(diǎn)隨分子量的增大而增高，這與色散力的一般遞變規(guī)律相符，但HF出現(xiàn)異常，其沸點(diǎn)特別高，這就是因?yàn)樵贖F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(lái)克服氫鍵的作用。
氫鍵是指氫原子與電負(fù)性很大且原子半徑很小的原子X(jué)（如F、O、N）形成共價(jià)鍵時(shí)，共用電子對(duì)的強(qiáng)烈偏向X原子，氫原子只有1個(gè)電子，這使H原子核幾乎裸露出來(lái)，這樣，這個(gè)氫原子還可以和另外一個(gè)電負(fù)性較大，半徑較小且含孤電子對(duì)的Y原子之間產(chǎn)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(zhì)能形成氫鍵，如HF、H2O、NH3、無(wú)機(jī)含氧酸、有機(jī)羧酸、醇、胺、蛋白質(zhì)以及某些合成高分子。
氫鍵比化學(xué)鍵弱得多，但比分子間力強(qiáng)，其鍵能是指拆開(kāi)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(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)的影響
由共價(jià)鍵型分子的組成的物質(zhì)的物理性質(zhì)如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性等與分子的極性、分子間力以及氫鍵有關(guān)。
1.物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)
共價(jià)鍵型分子以分子間力（有的還有氫鍵）結(jié)合成的物質(zhì)，因分子間的作用力較小，所以這類(lèi)物質(zhì)的熔（沸）點(diǎn)較低。從圖1-9可見(jiàn)，同類(lèi)型物質(zhì)（如鹵素、直鏈烷烴、惰性氣體），其熔點(diǎn)一般隨分子相對(duì)質(zhì)量增大而升高。這主要是由于同類(lèi)型的分子變形程度一般隨分子相對(duì)質(zhì)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(lèi)型物質(zhì)，則不符合這個(gè)規(guī)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(diǎn)是76.5℃而C11H24的沸點(diǎn)為195℃，二者相差很大。
另外一種情況是，含有氫鍵的物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同類(lèi)型無(wú)氫鍵存在的物質(zhì)的要高。例如第四族的氫化物的熔、沸點(diǎn)隨分子量的增加而升高，但HF由于分子間存在氫鍵其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同類(lèi)型氫化物要高，呈現(xiàn)反?，F(xiàn)象見(jiàn)圖1-9。
 
       圖1-9 ⅣA―ⅦA族氫化物沸點(diǎn)變化趨勢(shì)
2.物質(zhì)的溶解性
影響物質(zhì)在溶劑中溶解程度的因素較復(fù)雜。一般說(shuō)來(lái)，“相似者相溶”。即極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑，非極性溶質(zhì)易溶于非極性（或弱極性）溶劑。溶質(zhì)與溶劑的極性越相近，越易互溶。溶質(zhì)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(jī)物兩類(lèi)。水是極性較強(qiáng)的溶劑，它不僅能與某些極性有機(jī)物如丙酮、乙酸、乙醇等相溶，而且能溶解多數(shù)強(qiáng)電解質(zhì)如HCl、NaOH、K2SO4等。這是由于強(qiáng)電解質(zhì)（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(fù)水合離子。但強(qiáng)電解質(zhì)卻難為非極性分子的有機(jī)溶劑所溶解。或者說(shuō)非極性分子難以克服這些電解質(zhì)本身微粒之間作用力，而使它們分散或溶解。
有機(jī)溶劑主要有兩類(lèi)，一類(lèi)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(jī)物如機(jī)油、潤(rùn)滑油。因此工業(yè)上常用這類(lèi)溶劑清洗金屬部件表面的油污。另一類(lèi)是極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮以及分子量低的羧酸等。這類(lèi)溶劑中，即包含有羥基（—OH），羰基（ ）、羧基（ ）這類(lèi)極性較強(qiáng)的基團(tuán)，并且還含有烷基基團(tuán)，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(jī)物。如肥皂這類(lèi)物質(zhì)，分子中一端含有極性較強(qiáng)的羧基（ ），另一端則是碳鏈較長(zhǎng)的烷基（如含17個(gè)碳原子的烷基），前者與水分子有較強(qiáng)的作用力，所以易溶于水，而后者與油類(lèi)分子有較強(qiáng)的作用力。因此肥皂在水中可以達(dá)到去除織物上的油污作用的目的。包括肥皂在內(nèi)，分子中由親水部分和憎水部分組成，從而發(fā)生潤(rùn)濕、乳化、分散、起泡作用的一類(lèi)物質(zhì)，稱(chēng)為表面活性劑，在工業(yè)和科研中應(yīng)用較廣。
第四節(jié) 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(lèi)新型材料,由于它的性能優(yōu)良,原料豐富,加工成型簡(jiǎn)便,價(jià)格低廉,是一類(lèi)用途非常廣泛,發(fā)展迅速的材料。高分子材料發(fā)展促進(jìn)電子、信息、通訊、生物、新能源,包括空間技術(shù)等一系列新興工業(yè)的興起與發(fā)展，它與電纜的發(fā)展更是息息相關(guān)。電纜上的絕緣與護(hù)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(jìn),也使電纜工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生了巨大變化。
一、高分子化合物
高分子化合物簡(jiǎn)稱(chēng)高分子,又稱(chēng)高聚物或聚合物,但通常高聚物不包含有酵素與蛋白質(zhì)。高分子化合物是由zui小的、可重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵連接形成的,以長(zhǎng)分子鏈為基礎(chǔ)的高相對(duì)分子質(zhì)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(gòu)成原子個(gè)數(shù)多達(dá)103—105,但它的大分子長(zhǎng)鏈往往又許多重復(fù)的、簡(jiǎn)單的、結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)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(tuán),稱(chēng)為端基,兩者可能相同也可能不同,一般是聚合反應(yīng)時(shí),引發(fā)劑的一部分或端基封鎖劑的一部分基團(tuán)或原子.顯然端基只占分子中的極少一部分,對(duì)分子性能影響小,因此無(wú)論是寫(xiě)結(jié)構(gòu)式或是計(jì)算分子量都可以忽略不計(jì)；符號(hào)“～”代表碳骨架；其中 是重復(fù)單元.從上可見(jiàn)聚氯乙烯的重復(fù)單元連接成的線(xiàn)形大分子,類(lèi)似一條鏈子,而稱(chēng)為分子鏈.其中，重復(fù)單元也稱(chēng)為鏈節(jié).為了方便起見(jiàn),上式可縮寫(xiě)成下式:
 
    式的兩端“—”為連接已省略端基的共價(jià)鍵,式中的圓括號(hào)或方括號(hào)表示重復(fù)連接的意思,n代表重復(fù)單元數(shù)又稱(chēng)鏈節(jié)數(shù),從上式可容易看出,聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量（簡(jiǎn)稱(chēng)分子量）M是重復(fù)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(chēng)為單體,通過(guò)聚合反應(yīng),單體轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)單元。如聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而成，它的結(jié)構(gòu)單元與單體組成相同,只是電子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單體數(shù)目稱(chēng)為該聚合物的聚合度,它是衡量高分子大小的一個(gè)指標(biāo),常以DP表示或 表示,對(duì)聚氯乙烯一類(lèi)聚合物來(lái)說(shuō),聚合度等于鏈節(jié)數(shù)或重復(fù)單元數(shù),即 。而對(duì)尼龍-66一類(lèi)聚合物聚合度等于鏈節(jié)數(shù)或重復(fù)單元數(shù)的二倍，即 
對(duì)于由兩種以上單體,通過(guò)共聚合反應(yīng)而生成的大部分共聚高聚物結(jié)構(gòu)單元的排列往往是無(wú)規(guī)則的,對(duì)這類(lèi)共聚物,人們很難指出它的重復(fù)單元,如丁二烯-苯乙烯共聚物共聚物的結(jié)構(gòu)式 只能代表該共聚物的大致結(jié)構(gòu)。
另外,對(duì)于聚乙烯和聚四氟乙烯,習(xí)慣上把 和 看作鏈節(jié)或重復(fù)單元,而不是以-CH2-和-CF2-做為它們的重復(fù)單元或鏈節(jié)。
二、高聚物的特性
    嚴(yán)格來(lái)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(fù)單元數(shù)的增減而變化時(shí)就稱(chēng)為高聚物,反之稱(chēng)為低聚物,有時(shí)對(duì)一些分子量特大聚合物又稱(chēng)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(gè)重要不同之處是分子量大（103～106），分子鏈長(zhǎng)。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(zhǎng)是高聚物zui根本的特點(diǎn)，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(méi)有氣態(tài)；有較高的力學(xué)性質(zhì)，可抽成絲，制成薄膜，具有相當(dāng)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(gè)數(shù)量級(jí)（103～106），量變引起質(zhì)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(duì)分子量18。但在合成高聚物的反應(yīng)過(guò)程中,由于各種因素的影響,很難使各高分子鏈增長(zhǎng)到同一長(zhǎng)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(chēng)為高聚物分子量的多分散性。例如平均分子量為10萬(wàn)的聚氯乙烯，可能由分子量為2萬(wàn)到20萬(wàn)大小不同聚氯乙烯高分子鏈混合組成。因此所說(shuō)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(shí)驗(yàn)中用不同的物理和化學(xué)方法測(cè)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(zhì)分子量
一般低分子有機(jī)化合物    塑 料    橡 膠
物質(zhì)名稱(chēng)    分子量    物質(zhì)名稱(chēng)    分子量（萬(wàn)）    物質(zhì)名稱(chēng)    分子量（萬(wàn)）
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(shù)均分子量  ，通常由滲透壓法，端基滴定法，冰點(diǎn)降低法，或沸點(diǎn)升高法來(lái)測(cè)定，其定義為某高聚物試品的總質(zhì)量m為其分子總數(shù)所平均。它是以分子數(shù)作為平均分子量的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)。
 
Ni—分子量為Mi的分子個(gè)數(shù)，xi-代表分子量為Mi的分子分率。顯然，低分子量對(duì)于數(shù)均分子量貢獻(xiàn)大。
    （2）質(zhì)均分子量 ，通常用光散射法測(cè)定。它以分子的總質(zhì)量作為平均分子量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，其定義如下：
 
Wi-代表分子量為Mi的質(zhì)量分率。顯然，高分子量部分對(duì)質(zhì)均分子量的貢獻(xiàn)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(shè)），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(gè)原因，一是由于高聚物形成過(guò)程比較復(fù)雜，影響因素多，鏈的引發(fā)、增長(zhǎng)、終止、降解等有多種可能，故同一體系中合成出來(lái)的高聚物，其分子量不可能是單一值，只有統(tǒng)計(jì)平均的意義，二是由于分離提純同系物的混合物存在實(shí)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(gè)重要因素，對(duì)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(shí)，高聚物的強(qiáng)度較高，分子量分布寬，即分子量大小不一致時(shí)，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(shù)，來(lái)表征分子量分布的情況或分散性。對(duì)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(shù)在1.5～2.0至20～50之間。
    （2）分子量分布曲線(xiàn)
如在圖1-10典型質(zhì)量分率分布曲線(xiàn)中：
 
圖1-10 兩種聚合物的分子量分布曲線(xiàn)
曲線(xiàn)A的分子量分散性小，即分子量分布窄；曲線(xiàn)B的分子量分散性大，即分子量分布寬。
3. 高聚物結(jié)構(gòu)的多分散性
高聚物不僅分子長(zhǎng)短不一，分子量大小不同，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)： ，頭-尾結(jié)構(gòu): ，及尾-尾結(jié)構(gòu)： ，此外在聚氯乙烯長(zhǎng)鏈中還可能存在 的雙鍵結(jié)構(gòu)。
    又如聚乙烯，分子鏈結(jié)構(gòu)也不同，有線(xiàn)型、支鏈型與交聯(lián)型。高密度聚乙烯（HDPE）是含有少量羰基、甲基、乙基（1000個(gè)C原子中約含2個(gè)甲基1個(gè)乙基）的線(xiàn)型聚合物。
 低密度聚乙烯（LDPE）它的分子兩側(cè)則有相當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)支鏈和短支鏈：
 
交聯(lián)聚乙烯（XLPE）是網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)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(gòu)等等。高聚物這種在結(jié)構(gòu)上的不均一的特性，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的多分散性。
1.4.2 高聚物的命名與分類(lèi)
一、高聚物的命名
盡管在1972年，純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）對(duì)線(xiàn)形高聚物提出了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)命名法，但由于比較繁瑣，一直沒(méi)有推廣使用，但在學(xué)術(shù)性比較強(qiáng)的論文里，鼓勵(lì)盡量使用系統(tǒng)命名,在這里不作介紹。經(jīng)常普遍采用的是習(xí)慣命名法,習(xí)慣命名法大多是根據(jù)單體或聚合物的結(jié)構(gòu)特征來(lái)命名的。
1.在單體前加“聚”字。以單體或假定單體為基礎(chǔ)，前名冠以“聚”字， 就成為高聚物的名稱(chēng)。大多數(shù)烯類(lèi)單體形成高聚物以這種方式命名。
2.當(dāng)形成的高聚物是橡膠時(shí)，在單體后面加“橡膠”二字；當(dāng)形成的高聚物是塑料時(shí)加“樹(shù)脂”二字，當(dāng)兩種單體形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜縮聚產(chǎn)物時(shí)，也常在單體后面加樹(shù)脂二字。
3.按高聚物化學(xué)結(jié)構(gòu)命名。例如：己二酸與己二胺合成的高聚物稱(chēng)為聚己二酰己二胺，其特征基團(tuán)為 ，這一類(lèi)高聚物簡(jiǎn)稱(chēng)聚酰胺。又如對(duì)苯二甲酸與己二醇合成的高聚物稱(chēng)聚對(duì)苯二甲酸己二（醇）酯，這類(lèi)高聚物結(jié)構(gòu)特征為 ，簡(jiǎn)稱(chēng)聚酯。
4.習(xí)慣命名與商品名稱(chēng)
習(xí)慣名稱(chēng)和商品名稱(chēng)因?yàn)楹?jiǎn)單而易被采用。如聚己二酰癸二胺似嫌冗長(zhǎng)，商業(yè)上往往稱(chēng)作尼龍-610，尼龍后的*部分?jǐn)?shù)字代表二元胺的碳原子數(shù)，第二部分代表二元酸的碳原子數(shù)，如尼龍－66是己二胺與己二酸的聚合物。尼龍后只附一個(gè)數(shù)字則代表是氨基酸式內(nèi)酰胺的聚合物，數(shù)字也代表碳原子數(shù)，如尼龍－6是己內(nèi)酰胺聚合物。中國(guó)習(xí)慣用“綸”字作為合成纖維的后綴字，如滌綸（聚對(duì)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(jiàn)聚合物
        單體            聚合物    代號(hào)
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(jī)玻璃   PMMA
異戊二烯
 
聚異戊二烯   異戊橡膠
 
IR
二、高聚物的分類(lèi)
    高聚物的種類(lèi)很多，而且新的種類(lèi)不斷涌現(xiàn)，為了研究方便，需要加以分類(lèi)。根據(jù)研究重點(diǎn)不同，分類(lèi)方法也不同?？梢詮膯误w來(lái)源，合成方法，用途，成型熱行為，結(jié)構(gòu)，用途等不同角度來(lái)分類(lèi)，現(xiàn)將高聚物分類(lèi)說(shuō)明如下：
1.按用途分類(lèi)
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(xué)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(xì)而柔軟的絲狀物。它們之間并無(wú)嚴(yán)格的界限，如聚氯乙烯樹(shù)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(jié)構(gòu)分類(lèi)
分為碳鏈高聚物，雜鏈高聚物，元素有機(jī)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(lèi)和二烯類(lèi)聚合物屬于這一類(lèi)，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(lèi)大分子鏈都有特征官能團(tuán)。如聚酰胺特征官能團(tuán)為 。
③ 元素有機(jī)聚合物   大分子主鏈中沒(méi)有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、磷等組成，但側(cè)基多半是有機(jī)基團(tuán)如甲基，乙基，苯基等，如聚硅氧烷 聚鈦氧烷 。元素有機(jī)聚合物兼具有無(wú)機(jī)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(jī)械強(qiáng)度較高，電絕緣性好，此外它化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、耐堿、耐油，而且易于加工成型，材料來(lái)源廣，得到了廣泛的應(yīng)用。
作為電線(xiàn)電纜材料用的高聚物在成型加工前大多是線(xiàn)性聚合物，它具有三種物理狀況——玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。對(duì)同一種高聚物來(lái)說(shuō)，這三種狀態(tài)在不同的溫度下出現(xiàn)。對(duì)不同種高聚物來(lái)說(shuō)，在常溫下呈玻璃態(tài)的稱(chēng)之為塑料，呈高彈態(tài)的稱(chēng)之為橡膠，呈粘流態(tài)的稱(chēng)之為涂料或漆。
塑料用于電線(xiàn)電纜工業(yè)的主要優(yōu)點(diǎn)：
1.大大簡(jiǎn)化并改進(jìn)電線(xiàn)電纜的結(jié)構(gòu)；
2.簡(jiǎn)化電線(xiàn)電纜的加工工藝，節(jié)約設(shè)備投入，節(jié)約人力工時(shí)；
3.能改進(jìn)電線(xiàn)電纜的性能。氟塑料耐高溫；
4.易于垂直敷設(shè)并大大簡(jiǎn)化接頭技術(shù)。
*節(jié) 塑料的基本概念
2.1.1  塑料和樹(shù)脂
    塑料是以樹(shù)脂為主要成分，一般含有添加劑、在加工過(guò)程中能流動(dòng)成型的材料。而樹(shù)脂則是由單體合成的或?qū)⒛承┨烊桓叻肿樱ㄈ缋w維素）經(jīng)化學(xué)改性所得到的高聚物（也稱(chēng)為聚合物）。塑料的組成中除了有被稱(chēng)為合成樹(shù)脂的聚合物外，還含有某些具有特定作用的添加劑（在少數(shù)情況下，可以不加添加劑）。添加劑（或稱(chēng)助劑、配合劑）可以根據(jù)需要與否可適當(dāng)選用，主要有穩(wěn)定劑、增塑劑、防老劑、填料（包括增強(qiáng)材料）、潤(rùn)滑劑、色料等。合成樹(shù)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(zhì)。如由聚氯乙烯樹(shù)脂制成的塑料稱(chēng)為聚氯乙烯塑料。
2.1.2 塑料的分類(lèi)
    塑料的種類(lèi)繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中的主要就有幾十種。塑料的常見(jiàn)分類(lèi)方法有以下幾種。
1.按加熱時(shí)的行為分類(lèi)
按加熱時(shí)塑料的表現(xiàn)行為可將塑料分為“熱塑性塑料”和“熱固性塑料”兩大類(lèi)：
（1）熱塑性塑料  熱塑性塑料在加熱時(shí)會(huì)變軟，達(dá)到一定溫度以上成為具有一定流動(dòng)性的粘稠物質(zhì)。此時(shí)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(fù)多次進(jìn)行。具有這種行為（常稱(chēng)為“熱塑性”）的塑料，就稱(chēng)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(xù)加熱或加入固化劑后則隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行而變硬（固化），使形狀固定下來(lái)而不再具有可塑性（定型）。加熱不再熔融，溫度過(guò)高就會(huì)發(fā)生分解。具有這種性質(zhì)的（常稱(chēng)“熱固性”）塑料，就稱(chēng)為“熱固性”。交聯(lián)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(lèi)
根據(jù)塑料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，塑料還可以劃分為通用塑料和工程塑料兩大類(lèi)。但這種劃分并不嚴(yán)格。
（1） 通用塑料  通用塑料是指目前產(chǎn)量較大，用途較廣，成本較低，性能多樣的一類(lèi)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(shí)也被劃入工程塑料范疇）。
   （2）工程塑料  工程塑料是指性能優(yōu)良，能作為工程材料或結(jié)構(gòu)材料的一類(lèi)塑料。如聚酰胺PA.聚碳酸酯.聚砜等都是具有優(yōu)良的力學(xué)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(jī)械零部件以及代替金屬材料使用，用于需要承載或使用環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合。
  電線(xiàn)電纜應(yīng)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(huán)氧樹(shù)脂。
2.1.3  塑料助劑
為了滿(mǎn)足加工，貯存和使用的要求，合成樹(shù)脂內(nèi)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(wěn)定劑，為改善樹(shù)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(wěn)定劑、紫外線(xiàn)吸收劑、及光屏蔽劑等統(tǒng)稱(chēng)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(lèi)抗氧劑 如雙酚A；防老化劑1010；防老化劑330；
（2）胺類(lèi)抗氧劑 如防老化劑4010； 防老化劑DNP；
（3）亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑 如防老化劑TNP，
一般來(lái)說(shuō)，胺類(lèi)抗氧劑抗氧能力很強(qiáng)，但污染性較大，一般也不宜采用。因此采用酚類(lèi)抗氧劑較適宜。另外，抗氧劑并用，并要配合得當(dāng)，才能有較好的協(xié)同效應(yīng)。
常有的穩(wěn)定劑有：
（1）鉛系穩(wěn)定劑如：三鹽基性硫酸鉛、二鹽基性亞磷酸鉛；
（2）金屬皂類(lèi)穩(wěn)定劑如：硬脂酸鉛、硬脂酸鋅。
常有的紫外線(xiàn)吸收劑有：如紫外線(xiàn)吸收劑UV—9；紫外線(xiàn)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(xué)增塑劑兩大類(lèi)，后者主要用于橡膠工業(yè)上。增塑劑的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法各不相同，通常是按增塑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)的。目前，常有的增塑劑可分為以下幾類(lèi)：
（1）       鄰苯二甲酸酯類(lèi)如鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）
（2）       脂肪族二元酸酯類(lèi)
（3）      磷酸酯類(lèi)如磷酸*苯酯
       其它如環(huán)氧化合物、高分子量增塑劑等。
三、交聯(lián)劑
塑料的交聯(lián)與橡膠的硫化作用過(guò)程相似，塑料的交聯(lián)分為物理交聯(lián)法和化學(xué)交聯(lián)法，物理方法交聯(lián)有高能輻射交聯(lián)、紫外線(xiàn)交聯(lián)等；化學(xué)法交聯(lián)有有機(jī)過(guò)氧化物交聯(lián)、硅氧烷接枝交聯(lián)等。其中，有機(jī)過(guò)氧化物、硅氧烷就稱(chēng)交聯(lián)劑。
四、發(fā)泡劑
在制造泡沫聚乙烯時(shí)，除需加入普通的抗氧劑和紫外線(xiàn)吸收劑，還要加入一定數(shù)量的發(fā)泡劑。對(duì)于發(fā)泡劑的要求是，能在受熱后分解成氣體，同時(shí)，留在聚乙烯內(nèi)的分解殘留物應(yīng)盡可能的少，這種殘留物必須是非極性物質(zhì)，以免影響聚乙烯的電絕緣性能。常用的發(fā)泡劑有偶氮二 異 丁 腈（又稱(chēng)N型發(fā)泡劑）和偶氮二甲酰胺（又稱(chēng)AC型發(fā)泡劑）。
第二節(jié) 高聚物的電性能
    高聚物容易成型，力學(xué)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(xiàn)電纜極為重要的絕緣材料和護(hù)套材料。
    電線(xiàn)電纜因其用途不同、敷設(shè)條件不同，對(duì)制造電線(xiàn)電纜所用的高聚物的要求也不同。
    概括起來(lái)，作為電線(xiàn)電纜絕緣和護(hù)套材料用的高聚物應(yīng)具有下列基本性能：
  （1）電絕緣性能
  （2）物理、力學(xué)性能
  （3）化學(xué)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(duì)在某些特殊環(huán)境條件下使用時(shí)而提出的特殊要求。
    電線(xiàn)電纜在制造和使用過(guò)程中，承受著工藝因素和使用環(huán)境因素如電、熱、機(jī)械應(yīng)力、光、射線(xiàn)、水、氧化、化學(xué)物質(zhì)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(guī)律。
    這里，將著重研究高聚物的電絕緣性能、力學(xué)性能、耐熱性、耐燃性、耐油性、化學(xué)性能、耐濕性、耐老化性和工藝性能。
電絕緣性能是電線(xiàn)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(chǎng)作用下，由高分子運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的介電現(xiàn)象和電導(dǎo)現(xiàn)象。本節(jié)所要研究的就是與這些現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

2.2.1  絕緣電阻和絕緣電阻系數(shù) 中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）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(yīng)當(dāng)是不導(dǎo)電的。而實(shí)際上不導(dǎo)電的材料是不存在的。通過(guò)試驗(yàn)可知，對(duì)任何絕緣材料，只要在它的兩端加上直流電壓，就會(huì)有三種電流通過(guò)，即瞬時(shí)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(fā)生極化產(chǎn)生的吸收電流）及絕緣材料導(dǎo)電產(chǎn)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(shí)間逐漸下降，zui后趨向一個(gè)穩(wěn)定值Ig。如圖2-1所示。 圖2－1 流經(jīng)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(duì)電的絕緣能力或漏電的程度。
電線(xiàn)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(cè)量單位；因此既使在很高電壓作用下，通過(guò)材料的
漏電流值也是很微小的。實(shí)踐表明，在一定得電壓范圍內(nèi)，通過(guò)絕緣材料內(nèi)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(dāng)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(shù)  
為了比較不同絕緣材料的性能，引入絕緣電阻系數(shù)。即材料在單位面積，單位厚度時(shí)的絕緣電阻作為衡量材料電絕緣性能的指標(biāo)。當(dāng)絕緣材料的面積為S（m2），厚度為d（m）時(shí)，則材料的絕緣電阻 
   （Ω）
其絕緣電阻系數(shù)為：
   （Ω?m）
絕緣電阻系數(shù) 是標(biāo)志絕緣材料電性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)， 越大說(shuō)明絕緣性能越好。
3.絕緣電阻與下列因素有關(guān)：  
（1）絕緣電阻和溫度的關(guān)系    溫度對(duì)絕緣電阻影響很大。當(dāng)溫度升高時(shí)絕緣電阻顯著下降，如圖2-2。

（2）絕緣電阻與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系  當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，絕緣電阻與電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎無(wú)關(guān)；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較高時(shí)，絕緣電阻就很快下降。
（3）絕緣電阻和濕度的關(guān)系  絕緣材料受潮后由于水分的滲入，使絕緣材料內(nèi)部增加了導(dǎo)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(duì)絕緣電阻系數(shù)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(wú)限大。因而要按使用場(chǎng)合不同而限制絕緣材料的電阻系數(shù)不低于所要求的數(shù)值。如果絕緣電阻小，則泄漏電流大，由于過(guò)分發(fā)熱會(huì)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(dāng)表面有污物或水分時(shí)，由于其分布不均勻，可能使部分表面承受較高的電壓，而導(dǎo)致表面放電或表面爬電，造成嚴(yán)重事故。
（3）如果電纜的導(dǎo)線(xiàn)芯表面不光滑，電場(chǎng)分布就會(huì)不均勻，突出部分就會(huì)不均勻，突出部分的電場(chǎng)強(qiáng)度較高，容易引起絕緣內(nèi)部的局部放電。因此，可以在導(dǎo)電線(xiàn)芯表面覆蓋半導(dǎo)電層，使電場(chǎng)均勻，降低突出部分的電場(chǎng)強(qiáng)度。
2.2.2  介電常數(shù)
    介電常數(shù)是表征高聚物極化程度的宏觀(guān)物理量。通常用ε表示。
設(shè)以充滿(mǎn)電介質(zhì)的電容器的電容為C，其介電常數(shù)為ε， 以真空狀態(tài)電容器的電容為Co，其真空介電常數(shù)為ε0 。電介質(zhì)介電常數(shù)ε與真空介電常數(shù)ε0之比為相對(duì)介電常數(shù)，用 表示：
 
    從上式可知，高聚物極化程度越大，則極板上感應(yīng)產(chǎn)生的電荷就越多，電容C就越大，相對(duì)介電常數(shù) 也越大。相對(duì)介電常數(shù) 大于1。不同的使用場(chǎng)合對(duì)介電常數(shù)有不同的要求，用于電容器的電介質(zhì)（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(shí)發(fā)生過(guò)大的充電電流以及絕緣層溫升過(guò)高。
2.2.3  介質(zhì)損耗和介質(zhì)損耗角正切
    1.介質(zhì)損耗  絕緣材料在電場(chǎng)力的作用下，有一部分電能要轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種消耗電能的現(xiàn)象稱(chēng)為介質(zhì)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(zhì)損耗的原因
  （1）電介質(zhì)內(nèi)含有自由離子，在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生泄漏電流所引起的損耗。
  （2）電介質(zhì)內(nèi)偶極子在極化過(guò)程中吸收一部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴮?dǎo)致的損耗。
  （3）電介質(zhì)內(nèi)含有導(dǎo)電雜質(zhì)所造成的損耗，以及在高壓作用下，電介質(zhì)內(nèi)所含有的氣體游離而產(chǎn)生的損耗。
    3.介質(zhì)損耗角正切   工程上用介質(zhì)損耗角正切值tgδ為指標(biāo)來(lái)考核絕緣材料的這一特性。
    對(duì)于通信電纜中，因?yàn)槭窃诟哳l下工作，如果tgδ大，則信號(hào)衰減很快，因此，要求tgδ小。
    在高壓電力電纜中，介質(zhì)損耗和電壓的平方成正比，所以tgδ值越小則損耗越小，介質(zhì)損耗角正切值在高壓電力電纜中是標(biāo)志電纜絕緣性能的重要參數(shù)。
2.2.4  擊穿強(qiáng)度
    絕緣材料只能在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下，才具有電絕緣性能，如果絕緣材料所承受的電壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致絕緣材料的破壞，出現(xiàn)擊穿、燒焦、熔化等現(xiàn)象，使絕緣材料喪失了絕緣能力。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為絕緣材料的擊穿。導(dǎo)致絕緣材料發(fā)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(qiáng)度。因此，介電強(qiáng)度（或稱(chēng)電氣強(qiáng)度、耐電強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度是絕緣材料重要的電性能指標(biāo)，是材料使用極限。
第三節(jié) 高聚物的力學(xué)性能
     電線(xiàn)電纜在加工制造、安裝、使用過(guò)程中，受到各種機(jī)械力的作用 ，這就要求絕緣和護(hù)套材料具有一定的力學(xué)性能。力學(xué)性能包括抗拉強(qiáng)度、 抗撕裂強(qiáng)度 、耐磨性等。
2.3.1抗拉強(qiáng)度
在拉伸試驗(yàn)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(chēng)為抗拉強(qiáng)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(qiáng)度（MN/m2）
 ——zui大拉伸力（MN）
 ——原始截面積（m2）
2.3.2  斷裂伸長(zhǎng)率及*變形
斷裂伸長(zhǎng)率是表示材料拉伸變形能力的參數(shù).它的數(shù)值是試樣在拉斷時(shí)長(zhǎng)度的增長(zhǎng)值和原始長(zhǎng)度值的比，用百分?jǐn)?shù)表示，其公式為：
 
式中   L1——拉斷時(shí)試樣的長(zhǎng)度；
       LO——試樣的原始長(zhǎng)度；
       ε1——斷裂伸長(zhǎng)率（或稱(chēng)相對(duì)伸長(zhǎng)率）；
        ——拉斷時(shí)長(zhǎng)度的增長(zhǎng)值。
  *變形是橡皮或塑料拉斷后靜放一段時(shí)間后的伸長(zhǎng)率，也用百分?jǐn)?shù)表示，其公式為：
 
式中： ——*變形（%）；
       ——試樣拉斷后靜放一段時(shí)間（3min）的長(zhǎng)度；
        ——試樣的原始工作長(zhǎng)度。
橡皮材料的抗拉強(qiáng)度大，斷裂伸長(zhǎng)率也大。在溫度升高、 老化、吸潮等影響下 ，其斷裂伸長(zhǎng)率將會(huì)下降，抗拉強(qiáng)度將增大或減小。橡皮的伸長(zhǎng)率很大，而塑料的伸長(zhǎng)率通常較小。
*變形表明材料的彈性大小，它和硫化即交聯(lián)程度有關(guān)，硫化越好，*變形就越小。
2.3.3  撕裂強(qiáng)度  
電纜在經(jīng)常移動(dòng)的場(chǎng)合使用時(shí)，如礦用軟電纜，在拖拽中經(jīng)常受到剪切方向機(jī)械力的作用，這就要求電纜的護(hù)套層應(yīng)該具有一定的抗撕裂性。
撕裂強(qiáng)度是將具有一定形狀的試樣，在拉力機(jī)上以一定速度拉伸直到拉斷時(shí)，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(shí)的負(fù)荷；
        ——撕裂強(qiáng)度（N/mm）。
  試驗(yàn)證明，橡皮的抗撕裂性能和補(bǔ)強(qiáng)劑及填料有關(guān)，活性炭黑對(duì)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(shí)，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(duì)移動(dòng)式的橡皮絕緣電纜，如經(jīng)常在煤層、礦石及多沙土地表面往返拖動(dòng)和扭曲的電纜，必須有一定的耐磨性。
第四節(jié) 環(huán)境適應(yīng)性
2.4.1  耐濕性
  絕緣材料在相對(duì)濕度很高或浸水的情況下，仍能保持使用性能的能力稱(chēng)耐濕性。
  耐濕性包括吸水性和吸濕性?xún)煞矫妗?
  吸水性是指材料放入水中，浸濕達(dá)到平衡時(shí)的含水程度。在實(shí)踐中一般采用稱(chēng)量法確定吸水性。若用公式表示：
 
式中   Ha——材料吸水達(dá)到平衡時(shí)的含水量（吸水率）；
       Wa——吸水后材料的質(zhì)量；
       W0——吸水前材料的質(zhì)量。
  吸濕性是指材料在相對(duì)溫度為100%，溫度為20℃的環(huán)境中平衡時(shí)的濕度，若用公式表示：
 
式中   Hb——材料吸水達(dá)到平衡時(shí)的含水量（吸水率）；
       Wb——吸水后材料的質(zhì)量；
       W0——吸水前材料的質(zhì)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(hù)套材料在和各種油類(lèi)接觸時(shí)，抵抗油類(lèi)對(duì)這些高分子絕緣和護(hù)套材料的溶解或溶脹的能力稱(chēng)耐油性。
  耐油性對(duì)于使用中接觸油類(lèi)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(guò)程可以看作是兩種液體的簡(jiǎn)單混合過(guò)程，但時(shí)間較長(zhǎng)。由于熱運(yùn)動(dòng)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(chǎn)中用浸油后力學(xué)性能的變化來(lái)確定耐油性的大小。即在規(guī)定的油中，在一定的溫度下，高分子絕緣和護(hù)套材料浸入一定的時(shí)間后，測(cè)出其浸油前后的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化率。
  浸油前后抗張強(qiáng)度變化率（稱(chēng)耐油系數(shù) ）：
 
式中： ---浸油前后抗張強(qiáng)度變化率；
 ---    浸油后抗張強(qiáng)度；
 ---浸油前抗張強(qiáng)度。
浸油前后斷裂伸長(zhǎng)率變化率（稱(chēng)耐油系數(shù) ）：
 
式中： ---浸油前后斷裂伸長(zhǎng)率變化率；
 ---    浸油后斷裂伸長(zhǎng)率；
 ---浸油前斷裂伸長(zhǎng)率。
2.4.3  耐熱性
  耐熱性是指高分子材料，在短期或長(zhǎng)期承受高溫，或在溫度劇變時(shí)，仍能保持良好的力學(xué)性能和電絕緣性能的能力。
  電線(xiàn)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(xiàn)電纜和各種電氣設(shè)備，在加工和運(yùn)行中，電介質(zhì)總是處在一定溫度下工作。例如導(dǎo)體或磁性材料的發(fā)熱要傳到電介質(zhì)中，電介質(zhì)本身因介質(zhì)損耗也會(huì)發(fā)熱。用于航空火箭等飛行器上的塑料安裝線(xiàn)，一般在350℃下工作，有的甚至要耐受500℃的高溫。當(dāng)飛行器進(jìn)入同溫層時(shí)，氣溫驟然降到-70℃左右，在溫度的沖擊下，材料內(nèi)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(chǎn)品由于短時(shí)過(guò)載，電流使材料的溫度短時(shí)升高而導(dǎo)致材料軟化變形、分解等。橡皮和塑料電線(xiàn)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(zhì)的工作溫度，對(duì)于電工產(chǎn)品提高容量，縮小體積，減輕重量，延長(zhǎng)壽命和降低成本等都具有非常重要的意義。
  工業(yè)上常用高聚物承受一定的應(yīng)力后，達(dá)到一定的變形時(shí)所對(duì)應(yīng)溫度作為熱變形的指標(biāo)，如馬丁耐熱溫度、維卡軟化點(diǎn)、熱變形等。如塑料維卡軟化點(diǎn)指熱塑性塑料在液體傳熱介質(zhì)中，在規(guī)定的負(fù)荷和等速升溫的條件下,試樣被1mm2壓針頭壓入1mm深時(shí)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(xiàn)電纜較好的物理力學(xué)性能，以滿(mǎn)足使用要求的能力。
  當(dāng)材料冷至低溫時(shí)，其變形能力逐步消失，變?yōu)橛泊啵瑴囟冉档揭欢ǔ潭?，材料即使受到很小的變形也?huì)斷裂，這個(gè)溫度稱(chēng)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(biāo)。
  材料冷卻至低溫時(shí)，因分子被凍結(jié)而產(chǎn)生較大的收縮，使內(nèi)部變形，不產(chǎn)生松弛，伸長(zhǎng)率降低。當(dāng)電纜彎曲時(shí)，變形增大，而導(dǎo)致機(jī)械開(kāi)裂，給絕緣造成大的缺陷。特別是有機(jī)絕緣材料比金屬材料的收縮來(lái)的大，因此它與電纜中的導(dǎo)體相配合是很重要的。
第五節(jié) 化學(xué)性能
2.5.1  耐燃性
  材料抵抗明火燃燒的能力稱(chēng)為耐燃性。在實(shí)際上不燃燒的材料是極少的，電線(xiàn)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(dāng)離開(kāi)火焰時(shí)它能自行熄滅的能力稱(chēng)為耐燃性。對(duì)于船舶、飛機(jī)、礦井及軍事上用的電線(xiàn)電纜的絕緣和護(hù)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(shuō)來(lái)，在分子中存在氧和氫原子時(shí)將增加可燃性，而當(dāng)存在鹵族原子如氯、溴時(shí)將減少其可燃性。材料耐燃性可以用氧指數(shù)OI（在氮?dú)夂脱鯕猓∟2+O2）的混合氣體中，維持蠟燭狀試樣穩(wěn)定燃燒所需的zui低氧含量）表示，氧指數(shù)越高，材料越不易燃燒。通常將氧指數(shù)小于22材料稱(chēng)為易燃物。
  電線(xiàn)電纜用聚合物材料，按其耐燃性的程度，可分為五類(lèi)：
（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(jīng)燃燒后剩下無(wú)機(jī)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(xiàn)電纜在核輻射作用下，保持使用性能的能力。
    輻射線(xiàn)主要是γ射線(xiàn)，中子射線(xiàn)，它將引起絕緣材料的電阻系數(shù)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(chǎng)合下保持使用性能的能力。在高電壓強(qiáng)度作用下，由于表面電暈放電，空氣擊穿以及材料內(nèi)含有氣泡擊穿放電，都會(huì)產(chǎn)生臭氧。因此對(duì)于6KV以上電壓等級(jí)的電纜，其抗臭氧而不開(kāi)裂的能力是很重要的。
    臭氧是一種強(qiáng)烈的氧化劑，它與橡皮中的雙鍵反應(yīng)較分子氧更為強(qiáng)烈。臭氧濃度越大，則裂縫出現(xiàn)越快，當(dāng)濃度達(dá)0.01%時(shí)，被拉伸的橡皮在幾分鐘內(nèi)就會(huì)*開(kāi)裂。
    橡皮的耐臭氧性情況是：
  （1）耐臭氧性?xún)?yōu)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(guò)耐臭氧試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)確定的。
................中國(guó).綠寶電纜（集團(tuán)）有限公司