数据线材简介课件.ppt
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1、線 材 簡 介前 言電線電纜之主要材料為導體與絕緣材質,茲做以下簡介:導體:鐵線鋁線銅線銀線 金線光纖絕緣材料:紙布漆塑膠橡膠雲母高分子塑膠材料 由於材料不斷的研究改進,使得電線電纜行業由早期的銷售技術競爭演變到生產設備競爭及現階段材料技術競爭。除了交期要快,物美價廉為當今客戶所要求的目標。而交期要快,可更換效率高的設備,好設備可用金錢可買到,但是好的材料、好技術就得靠時間與經驗去學習。電線製程工段簡介伸線絞銅芯線絕緣押出纏繞包紮編織編織對絞集合包紮二次押出編織外被檢驗裁包檢驗入庫銷貨鍍錫銅線PVC粒紙帶鋁箔麥拉帶不織布地線排線押出檢驗基本結構DRAINPVC PVC 粒製造流程:粒製造流程:
2、PVC粉其他化學原料攪拌押出切粒冷卻入桶磅重裝袋PVC粒入庫對色特性檢驗 伸銅工程:電鍍-中伸-細伸 絞銅工程:將單銅絞成束 芯線工程:導體上包覆一層絕緣材料 對絞工程:兩條單芯線絞在一起成對 集合工程:單條多芯線或對線絞成束 包帶工程:包帶材料以捲包或縱包方式包紮於電線上 纏繞工程:細金屬線以螺旋狀纏繞於電線上 編織工程:細金屬線以交叉方式編織於電線上 外被工程:PVC或其它絕緣材料被覆於在製品上 裁包工程:將成品裁成條或卷,並包裝各工程簡介:導體:只要有傳導性之金屬均可以作為導體,但因關係到傳導性及價格,所以一般會作為導體之材質並不多,一般常用之材料,鍍錫銅(TA)、裸銅(BA)、先絞後鍍
3、銅(TC)、銅包鋼(CCS)、鍍銀線(SA)銅由於具有良好的電氣特性、物理特性及較低的成本。銅是目前應用範圍最為廣泛的一種金屬材料。銅具有良好的加工性能比較容易成形,另外作為導體材料他既可以直接使用(裸銅)也可以直接鍍上其他金屬後(銀、錫、鎳)再使用。在加工過程中所有的銅材多為”硬銅”,因此為了增加他的柔韌性,對於硬銅大多需要進行熱處理後才會使用。不論是硬銅還是經過退火處理之後的軟銅,在市場上均可以購買。但軟銅主要應用於對彎折性要求較高的產品上。基本產品結構導體的稱呼:標示導體習慣上先寫條數,斜線之後寫出直徑或單條之AWG,其後再給予材料的符號,直徑單位以mm為單位,TC表示鍍錫銅、裸銅以BC
4、表示,經絞合後之導體代碼:7/0.16TC 7代表7條、0.16TC表示素銅材線徑。一般導體會使用到的相關特性有直徑,截面積,重量.(單位以公制稱呼與英制稱呼)為了方便識別,在電線行業區分線材的規格稱為線號,線號有幾種不同的表示方法,AWG、BWG、SWG、mm2.一般電腦線廠所使用導體稱呼為AWG(美國線規標準),在線規標準內未規定所使用導體之條數,只要是導體直徑(Solid)與截面積(Stranded)符合UL規定即可稱為相同之AWG,在規範內可分為:Solid與Stranded兩種對照表,相關規定參照UL 758 Page 26-1內容有相關之規定.LAY-絞距,導體中某一股線沿著中心軸
5、纏繞一圈之直線距離,又稱為節距(Pitch)為了確保產品信賴度,避免使用時斷股,所以需將導體絞成束,以增加其抗張強度。導體絞距在UL上有規定,導體使用多大之AWG絞距就必須使用多大之絞距,在UL758 Page 26內有規定最大之絞距,所以製造時就必須考慮到符合UL之規定,若絞距過小時又浪費銅材,所以必須兼顧特性與規定。銅材絞合外徑在UL規範上有一參考公式可以運用:n*d*1.155,若為7芯絞合可將d*3換算為絞合外徑。導體選用 1.產品使用特性會有彎曲拉扯之要求時,導體需選用多股 O.D.較小,絞距較密之導體,以增加其抗張強度。單條 的導體回復彈性不好,但是容易固定彎曲,但是不耐彎 曲。2
6、.選用鍍錫銅為防止導體氧化 3.產品使用長度越長,容許電流越小,需選用導體O.D較大 ,AWG.數較小之絞銅,因其導體電阻 R=*L/A,與長度(L)成正比,與截面積(A)成反比。4.產品測試頻率要求在200HZ以上時,因會有10%之介電 損失,所以需選用導體O.D.較大,AWG數較小之絞銅。名稱符號比重熔點()導電係數百分比銀Ag10.5960.8109金Au19.3106370.8鋁Al2.766061.2銅Cu8.921083100鎘Cd8.6432022.7鐵Fe7.86153517.2鉛 Pb11.33277.9錫 Sn7.2823115常用金屬材料特性備註:導 電 係數以銅為基準(
7、2 0)絞合結構Bunch束絞 此結構是將多條導體沿著一定的方向絞合在一起,這種絞線的幾何結構無法詳細的描述。由於這種橫截面並不固定其直徑也不固定,所以再生產過程中不能很好的進行押出生產。進幾年來通過在幾何結構上對導體進行合理的排列,以及提供一個比較穩定的直徑,已經在很大程度上緩解了這種絞線截面不穩定的缺點。此種排列就叫Smooth Bunch Constructions。True Concentric同心層絞 此種結構是一將絞向相同導體圍繞著同一個中心軸的導體形成的內部結構,每一層的絞向都與上一層的絞向相反,在各個層上導體絞距不斷增加。Equilay同心層絞 此種結構與Concentric完
8、全相同,只不過在各個層上導體的絞距要完全相同。Unidirectional Concentric單向同心層絞 此種結構與True中Concentric完全相同,只不過在各個層上導體的絞向要完全相同。它具有同樣的絞向和在每層的絞距不斷增加 Unilay單向同心層絞 與上面的Concentric完全相同,只不過各層絞距要相同。Rope層型索絞導體或複合絞 以上提到的多種絞線結構中,將一絞合的導體看成單導體之後再次進行多股導體的絞和之後,所形成的線材。這種結構的絞線具有良好的韌性,多用於非常柔軟的細線中。銅導體輸送電流的能力 導體輸送電流的能力通常用導體中輸送電流的最大電流強度來表示,這個最大電流強
9、度是指當導體中有此電流流過時,不會將導體熔化也不會使絕緣層溶化。很多因素都會約制導體所能流過的最大電流,其中主導作用的是如下幾個:Conductor Size:導體的截面積越大,那麼該導體可輸送的電流強度就越大。Insulation:導體中有電流流過時,因收熱量之後的絕緣層溫度溫度不可超過絕緣材料的最大使用溫度。Ambient(surrounding)Temperature 環境溫度:環境溫度越高,那麼達到絕緣層使用時所需的熱量就越少。Installation Conditions:安裝條件 當把線材安裝在一個比較封閉的管或者是槽內時,由於不易散熱線材的最大承受電流的能力相對於安裝在蔽開環境中
10、的線材是降低的。不過這種弊端可以通過正確的通風設施和空調設備加以解決。考慮到所有的引響因素,我們幾乎無法得出一條相對於導體的額定電流曲線,下面這圖只能給我們提供參考而已。Conductor size(in AWG)10c Temp Rise35c Temp RiseAWG/AMPACITY CHART導体尺寸電流3028123Current(in Amperes)9654871020905040807060100262422201816No.of ConductorsCABLE CONDUCTORSDERATING FACTORS FOR141210831-10016-306-154-52-3
11、1(安流量).38.53.72.81.951.0Factors絕緣芯線 一般材質選用與線徑之決定,除了需考慮產品特性需求外,必須符合UL安規規定,在UL 758-1內會規定最小厚度與平均厚度、材質,所以線徑之設計上,會先考量符合UL安規要求後,再進行產品特性要求之設計。PVC(熱塑性聚氯乙烯):由於所要求特性不同,我們可以有多種PVC形式可以選擇。總和來說PVC成本低廉,擠押加工性良好,具有優良的電氣及物理特性是目前使用範圍最為廣泛的一種絕緣材料。性能最佳的PVC的使用溫度範圍是-55105,其他使用溫度為-2080的乙烯樹酯所形成的。PVC具有優異的耐燃性分子結構和耐磨性,另外他還不易被有機
12、溶劑及酸鹼所腐蝕。PVC具有良好的非移型性,由於PVC無臭無味無毒它可以在食品及醫療上得到使用。另外PVC的高介電常數它是顯示出高電容能力和低衰減的特性,這使它可以應用到Wire&Cable領域。但是PVC的彈性較差這使它不能很好的應用到彈性線材中,而在低溫下PVC 較脆。這就使在低溫下仍要求線材要十分柔軟的情況下,PVC應盡量不使用。PVC用於Cable的外被絕緣和Wire的絕緣材料。SEMI-RIGID PVC(半硬PVC):一種耐磨性非常好的PVC絕緣材料。對於3016AWG的導體,10mil的厚度及可以滿足UL1061 80 300V安規。Polyethylene(Thermoplas
13、tic)熱塑性PE:由於具有良好的電氣特性,PE廣泛使用在同軸線材和要求線材電容較低的Cable上。雖然PE是可燃的但是我們可以向其中添加阻燃劑。PE 的使用溫度一般介於-6580之間,在這個溫度範圍之內高、中、低密度的PE都是比較硬的。另外PE可以通過發泡使的介電常數降低至1.5。這使它十分適合做同軸線和其他低電容的傳輸線,PE也可以作為一種絕緣線材使用在Cable外被上。以下為幾種進行加工後的PE介紹:1.發泡PE:發泡PE可以使介電常數降低至接近1.5,對於那些需要傳輸速度非常高的Cable來說,這是一種非常理想的材料。PE一但發泡之後抗張強度及引伸率、耐壓強度都會降低原來特性,但是即使
14、降低之後它們的值也依然可以接受。2.交聯PE:其使用溫度可以達到150,交聯把熱塑性的PE轉變成熱固性的材料,使的材料的耐壓強度、熔點、硬度和耐腐蝕性都獲得了提高。3.耐燃PE:PE是一種易燃的材料,但我們通常在其中添加阻燃劑來獲得耐燃性較好的PE。但是阻燃劑通常會引響PE的那些好的特性,如:介電常數、絕緣強度等。Polypropylene熱塑性PP:PP的許多特性和PE相似,而且它們的用途也很類似。PP的使用溫度是-3080,它也可以經過發泡來提高電氣特性。Polyurethane PU(聚安酯):在低溫下,PU依然十分柔軟並且具有較高的抗張強度和彎曲壽命。PU具有良好耐水性、耐化學腐蝕、耐
15、磨性,同時也有良好的耐撕裂性。由於增塑劑能夠發生移型從而汙染其他的化合物,另外使用增塑劑的材料老化後材質會變脆,因此在PU中應不再使用增塑劑。PU也是易燃材料,但是我們也可以添加阻燃劑使材料不易燃燒。當然這會引起它抗張強度的降低。PU一個極大的不足之處是它的電氣特性相對欠缺這就是它僅限制到在外被上進行使用,由於PU良好的伸縮性在低溫下也要求的軍事裝備上得到了使用。PU可以分為聚酯類與聚醚類,聚酯類具有良好的機械特性,適用於運動鞋底、溜冰鞋及機械零件。聚醚類有耐水及抗發霉之特性,適用於電線電纜及水管等用途。NYLON(尼龍):作為絕緣材料使用時,尼龍顯示了良好的韌性、耐磨性和抗腐蝕性。尼龍主要使
16、用在那些要求擠壓出的絕緣層要非常柔軟的地方,尼龍的摩擦係數非常低。在那些經常彎曲的地方使用尼龍將是一個非常好的選擇,尼龍具有吸濕性在吸收水份之後將會降低它的電氣特性。TPR(熱塑橡膠):在很多地方是作為熱固橡膠的代替物而發展起來的,與熱固橡膠相比其優勢主要體現在可以染色高、加工速度較快和較寬的使用溫度範圍。TPR具有良好的耐熱性、耐候性和抗老化性,無須使用添加劑。在使用中可能對TPR的抗撕裂性要求不高,但作為橡膠它的其他特性是需要考慮的。EFLON FEP(鐵氟龍FEP):由於擁有優良的特性,FEP是目前使用最為廣泛的一種鐵氟龍。儘管FEP也不是熱固性材料但是FEP卻十分耐燃,今後隨著價格的下
17、降以及製成能力的提高FEP在線材及軍事領域上的應用更為廣泛。FEP也可以”發泡”,這可以改善它的傳輸特性。TEFLON TEP(鐵氟龍TFE):目前鐵氟龍的價格示高級PVC的612倍。TFE具有優良的介電常數,不但穩定而且係數小。另外TFE為熱固性材料,這使它可以在比較熱的金屬上(如電烙鐵)使用而且不至破壞。ETFE TEFZEL&ELTFE HALAR 儘管不具有FEP那樣優良的電氣特性,但是ECTFE和ETFE卻在柔韌性和機械強度方面要優於PFA和FEP。另外ECTFE和ETFE能夠通過光輻射的方式變成熱固性材料。ECTEF也可以”發泡”方式提高傳輸特性或降低它在使用時的重量。絕緣材料辨別
18、:1.可塑性與不可塑性之最簡易區分,可用滾筒素練判別,若無滾筒,可用軟化點判別,即將材料直接受溫,若在200以下融化,表示可塑性,若不融則表示不可塑性(鐵弗龍例外300)。2.PE與PP最不容易辨別,通常用燃燒來區分,PP燃燒時不易低落,且略有臭味,PE燃燒時會低落,但無臭味。3.PVC燃燒冒略帶黃綠色黑煙,有臭味帶酸。4.其他則需靠軟化點來判別。集合將已完成之絕緣芯線絞合一起稱之為集合,集合有絞向之分;絞向分成左向、右向,所謂左右向是簡易稱呼,正確應以S絞(右絞)、Z 絞(左絞)稱呼。Lay Direction(絞向):導體或芯線絞合之方向,正確看法應以一定點面向機器看其軸心旋轉方向或以絞合
19、的撚合方向(Direction of Lay)來看,其簡易看法為取一段完成品直立於目視者前方,若線材向右頃斜則為右向,反之為左向。但在曲線半成品集合時,絞向會影響曲線Coil部份之彈性,若Coil為左向(逆時針)時,集合絞距必須為左向,若方向不一時曲線彈性會有影響。ZS1.絞距:集合線材要柔軟時絞距要加大,若有搖擺測試要求時絞距要縮小,在其搖擺時芯線才有伸縮之空間,因為單條芯線絞距變大時近似成一條直線,已沒有伸縮空間,使用時經彎折易容易造成斷線,必須取其平衡點。但在絞合AE線材時要特別注意其絞距,絞距要縮小不可跟一般AEB線材一樣之絞距,因只包鋁箔時會包不緊造成押出時外觀不良,絞距又有另外一種
20、簡易算法即絞合外徑*1518即其絞距設定。2.排列:一般集合排列客戶未指定時,廠內排列為依色碼由內而外逆時針方向排列。客戶會指定排列時與其在加工時接線及傳輸有關,所以客戶指定排列時要注意其排列位置。產品結構內如同時存在Power與Signal電子線時因會造成干擾,必須將其分開排列,所以客戶在於提供相關訊息及功能時相當重要。客戶焊線加工之方便性,亦是設計排列時必須考慮重點。3.填充之目的是為使線材絞圓,使其在押外被時不會因為不圓而影響外觀,若線材有要求搖擺測試時則要考慮到填充之材料,一般需要搖擺測試之線材之填充材料會考慮使用棉紗作為填充材料。填充材料常用有PP帶、棉紗、PVC填充條。4.外觀:線
21、材是否絞圓,與成品外觀是否平順有絕對關係,由其成品厚度在0.7mm以下時,關係度更為顯著,所以線材絞合時是否加填充物,填充物位置擺放均很重要,填充物會增加客戶加工上麻煩,非必要儘可能不加。填充物類型1.實心塑料:這種填充物的典型是PVC及PE填充條,這種填充物大小可以任意選定,他們多在線材裡面使用。2.紙:這和填充物多在電源線(SJT、SVT)中使用,因為他們有其耐燃和防潮性。3.發泡PP帶:主要用於填充線材的縫隙,也是電腦線中使用最為廣泛的一類填充物。4.棉紗、人造纖維:由於具有比較不錯的填充效果和較低的成本,這種填充物是實心塑膠和發泡pp帶之間的一種比較不錯的折衷選擇。5.Kevlar:價
22、格比較高,主要用於增加線材的強度當對線材的抗張強度有特殊要求時將可能用到這種填充物。Kevlar主要用於光纖中用來提高他的強度和耐衝擊性。6.PP帶和PE帶:通常用在多芯線絞在一起的時候,另外有時候它們也會在導體和絕緣線層之間當隔離層來使用。7.尼龍和紡織線:使用尼龍多是為了增加線材的壽命,尼龍和紡織物有時候也會使用在電話線中,用他們在顏色不同的電話線紮起來區分這些線。遮蔽:遮蔽的目的是要將輻射能限制在一個特定範圍內,或是防止輻射能進入遮蔽體內部,造成訊號傳輸干擾,遮蔽一般可分為編織與纏繞、包帶(鋁箔、銅箔)。包帶:A單面鋁箔(一面為導電面、一面藍色為加麥拉代為不導電面)註:鋁箔本身無延展性
23、DA雙面鋁箔(兩面皆為導電面中間一層麥拉帶)M麥拉帶(廠內有全透明及黑色透明兩種)F不織布 L發泡PP帶 T紙 編織(Braid shield):編織是最常用的遮蔽方式,其通常的形式是在芯線外加一層或多層由多數金屬線編織的網狀隔離。(最常用的金屬線為銅線或鋁線)纏繞(Spiral):纏繞的製作方法是將一束導體以螺旋型方式纏繞在導體周圍。鋁箔(AL-Foil):鋁箔有單面、雙面的全鋁箔二種形式,在減少ESD的問題上鋁箔是一種非常好的選擇。導電尼龍帶:儘管這種導電麥拉帶存在著導電性不一的缺陷,但它可以降低摩擦起電,在音頻領有廣泛的應用。導電塑料:它及可以用作遮蔽也可以在高壓上當作減少電弧的一種形式
24、,由於其本身的導電不一致性,這種材料也必須同其它材料一起使用。導電織物(Conductive Textiles):這種方法是使用已經鍍上金屬的紡織線然,後把這些線編織或纏繞到待遮蔽的線材上,只有當對線材的韌性有特殊要求時才會使用這種遮蔽方式。編織:編織最常使用的線材是鍍錫銅、裸銅和鋁線,在編織的時候分別一順時針或逆時針方向將多股金屬線交織在一起。編織提供了非常好的整體結構,具有良好的柔韌性和彎曲壽命。在抗低頻干擾以及導體阻抗方面它都優於鋁(Foil),在傳遞音頻信號方面,採用編織是一種很有效的方法。通常情況下編織率越高,遮蔽的效果越好,但是編織效果與成本的協調性是一個必須考慮的問題。最常用的編
25、織率是介於85%95%之間。編織率想達到100%幾乎是一件不可能的事,另外在進行編織時一定要選擇適當的編織角度、編織錠數、條數、每條的OD等。總合來說,編織比其他的遮蔽形式要重要一些,因為每一束編織線都是多條金屬絲的合成。纏繞:纏繞是將金屬線(多為銅線)以螺旋方式包紮在芯線外面而形成,韌性好、彎曲壽命高,易加工以及高達97%的遮蔽率是纏繞這種遮蔽方式的優勢所在。它也非常適合在音領域使用,大家公認的一個原則是在頻率高於音頻時,由於自身電感的作用纏繞的效果是很差。Foil Shields:Foil Shields 通常採用鋁箔加上聚酯膜或是PP膜,這層膜的主要作用是增加Foil機械強度和提供一個絕
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