機電工程管理與實務/1H411010 機電工程常用材料

1H411011 常用金屬材料的類型及應用

一、黑色金屬材料的類型及應用

（一）黑色金屬材料的類型

• 黑色金屬（ferrous metal，鐵類金屬）材料以黑色礦物質為原料，經採選、冶煉、壓延或鑄造等形成的鋼產品，是以鐵和碳為主要元素組成的合金，含碳量一般在2%以下，並含有其他元素材料。
• 黑色金屬（鋼鐵）材料通常分為：生鐵、鋼、半成品和最終產品。也可按照生產工序、外形、尺寸和表面狀態對黑色金屬進行分類。

1.生鐵（pig iron）

定義：含碳量超過2.11%並有一定數量非鐵雜質的鐵碳合金。生鐵質硬且脆、缺乏韌性。漢語命名源於鐵杵爐後未經炒制，故名為生鐵。
（1）生鐵是在熔融條件下可進一步處理成鋼或鑄鐵。生鐵一般以鑄錠及類似的固體塊或顆粒等形式交貨。
（2）生鐵分為煉鋼用生鐵、鑄造用生鐵、球墨鑄鐵用生鐵、耐磨生鐵、脫碳低磷粒鐵、含釩生鐵。

2.鋼（steel）
定義：以鐵為主要元素，碳含量一般在2.0%以下並含有其他元素的金屬材料。按化學成分分類為：非合金鋼、低合金鋼、合金鋼。
（1）低合金鋼按主要質量等級分類為：普通質量低合金鋼、優質低合金鋼、特殊質量低合金鋼。
（2）合金鋼按主要質量等級分類為：優質合金鋼、特殊質量合金鋼。

3.鑄鐵（cast iron）
定義：鑄造法生產的碳含量大於2%的鐵碳矽合金。其中還含有少量錳、磷、硫和其他合金元素。
鑄鐵牌號採用以化學成分或力學性能的表示方法。灰鑄鐵、球墨鑄鐵、抗磨球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、白心（黑心、珠光體）可鍛鑄鐵、抗磨白口鑄鐵採用力學性能的表示方法，力學性能值排在鑄鐵代號之後；當牌號中有合金元素符號時，抗拉強度值排列於元素符號及含量之後，之間用-隔開，例如：抗磨球墨鑄鐵牌號為QTM Mn8-300，Q代表「球墨」，T代表「鑄鐵」，M代表「抗磨」，8含義為含Mn量為8%，300即抗拉強度。

4.鑄鋼（cast steel）
定義：鋼液流動性充填性好，適宜採用鑄造工藝方法鑄成一定形狀，並以鑄件形式使用的鋼。我國鋼號前面加ZG表示。合金鑄鋼分為耐熱鑄鋼（ZGR）、耐蝕鑄鋼（ZGS）、耐磨鑄鋼（ZGM），牌號表示方法實例分別為ZGR40Cr25Ni20、 ZGS06Crl6Ni5Mo、ZGM30CrMoSiMo。

（二）黑色金屬材料的應用
1.鋼板和鋼管
鋼板（steel plate）：用軋機軋製成板狀的鋼材。分熱軋的薄、中厚、厚和特厚鋼板及冷軋鋼板。
鋼管（steel pipe）：含碳量小於2%的鐵碳合金鋼錠或鋼坯，經軋制、卷焊或熔鑄而成的金屬管。
例如，建築管道材料的應用：
（1）生活污水應使用鑄鐵管或非金屬管材（塑料管、混凝土管）。
（2）雨水管宜使用鑄鐵管、鍍鋅和非鍍鋅鋼管或非金屬管材。
（3）室內熱水供應系統應採用鍍鋅鋼管、銅管和非金屬管材。
（4）室內採暖系統應用焊接鋼管和鍍鋅鋼管。
（5）室外生活給水管道應採用鍍鋅管、給水鑄鐵管、複合管或塑料管。
（6）室外排水管道應採用排水鑄鐵管和非金屬管道。
（7）室外供熱管網的管材應按設計要求。當設計未註明時，應符合下列規定：管徑小於或等於40mm時，應使用焊接鋼管；管徑為50〜200m時，應使用焊接鋼管或無縫鋼管；管徑大於200mm時，應使用螺旋縫焊接鋼管。

2.型鋼（section steel）
定義：具有確定斷面形狀且長度和截面周長之比相當大的直條鋼材。
（1）型鋼按截面尺寸、形狀範圍將型鋼分為：工字鋼、 槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼、H型鋼等。
（2）型鋼表面不得有裂紋、結疤、摺疊、夾渣和端面分層，允許有深度（髙度）不超過厚度公差之半的局部麻點、劃痕及其他輕微缺陷，但應保證型鋼缺陷處的最小厚度。

3.法蘭（flange）

快速盲法蘭

鋼製法蘭可用鍛件、板材、鑄件和鋼管材料加工；石油化工、壓力容器鋼製法蘭用的材料為板材和鍛件。

4.閥門（valve）

旋塞閥

鋼製閥門包含：閥體、閥蓋或蓋板等承壓件。閥門型號由閥門類型、驅動方式、連接形式、結構形式、密封面或襯裡材料、壓力、閥體材料七部分組成。
閥門的分類：
（1）按行業分：通用閥門、工業閥門、石化工業閥門、核電廠閥門、建築閥門等。
（2）按結構分：閘閥、截止閥、節流閥、球閥、蝶閥、隔膜閥、旋塞閥、止回閥、 安全閥、減壓閥、疏水閥、排污閥、調節閥、分配閥、混合閥、水力控制閥等。
（3）按驅動方式分：手動閥門、電動閥門、液壓閥門或氣動閥門。
（4）按溫度和壓力分為：低、中、高、超高壓閥門；高、中、常、低、超低溫閥門。

二、有色金屬材料的類型及應用

（一）有色金屬的類型
1.有色金屬又稱為非鐵金屬（non-ferrous metal），是鐵（Fe）、錳（Mn）、鉻（Cr）以外的所有金屬的統稱。
2.鋁（Al）、鎂（Mg）、鈦（Ti）、銅（Cu）、鋯（Zr）、鎳（Ni）、鈷（Co）、鋅（Zn）、錫（Sn）、鉛（Pb）等有色金屬冶煉產品類別包括：電解銅（陰極銅）、重熔用鋁錠、鋅錠、鉛錠、錫錠、電解鎳等有色金屬及其合金。
（二）有色金屬材料的應用
1.鋁及鋁合金
（1）容器
1）按照現行行業標準《鋁製焊接容器》JB/T 4734—2002的設計、製造、檢驗和驗收規定，可以生產常壓容器和設計壓力大於8MPa的壓力容器。
2）容器用鋁及鋁合金材料應當具有良好的耐蝕性能、力學性能、焊接性能、成型性能及其他工藝性能和物理性能，能滿足容器的使用與製造要求，並考慮經濟合理性。
3）空氣分離設備的鋁製件不得接觸鹼液。
（2）管道
1）鋁及鋁合金管一般用於設計壓力不大於1MPa，介質溫度不超過150℃的工業管道，可輸送濃硝酸、醋酸、蟻酸、磷酸、脂肪酸、硫化氫、碳酸氫銨、尿素等介質。
2）鋁及鋁合金管可用於深冷裝置、液化裝置、空分裝置及食品冷凍等管道系統。
3）鋁及鋁合金管可用於不允許有鐵離子污染介質的管道系統。
2.銅及銅合金
（1）空調與製冷設備
家用空調、冰箱（冰櫃）、中小型中央空調及製冷設備用銅及銅合金無縫管應符合現行國家標準《空調與製冷設備用無縫銅管》GB/T 17791—2017的規定，常用材料有：無氧銅（TUO）、磷脫氧銅（TP1）、純銅（T2）、錫青銅（QSn0.5-0.025）。
（2）空氣分離設備：空氣分離設備的黃銅製件不得接觸氨氣。
3.鎳及鎳合金
（1）容器生產
1）鎳及鎳合金壓力容器的設計、製造、檢驗和驗收要求，應符合現行行業標準《鎳及鎳合金制壓力容器》JB/T4756—2006的規定。鎳及鎳合金制常壓容器亦可參照本標準。
2）容器用鎳及鎳合金材料應當具有良好的力學性能、焊接性能、成型性能及其他工藝性能和物理性能，尤其是在容器具體的腐蝕介質條件下，材料經製成容器後，能具有優良的耐腐蝕性能，不但包括耐均勻腐蝕性能，必要時還包括耐晶間腐蝕性能和耐應力腐蝕性能等耐局部腐蝕性能。能滿足容器的使用、製造與檢驗要求，並考慮、經濟合理性。
3）鎳及鎳合金的複合鋼板的熱處理制度應根據對耐蝕性能和力學性能的要求確定。
4）當鎳合金容器要求進行晶間腐蝕敏感性檢驗時，其所用焊條和焊絲也應進行相同方法與合格指標的晶間腐蝕敏感性檢驗。
（2）工業管道
1）鎳及鎳基合金的使用溫度上限值受介質或所處環境影響，例如：不含硫化氫的環境使用溫度上限值較高，使用介質為蒸汽的環境較低，含硫環境更低，含硫環境呈還原性比呈氧化性還低。
2）鎳及鎳基合金在蒸汽環境中，鎳、鎳銅、鎳鉻鐵、鎳鐵鉻的使用溫度上限依次提高。
4.鈦及鈦合金
（1）容器生產
1）鈦制焊接容器包括：殼體部件等為全鈦、襯鈦、複合板制容器。
2）按照現行行業標準《鈦制焊接容器》JB/T 4745-2002的規定，可生產常壓容器及設計壓力不大於35MPa的鈦制壓力容器。
3）所有容器用變形鈦及鈦合金材料的供貨狀態應為退火狀態（M）。
（2）其他
鈦及鈦合金已被廣泛使用在化工、石油、石化、真空製鹽、製藥、海水淡化、電力等工業中。尤其是鈦能較好地抵抗氯離子的侵蝕，所以，鈦材使用在與氯相關的介質中較多，如離子膜法燒鹼生產中已大量使用鈦材製造設備、管道和管配件等。還有甲酸、醋酸、環氧丙烷等化工項目中均採用鈦管道輸送介質，以解決管道腐蝕問題，延長管道使用壽命。
5.貴重金屬
貴金屬主要指金、銀和鉑族金屬。按照生產過程，併兼顧到某種產品的特定用途，貴金屬及其合金牌號分為冶煉產品、加工產品、複合材料、粉末產品、釺焊料五類。
6.其他
鉛、錫及其合金管道不得用於B類流體（在環境或操作條件下是一種氣體或可閃蒸產生氣體的液體，能點燃並在空氣中連續燃燒）。

三、常用金屬複合材料的類型及應用

金屬複合材料是由兩種或兩種以上不同性質的金屬材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。
（一）金屬基複合材料的類型及用途
1.金屬基複合材料（metal matrix composite，MMC）的類型
（1）按用途可分為結構複合材料與功能複合材料。
（2）按增強材料形態可分為纖維增強、顆粒增強和晶須增強金屬基複合材料。
（3）按金屬基體可分為鋁基、鈦基、鎳基、鎂基、耐熱金屬基等複合材料。用於太空、航空、電子、汽車等工業中。
（4）按增強材料可分為玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、石棉纖維、金屬絲等。
2.金屬基複合材料的特點及用途
金屬基複合材料具有高比強度、高比模量、尺寸穩定性、耐熱性等主要性能特點。用於製造各種太空、航空、汽車、電子、先進武器系統等高性能結構件。
（二）金屬層狀複合材料的分類及用途
1.金屬層狀複合材料的分類
金屬層狀複合材料由幾層不同性能的材料通過熱軋、焊接工藝複合而成，與單組元合金相比，綜合性能優越，適合一些特殊工作環境。包括鈦鋼、鋁鋼、銅鋼、鈦不鏽鋼、鎳不鏽鋼、不鏽鋼碳鋼等複合材料。
2.金屬層狀複合材料的應用
金屬層狀複合材料可根據需要，製造不同材質的複合材料，具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、導熱導電性好、阻尼減振、電磁屏蔽，且製造成本低等特點。用於石油化工、太空、食品、醫藥、造船、電力、機械等行業，如壓力容器、儲罐、太空、航空零部件等。
（三）金屬與非金屬複合材料的特點及應用
1.鋼塑複合管（steel-plastic composite pipe）在鋼管內壁襯(塗)一定厚度塑料層複合而成的管材。它既有鋼管的強度和剛度，又有塑料管的耐化學腐蝕，具有無污染、不混生細菌、內壁光滑、不積垢、水阻小、施工方便、成本低等優點。廣泛應用於石油、化工、建築、通信、電力和地下輸氣管道等領域。
2.鋁塑複合管（aluminum-plastic composite tube）中間層為鋁管，內外層為聚乙烯或交聯聚乙烯，層間為熱熔膠黏合而成的多層管。具有聚乙烯塑料管耐腐蝕性和金屬管耐高壓的優點，有與金屬管材相當的強度，具有電屏蔽和磁屏蔽作用、隔熱保溫性好、重量輕、壽命長、施工方便、成本低等優點。廣泛應用於建築、工業等機電工程中。

1H411012 常用非金屬材料的類型及應用

一、矽酸鹽材料的類型及應用

以天然礦物或人工合成的各種矽酸鹽化合物為基本原料，經粉碎、配料、成型和高溫燒結等工序製成的無機非金屬固體材料，但括水泥、保溫棉、砌築材料和陶瓷等。
（—）水泥：以適當成分的生料燒至部分熔融，獲得以矽酸鈣為主要成分的矽酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細製成的水硬性膠凝材料。加水攪拌後成漿體，能在空氣中硬化或者在水中硬化，並能把砂、石等材料牢固地膠結在一起，廣泛應用在建設工程中。
（二）保溫棉
1.常用的保溫棉分類：保溫棉是由高純度的黏土熟料、氧化鋁粉、矽石粉、鉻英砂等原料製成的無毒、無害、無污染的新型保溫材料。常用的保溫棉有膨脹珍珠岩類、離心玻璃棉類、超細玻璃棉類、微孔矽酸殼、礦棉類、岩棉類等。
2.保溫棉應用：可進一步加工成纖維毯、板、紙、布、繩等製品，可廣泛應用於工業窯爐、鍋爐內襯、背襯隔熱耐火保溫；蒸汽機、燃氣機等熱工設備的隔熱保溫；高溫管道柔性隔熱材料、高溫墊片；熱反應器的保溫隔熱；各種工業設備的防火；電器元件隔熱防火；焚燒設備的隔熱保溫；模塊、摺疊塊及貼面塊的原料等。
（三）砌築材料
1.砌築材料性能。砌築材料種類很多，有各種類型的耐火磚和耐火材料，要求具有很好的耐高溫性能、一定的高溫力學性能、良好的體積穩定性、抗各種侵蝕性的熔渣及氣體的性能等。
2.砌築材料分類。按礦物組成分為氧化矽質、矽酸鋁質、鎂質、白雲石質、橄欖石質、含碳質、含錯質耐火材料等。例如，鎂質耐火材料是以鎂石作為原料，以方鎂石為主要礦物組成，方鎂石含量在80%〜85%以上的耐火材料，屬於鹼性耐火材料，抵抗鹼性物質的侵蝕能力較好，耐火度很高，是煉鋼鹼性轉爐、電爐、化鐵爐以及許多有色金屬火法 冶煉爐中使用最廣泛的一類重要耐火材料。
3.砌築材料應用。廣泛用於鋼鐵、有色金屬、石化、建材、電力等行業的高溫爐窯或高溫容器等熱工設備的內襯結構，也可作為高溫裝置中的部件材料等。
（四）陶瓷
1.陶瓷的特性。陶瓷是以黏土等矽酸鹽類礦物為原料，經粉末處理、成型、燒結等過程加工而成，具有堅硬、不燃、不生鏽，能承受光照、壓力等優良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。
2.陶瓷的分類
（1）按照原料來源可分為普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷是以天然矽酸鹽礦物為主要原料，如黏土、石英、長石等，其主要製品有建築陶瓷、電力絕緣陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等；特種陶瓷是以純度較高的人工合成化合物為主要原料的人工合成化合物，如氧化鋁陶瓷、氮化矽陶瓷、碳化矽陶瓷、氮化硼陶瓷等。
（2）按照陶瓷材料的性能和用途不同，可分為結構陶瓷、功能陶瓷。
3.陶瓷的主要用途
（1）陶瓷製品。用於防腐蝕工程，如管件、閥門、管材、泵用零件、軸承等。例如，氮化矽陶瓷主要用於耐磨、耐高溫、耐腐蝕、形狀複雜且尺寸精度高的製品，如石油化工泵的密封環、高溫軸承、燃氣輪機葉片等。
（2）結構陶瓷。用於切削工具、模具、耐磨零件、泵和閥部件、發動機部件、熱交換器等。
（3）功能陶瓷。用於能源開發、空間技術、電子技術、生物技術、環境科學等領域，如絕緣陶瓷、敏感陶瓷、介電陶瓷、超導陶瓷、紅外輻射陶瓷、發光陶瓷、透明陶瓷、生物與抗菌陶瓷、隔熱陶瓷等。
（五）特種新型的無機非金屬材料
1.普通傳統的非金屬材料
以矽酸鹽為主要成分的材料，並包括一些生產工藝相近的非矽酸鹽材主要有碳化矽、氧化鋁陶瓷，硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質、鉻鎂質耐火材料和碳素材料等。這一類材料生產歷史較長，產量較大，用途也較廣。
2.特種新型的無機非金屬材料
主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、矽化物以及各種無機非金屬化合物經特殊的先進工藝製成的材料。它是20世紀以後發展起來的，具有特殊性質和用途的材料。

二、高分子材料的類型及應用

（一）塑料
塑料是以合成的或天然的樹脂作為主要成分，添加一些輔助材料（如填料、固化劑、 增塑劑、穩定劑、防老化劑等），在一定溫度、壓力下塑製成型。按照成型工藝不同，分為熱塑性塑料、熱固性塑料。
1.熱塑性塑料（thermoplastics）
熱塑性材料是以熱塑性樹脂為主體成分，加工塑化成型後具有鏈狀的線狀分子結構， 受熱後又軟化，可以反覆塑製成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。優點是加工成型簡便，具有較好的機械性能，缺點是耐熱性和剛性比較差。例如，薄膜、軟管和塑料瓶等常採用低密度聚乙烯製作；煤氣管採用中、高密度聚乙烯製作；水管採用聚氯乙烯製作；熱水管目前常用耐熱性高的氯化聚氯乙烯或聚丁烯製造；泡沫塑料熱導率極低，相對密度小，特別適於用作屋頂和外牆隔熱保溫材料，在冷庫中用得更多。

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  薄膜
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  軟管
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  塑料瓶
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  煤氣管
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  泡沫塑料

2.熱固性塑料（thermoset plastics）
熱固性塑料是以熱固性樹脂為主體成分，加工固化成型後具有網狀體型的結構，受熱後不再軟化，強熱下發生分解破壞，不可以反覆成型。優點是耐熱性高，受壓不宜變形等，缺點是機械性能不好，但可加入填料來提高強度。這類塑料如酚醛塑料、環氧塑料等。例如，環氧塑料可用來製作塑料模具、精密量具、電子儀表裝置，配製飛機漆、電器絕緣漆等。
3.塑料製品：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，用於建築管道、電線導管、化工耐腐蝕零件及熱交換器等。
（二）橡膠
1.橡膠是具有高彈性的高分子材料，它是由生膠、配合劑、增強劑組成，按材料來 源不同分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠彈性最好，具有強度大、電絕緣性好、不透水的特點，也有較好的耐鹼性能，但不耐濃酸，能溶於苯、汽油等溶劑。
2.椽膠有天然橡膠、氯化橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丁酯橡膠等，用於密封件、襯板、襯裡等。例如，天然橡膠廣泛用於製造膠帶、膠管和減振零件等。
（三）纖維
纖維是具有很大長徑比和一定柔韌性的纖細物質。按原材料及生產過程不同，可分為 天然纖維、人造纖維與合成纖維。 1.天然纖維有棉花、麻、羊毛、蠶絲等。
2.人造纖維是利用自然界中的木料、蘆葦、棉絨等原料經過製漿提取纖維素，再經過化學處理及機械加工而成的。
3.合成纖維是利用石油、煤炭、天然氣等原料生產製造的纖維製品。常用的合成纖維（六大綸）有聚酯纖維（滌綸）、聚醯胺纖維（錦綸）、聚丙烯腈纖維（臘綸）、聚乙烯醇纖維（維綸）、聚丙烯纖維（丙綸）和聚氯乙烯纖維（氯綸）等。例如，滌綸常用做工業上的運輸帶、傳動帶、帆布、繩索等。
（四）塗料
塗料是一種塗覆於固體物質表面並形成連續性薄膜的液態或粉末狀態的物質。
1.塗料的主要功能是：保護被塗覆物體免受各種作用而發生表面的破壞；具有裝飾效果，並能防火、防靜電、防輻射。例如，塗塑鋼管具有優良的耐腐蝕性能和比較小的摩擦阻力。環氧樹脂塗塑鋼管適用於給水排水及海水、溫水、油、氣體等介質的輸送，聚氯乙烯（PVC）塗塑鋼管適用於排水及海水、油、氣體等介質的輸送。根據需要，可在鋼管的內外表面塗塑或僅塗敷外表面。
2.油漆廣泛用於設備管道工程中的防鏽保護。例如，清漆、冷固環氧樹脂漆、環氧呋喃樹脂漆、酚醛樹脂漆等。
（五）粘結劑
1.用來將其他材料粘接在一起的材料。通過粘附作用，使同質或異質材料連接在一起。按照粘結劑的基料類型分為天然粘結劑和合成粘結劑。
2.常用的粘結劑如環氧樹脂粘結劑、酚醛樹脂粘結劑、丙烯酸酯類粘結劑、橡膠粘結劑、聚酯酸乙烯粘結劑等。例如，環氧樹脂粘結劑俗稱「萬能膠」，具有很強的粘結力，對金屬、木材、玻璃、陶瓷、橡膠、塑料、皮革等都有良好的粘結能力；酚醛樹脂粘劑廣泛用於汽車部件、飛機部件、機器部件等結構件的粘接。

三、非金屬材料的類型及應用

（一）非金屬板材的類型及應用
非金屬板材一般有玻璃纖維複合板材、酚醛複合板材、聚氨酯複合板材、硬聚氯乙烯板材、無機玻璃鋼板材等。
1.玻璃纖維複合板材適用製作中壓以下的空調系統風管，但對潔淨空調、酸鹼性環境和防排煙系統以及相對濕度90%以上的系統不適用。
2.酚醛複合板材適用製作低、中壓空調系統及潮濕環境的風管，但對高壓及潔淨空調、酸鹼性環境和防排煙系統不適用。
3.聚氨酯複合板材適用製作低、中、高壓潔淨空調系統及潮濕環境的風管，但對酸鹼性環境和防排煙系統不適用。
4.硬聚氯乙烯板材適用製作潔淨室含酸鹼的排風系統風管。
（二）非金屬管材的類型及應用
1.非金屬管材可以分為兩大類：無機非金屬管材、有機及複合管材。
2.無機非金屬管材一般有混凝土管、自應力混凝土管、預應力混凝土管、鋼筋混凝土管。混凝土管常用於排水管；自應力混凝土管和預應力混凝土管常用於輸水管；鋼筋混凝土管常用作排水管和井管。
3.有機及複合管材種類繁多，常用的有聚乙烯管（PE管）、交聯聚乙烯管（PE-X管）、聚丙烯管（PP管）、硬聚氯乙烯管（PVC-U管）、氯化聚氯乙烯管（PVC- 管）、熱塑性塑料管、有機玻璃管、鋁塑複合管（PAP管）等。
（1）聚乙烯管（polyethylene pipe，PE管）：無毒，可用於輸送生活用水。常使用的低密度聚乙烯水管（簡稱塑料自來水管），這種管材的外徑與焊接鋼管基本一致。
（2）ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）工程塑料管：耐腐蝕、耐溫及耐衝擊性能均優於聚氯乙烯管，它由熱塑性丙烯腈丁二烯-苯乙烯三元共聚體粘料經注射、擠壓成型加工製成，使用溫度為-20〜70℃，壓力等級分為B、C、D三級。例如，ABS工程塑料在機械、電力、紡織、汽車、飛機、輪船等製造及化工中得到廣泛應用，可用來製作機器零件、各種儀表的外殼、設備襯裡等。
（3）聚丙烯管（Polypropylene pipe，PP管）：聚丙烯管材系聚丙烯樹脂經擠壓成型而得，其剛性、強度、硬度和彈性等機械性能均高於聚乙烯，但其耐低溫性差、易老化，常用於流體輸送。按壓力分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其常溫下的工作壓力為：Ⅰ型為0.4MPa、Ⅱ型為0.6MPa、Ⅲ型為0.8MPa。
（4）硬聚氯乙烯管（Unplasticised Polyvinyl Chloride，PVC-U管）：硬聚氯乙烯排水管及管件用於建築工程排水，在耐化學性和耐熱性能滿足工藝要求的條件下，此種管材也可用於化工、紡織等工業廢氣排污排毒塔、氣體液體輸送等。
（5）鋁塑複合管（Aluminium Plastics Compound Pipe，PAP管）：鋁合金層增加耐壓和抗拉強度，使管道容易彎曲而不反彈。外塑料層可保護管道不受外界腐蝕。內塑料層採用中密度聚乙烯時可作飲水管，無毒、無味、無污染，符合國家飲用水標準；內塑料層採用交聯聚乙烯則可耐高溫、耐高壓，適用於供暖及高壓用管。
塑料及複合材料水管常用的有：聚乙烯塑料管、塗塑鋼管、ABS工程塑料管、聚丙烯管（PP管）、硬聚氯乙烯管。

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  聚乙烯管（PE管）
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  ABS塑料製成的外殼
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  聚丙烯管（PP管）件
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  硬聚氯乙烯管（PVC-U管）

14H411013 常用電力材料的類型及應用

一、導線的類型及應用

鋼芯鋁絞線（左）和碳纖維複合芯導線（Aluminum Comductor Composite Core，ACCC）

導線是用來傳送電能和信號的。導線的品種繁多，按其性能、結構和使用特點可分為裸導線、絕緣導線等。
1.裸導線
裸導線沒有絕緣層，散熱好，可輸送較大電流。常用的有圓單線、裸絞線和型線等。
（1）裸絞線
裸絞線主要用於架空線路，具有良好的導電性能和足夠的機械強度。常用的有鋁絞線和鋼芯鋁絞線（aluminum conductor steel reinforced，ACSR）。鋼芯鋁絞線（型號LGJ，截面10～400mm²）用於各種電壓等級的長距離輸電線路，抗拉強度大。鋁絞線（型號LJ，截面10～600mm²）一般用於短距離電力線路。
（2）型線
型線有銅母線、鋁母線、扁鋼等。矩形硬銅母線（TMY型）和硬鋁母線（LMY型）用於變配電系統中的匯流排裝置和車間低壓架空母線等。例如，TMY-100×10,表示為硬銅母線寬100mm，厚10mm。扁鋼用於接地線和接閃線，常用的扁鋼規格有25×4、25×6、40×4等。

   2.绝缘导线
    低压供电线路及电气设备的连线，多采用绝缘导线。按绝缘层材料来分有聚氯乙烯绝缘导线（V）、橡皮绝缘导线（X）等。在建筑工程中多采用聚氯乙烯绝缘铜导线（BV）。

二、電纜的類型及應用

    电缆按用途分有电力电缆、通信电缆、控制电缆和信号电缆等；按绝缘材料分有纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆等；电缆还分为阻燃电缆和耐火电缆。电缆的结构主要有三个部分，即线芯、绝缘层和保护层，保护层又分为内保护层和外保护层。电气工程中应用最广泛的是电力电缆。
   1.电力电缆
    电力电缆是用以传输和分配电能的产品。主要用在输变电线路中，工作电流在几十安至几千安，额定电压在220V〜500kV及以上。
    常用的电力电缆，按其线芯材质分为铜芯和铝芯两大类。按其采用的绝缘材料分为聚氯乙烯绝缘电力电缆、交联聚乙烯绝缘电力电缆、橡胶绝缘电力电缆和纸绝缘电力电缆等。具有聚氯乙烯绝缘或聚氯乙烯护套的电缆，安装时的环境温度不宜低于0℃。
    例如，YJV22-0.6/1-3×95+1×50，表示交联聚乙烯绝缘（YJ）聚氯乙烯护套（V）内钢带铠装（22）铜芯电力电缆，额定电压0.6/1kV，3芯95mm2+1芯50mm2。
    例如，YJY-26/35-3×240，表示交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯电力电缆，额定电压26/35kV, 3芯240mm2。
   （1）阻燃电缆
    阻燃电缆是指残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。阻燃电缆被燃烧时能将火焰的蔓延控制在一定范围内，因此可以避免因电缆着火延燃而造成的重大灾害，从而提高电缆线路的防火水平。电气工程中常用的阻燃电力电缆型号、名称及用途见下表：

阻燃電力電纜型號、名稱及用途

型 號	名 稱	用 途
ZA（B、C）-YJV	交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套A(B、C)類阻燃銅芯電力電纜	可敷設在對阻燃有要求的室內、隧道中等
WDZA（B、C）-YJY	無鹵低煙A (B. C )類阻燃交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套銅芯電力電纜	可敷設在對阻燃且無鹵低煙有要求的室內、隧道中等
WDZA（ B、C ）-YJFE	無鹵低煙A(B、C)類阻燃輻照交聯聚乙烯絕緣聚烯烴護套銅芯電力電纜	敷設在要求是無鹵低煙阻燃，且溫度較高的場所等

    根据电缆阻燃材料的不同，阻燃电缆分为含卤阻燃电缆及无卤低烟阻燃电缆。无卤低烟阻燃电缆是指不含卤素（F、Cl、Br、I、At）、不含铅、镉、铬、汞等物质的胶料制成，燃烧时产生的烟尘较少，且不会发出有毒烟雾，燃烧时的腐蚀性较低，因此对环境产生危害很小。阻燃电缆分为ABC三个类别，A类最高。
    无卤低烟的聚烯烃材料主要采用氢氧化物作为阻燃剂，氢氧化物又称为碱，其特性是容易吸收空气中的水分（潮解）。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅下降，由原来的17MΩ/km 可降至0.1MΩ/km。
   （2）耐火电缆
    耐火电缆是指在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行的电缆。分为AB两种类别，A类是在火焰温度950～1000℃时，能持续供电时间90min；B类是在火焰温度75O～8OO℃时，能持续供电时间90min。耐火电缆广泛应用于高层建筑、地铁、地下商场、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的场所。
    耐火电缆在建筑物燃烧时，伴随着水喷淋的情况下，电缆仍可保持线路完整运行。常用的耐火电缆型号、名称及用途见下表：

耐火電力電纜型號、名稱及用途

型 號	名 稱	用 途
WDN（A、B）-YJY	無鹵低煙（A、B）類耐火交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套銅芯電力電纜	可敷設在對無鹵低煙且耐火有要求的室內、隧道及管道中
WDN（A、B）-YJFE	無鹵低煙（A、B）類耐火輻照交聯聚乙烯絕緣聚烯烴護套銅芯電力電纜	可敷設在對無鹵低煙且耐火有要求且溫度較高的室內、隧道及管道中

    当耐火电缆用于电缆密集的电缆隧道、电缆夹层中，或位于油管、油库附近等易燃场所时，应首先选用A类耐火电缆。除上述情况外且电缆配置数量少时，可采用B类耐火电缆。
    耐火电缆大多用作应急电源的供电回路，要求火灾时正常工作。由于火灾时环境温度急剧上升，为保证线路的输送容量，降低压降，对于供电线路较长且严格限定允许电压降的回路，应将耐火电缆截面至少放大一档。
    耐火电缆不能当作耐高温电缆使用。为降低电缆接头在火灾事故中的故障概率，在安装中应尽量减少接头数量，以保证线路在火灾中能正常工作。如果需要做分支接线，应对接头做好防火处理。
   （3）氧化镁电缆
    氧化镁电缆是由铜芯、铜护套、氧化镁绝缘材料加工而成的。氧化镁电缆的材料是无机物，铜和氧化镁的熔点分别为1038℃和2800℃，防火性能特佳，还具有耐高温（电缆允许长期工作温度达250℃，短时间或非常时期允许接近铜熔点温度）、防爆（无缝铜管套及其密封的电缆终端可阻止可燃气体和火焰通过电缆进入电器设备）、载流量大、防水 能好、机械强度高、寿命长、接地性能良好等优点，但价格贵、工艺复杂、施工难度大。在油灌区、重要木结构公共建筑、高温场所等耐火要求高且经济性可以接受的场合，可采用氧化镁电缆。由于氧化镁电缆原材料及工艺的特殊性，截面为25mm2以上的多芯电缆均由单芯电缆组成。
    例如，BTTQ-3×4，表示轻型铜护套氧化镁绝缘铜芯电缆，3芯，4mm2。
    例如，BTTZ-5×1×25，表示重型铜护套氧化镁绝缘铜芯电力电缆，5根单芯25mm2。
   （4）分支电缆
    分支电缆是按设计要求，由工厂预先将分支线制造在主干电缆上，分支线截面和长度是根据设计要求决定，极大缩短了施工周期，大幅度减少了材料费用和施工费用，保证了配电的安全性和可靠性。
    分支电缆可以广泛应用在住宅楼、办公楼、商务楼、教学楼、科研楼等各种中高层建筑中，作为供配电的主、干线电缆使用。
    分支电缆常用的有交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆（YJV型）、交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯电力电缆（YJY型）和无卤低烟阻燃耐火型辐照交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套铜芯电力电缆（WDZN—YJFE型）等类型电缆，可根据分支电缆的使用场合对阻燃、耐火的要求程度，选择相应的电缆类型。
    订购分支电缆时，应根据建筑电气设计图确定各配电柜位置，提供主电缆的型号、规格及总有效长度；各分支电缆的型号、规格及各段有效长度；各分支接头在主电缆上的位置（尺寸）；安装方式（垂直沿墙敷设、水平架空敷设等）；所需分支电缆吊头、横梁吊挂等附件型号、规格和数量。
   （5）铝合金电缆
    铝合金电缆不同于传统的铝芯电缆，它是国内一种新颖的电缆，电缆的结构形式主要有非铠装和铠装两大类、带PVC护套和不带PVC护套的，其芯线则采用高强度、抗蠕变、高导电率的铝合金材料。
    铝合金表面与空气接触自然形成的氧化层能耐受多种腐蚀。在满足相同导电性能的前提下，合金线缆的重量是同样载流量的铜缆的一半，使用合金铝线缆以取代铜缆，可以减少电缆重量，合金铝导体比铜柔韧得多，弯曲性能好，安装时有更小的弯曲半径，更容易进行端子连接，使安装工作更为轻松。
    非嵌装铝合金电力电缆可替代YJV型电力电缆，适用于室内、隧道、电缆沟等场所的敷设，不能承受机械外力；嵌装铝合金电力电缆可替代YJV22型电力电缆，适用于隧道、电缆沟、竖井或埋地敷设，能承受机械较大的机械外力和拉力。
   2.控制电缆
    控制电缆用于电气控制系统和配电装置的二次系统。二次电路的电流较小，因此芯线截面通常在lOmm2以下，控制电缆的线芯多采用铜导体，其芯线组合有同心式和对绞式。
    控制电缆按其绝缘层材质，分为聚氯乙烯、聚乙烯和橡胶。其中以聚乙烯电性能最好，可应用于高频线路。
    塑料绝缘控制电缆：如KVV、KVVP等。主要用于交流5OOV、直流1OOOV及以下的控制、信号、保护及测量线路。
    如KVVP用于敷设室内、电缆沟等要求屏蔽的场所；如KVV22等用于敷设在电缆沟、直埋地等能承受较大机械外力的场所；如KVVR、KVVRP等敷设于室内要求移动的场所。
	3.仪表电缆 		 	 	 	
   (1)仪表用电缆：如YVV、YVVP等，适用于仪器仪表及其他电气设备中的信号传输及控制线路。
   (2)阻燃型仪表电缆：如ZRC-YVVP. ZRC-YYJVP、ZRC-YEVP等，阻燃仪表电缆具有防干扰性能高，电气性能稳定，能可靠地传送数字信号和模拟信号，兼有阻燃等特点，所以广泛应用于电站、矿山和石油化工等部门的检测和控制系统上。常固定敷设于室内、隧道内、管道中或户外托架中。

三、母線槽的類型及應用

母線槽外部和內部

    母线槽是由金属外壳(钢板或铝板)、导电排、绝缘材料及有关附件组成的。具有系列配套、体积小、容量大、电流易于分配到各个支路、设计施工周期短、装拆方便、安全可靠、使用寿命长等优点，特别适用于高层建筑、标准厂房、机床密集的车间等场所，作为电力馈电及配电之用，是一种比较理想的输配电系列产品。
   1.母线槽的分类
    母线槽按绝缘方式可分为空气型母线槽、紧密型母线槽和高强度母线槽三种；按导电材料分为铜母线槽和铝母线槽；按防火能力可分为普通型母线槽和耐火型母线槽。
   (1)空气型母线槽
    母线之间接头用铜片软接过渡，接头之间体积过大，占用了一定空间，应用较少。因存在烟囱效应，空气型母线槽不能用于垂直安装。
   (2)紧密型母线槽
    紧密型母线槽采用插接式连接，具有体积小、结构紧凑、运行可靠、传输电流大、便于分接馈电、维护方便等优点，可用于树干式供电系统，在高层建筑中得到广泛应用。
    紧密型母线槽的散热主要靠外壳，母线槽温升偏高，散热效果较差。母线的相间气隙小，母线通过大电流时，产生较大的电动力，使磁振荡频率形成叠加状态，可能产生较大的噪声。紧密型母线槽防潮性能较差，在施工时容易受潮及渗水，造成相间绝缘电阻下降。
   (3)高强度母线槽
    高强度母线槽外壳做成瓦沟形式，使母线槽机械强度增加，解决了大跨度安装无法支撑吊装的问题。母线之间有一定的间距，线间通风良好，相对紧密式母线槽而言，其防潮和散热功能有明显的提高；由于线间有一定的空隙，使导线的温升下降，这样就提高了过载能力，并减少了磁振荡噪声。但它产生的杂散电流及感抗要比紧密式母线槽大得多，因此在同规格比较时，它的导电排截面必须比紧密式母线槽大。
   (4)耐火型母线槽
    耐火型母线槽专供消防设备电源的使用，其外壳采用耐高温不低于1100℃的防火材料，隔热层采用耐高温不低于300℃的绝缘材料，耐火时间有60min、90min、120min、180min，满负荷运行可达8h以上。耐火型母线槽除应通过CCC认证外，还应有国家认可的检测机构出具的型式检验报告。
   2.母线槽选用
   （1）高层建筑的垂直输配电应选用紧密型母线槽，可防止烟囱效应，其导体应选用长期工作温度不低于130℃的阻燃材料包覆。楼层之间应设阻火隔断，阻火隔断应釆用防火堵料。应急电源应选用耐火型母线槽，且不准释放出危及人身安全的有毒气体。
   （2）大容量母线槽可选用散热好的紧密型母线槽，若选用空气型母线槽，应采用只有在专用工作场所才能使用的IP30的外壳防护等级。
   （3）母线槽接口相对较容易受潮，选用母线槽是应注意其防护等级。对于不同的安装场所，应选用不同外壳防护等级的母线槽。一般室内正常环境可选用防护等级为IP40的母线槽，消防喷淋区域应选用防护等级为IP54或IP66的母线槽。
   （4）母线槽不能直接和有显著摇动和冲击振动的设备连接，应采用软接头加以连接。
    注：根据GB/T 4208-2017 《外壳防护等级(IP代码)》规定，IP后面第一位特征数字代表“防止固体异物进入”，第二位特征数字代表“防止进水造成有害影响”，数字越大防护等级越高，“0”代表无防护。例如IP40，代表能够4级防止固体异物进入，但不防水。

四、絕緣材料的類型及應用

   1.绝缘漆：主要是以合成树脂或天然树脂等为漆基与某些辅助材料组成。按用途分为浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆和防电晕漆等。主要作为绝缘材料用于电机和电气设备中。例如，浸渍漆主要用于浸渍电机、电器的线圈和绝缘零部件，以填充其间隙和微孔，其固化后能在浸渍物体表面形成连续平整的漆膜，并使线圈粘结成一个结实的整体，以提高绝缘结构的耐潮、导热、击穿强度和机械强度等性能。
   2.绝缘胶：主要有灌注胶、浇注胶、包封胶等几类。例如，在浇注电缆接头和套管、20kV以下电流互感器、10kV及以下电压互感器、干式变压器、户内户外绝缘子、SF6断路器灭弧室绝缘子、电缆接线盒、密封电子元件等。
   3.气体介质绝缘材料：在电气设备中除可作为绝缘材料外，还具有灭弧、冷却和保护等作用，常用的气体绝缘材料有空气、氮气、二氧化硫和六氟化硫（SF6）等。例如，六氟化硫（SF6）一般由硫和氟直接燃烧合成，经净化干燥处理后使用。常态下，SF6是一种无色、无味、不燃不爆、无毒且化学性质稳定的气体，其分子量大，分子中含有电负性很强的氟原子，具有良好的绝缘性能和灭弧性能。在均匀电场中，其击穿强度约为空气的3倍，在0.3〜0.4MPa下，其击穿强度等于或优于变压器油。目前广泛用于SF6全封闭组合电器、SF6断路器、气体绝缘变压器、充气管路电缆等。
   4.液体绝缘材料：在电气设备中，通过绝缘液体的浸渍和填充，消除了空气和间隙，提高了绝缘介质的击穿强度，并改善了设备的散热条件。常用的有变压器油、断路器油、电容器油、电缆油等。例如，在变压器、油断路器、电容器和电力电缆等电气设备中广泛使用液体绝缘材料。
   5.云母制品：主要由云母或粉云母、粘结剂和补强材料组成，根据不同的材料组成，可制成不同特性的云母绝缘材料。云母制品主要有云母带、云母板、云母箔和云母玻璃四类。例如，云母带是由粘结剂粘合云母片或粉云母纸与补强材料，经烘干而成。环氧玻璃粉云母带含胶量大，厚度均匀，固化后电气、力学性能较好，适用于模压或液压成型的高压电机线圈绝缘。
   6.层压制品：层压制品是由纸或布作底材，浸以不同的粘结剂，经热压（或卷制 而制成的层状结构的绝缘材料。层压制品可加工制成具有良好的电气、力学性能和耐热、耐油、耐霉、耐电弧、防电晕等特性的制品。
    层压制品主要包括层压板、管（筒）、棒、电容套管芯和其他特种型材等。层压板又包括层压纸板、层压布板、层压玻璃布板和特种层压板（如防电晕层压板）四类。例如，环氧层压玻璃布板具有优异的绝缘性能、良好的粘结力和较高的热态机械强度，适用于300MW、600MW汽轮发电机及其他高压电机中。