一、材料技術

材料科學的一項重大革命，就是交鏈技術的發展。由於這項突破性的發展，增強了材料本身性質的特性，甚至克服了製造與應用上的困難度。如今電力、電子、通信等工業應用材料大部分都是以交鏈技術來驅導。

(一)材料

熱塑性材料是由一串長分子聚合物組合而成。依化學方式來表示則由一長串的碳原子以化學鍵相連接。其它的原子如氫、氧、氮、氟等等同樣可以用化學鍵搭接在碳鍵上。基本碳鍵算是材料的本體主要成份，然而若希望製成不同功能的材料，就必須混合其它填加物如顏料、燄阻劑、防氧化劑等等。至於熱塑性材料的結構強度，則依分子間的距離和分子結構的結晶狀而定。

   (二)放射

如果將塑性材料經由放射能量的穿透會造成其內部鄰近分子鍵的永久交鏈。這也就是說經由交鏈處理後的分子鍵，除了原先晶點構造外，另外加上了因放射能量而形成的交鏈鍵，更加穩固了塑性材料的結構強度。換句話說就是強化了材質(見圖 4)。

                                                

1、改變形狀後的塑性材料，可再經由溫度下降，造成材料內部結晶點的重現。這時候的塑性材料又具備有結晶鍵與交鏈鍵（見圖 5）。

2、經過交鏈處理的塑性材料時，只需將材料加熱，這時結晶鍵再度熔解，交連鍵的作用會將材料拉回成原來的形狀（見圖 6）。

                                     

     

    3、再經由冷卻，結晶鍵再度形成，造成塑性材料定型於熱縮後的形狀(見圖 7)。      

4、交鏈技術有以下四點重要特性: (1)熱縮 記憶 (2)高溫穩定 (3)抗溶劑侵蝕 (4) 抗低溫蠕動。交鏈技術的熱縮彈性記憶， 除非該材料再度加熱，並且施以機械力 去改變形狀，否則其形狀再也不會改變。

 

二、有那些因素會影響塑性材料本身的材質

(一)氣候效應

1、紫外線光：紫外線光照射在塑性材料的表面會貫穿，分解其內部的化學鍵，導致塑性材料的機械與電氣特性的衰減。

2、大氣層中的氧：當氧氣與塑性材料經過紫外線光照射斷鍵後的游離基接觸時會形成過氫氧化物和過氫氧游離基，這個過程加速了多種衍生根基的自動催化作用。這就是說由於氧的催化作用加速了材料特性的衰減。

 3、溼氣：當濕氣與塑性材料表面接觸時會因為化學水解，日光照射產生羥根基加速降解反應。同時若有污染物溶解在塑性材料表面潮濕薄膜層時，會導致加速電痕或介質貫穿等電力特性的衰減。另外濕氣對某些塑性材料會溶解其內部的可塑體和穩定劑，致使塑性材料容易碎裂及加速氧化。

   (二)污染效應

1、氣態污染：常見的氣態污染有臭氧、氧化硫及氧化氮。這些氣態污染可能是直接由工廠， 汽車排廢氣或者是大氣層光學作用而形成。這些污染氣體會與塑性材料的表面起斷鍵作用導至材料本身物理化學，電氣特性的衰減。

2、固態污染：典型固態污染包括有煤灰、塵埃、鹽、砂、泥灰、煙灰等等。其污染的程度與形態隨地域而改變。其中鹽害的污染最為嚴重， 因為鹽分的沉積於塑性材料表面會使其洩漏電流過大，導至電痕與侵蝕現象的發生。

  (三)溫度效應

1、環境溫度：溫度上昇容易造成塑性材料斷鍵，溫度下降容易造成塑性材料失去延展性，加速材料化學，電氣特性的衰減。

2、局部溫度：由於塑性材料製造品質不佳， 或者是兩種塑性材料介面相容性不良，都會造成氣囊的存在。這些瑕疵會因為溫度分佈不均勻， 加速材質的破壞。

  (四)機械效應

1、機械位移：由於塑性材料與金屬有不同的膨脹係數，所以當溫度產生變化時，其彼此間介面會因為延展位移造成材料表面形成微小裂縫，提前材料特性的惡化反應。

2、電應力：由於各種塑性材料的體積電阻不同，造成等電位線分佈不均勻，因而形成電應力局部集中的現象，加速破壞塑性材料的特性。

 

三、如何改良塑性材料，使其能克服上述的氣候、污染、溫度與機械等效應

(一)一般來說精研製成的塑性材料，起碼必須具備有數種以下的特性：

防電痕	抗電弧
抗侵蝕	防潮濕擴散
抗紫外線光	低煙無毒
燄阻	良好熱傳導
堅軔	抗撞擊
長時間庫存	長時間運轉

但塑性材料通通具備有上述材料特性，在調配添加物於塑性材料內可能有困難。因為任何形式與特性的塑性材料都必須折衷於材料互斥與材料整合的邏輯觀念中。

舉個例來說：防電痕的特性，就是要讓塑性材料的表面形成不受束縛的游離碳粒，這些碳粒會隨自然環境的因素如風或雨水而被帶走。解決方法就是在塑性材料中填加三氫氧化鋁。三氫氧化鋁會結合空氣中的氧和污染物內的碳起化學變化，形成三氧化二鋁、水、一氧化碳及二氧化碳。（見圖 8）

                         

 

顯而易見的是碳粒會變成碳的氧化物，在塑性材料的表面上自行剝落，達到防電痕的效果。可能有人會問：若是加重三氫氧化鋁的成分不是會更好嗎？不幸的是在塑性材料內加重三氫氧化鋁的成份後可能會導至其它材料特性的不彰（例如延伸率及濕性電氣強度等等）是以， 任何一種塑性材料在凸顯某些功能的時候，必需考慮到是否會犧牲掉其他某些材料特性。總之，要達到某些特定材料特性時，必須填加物的調配去對抗各種效應的影響。

基於塑性材料互斥與互親的考量，在製造熱塑性材料時，會依據大環境下的需求調配各種填加物，達到甚至超越理想。舉個例來説：針對塑性材料具備防電痕與抗侵蝕的特性，又同時兼顧到材料本身的延展性及電力強度，參照填加物攙入的比例，記錄出各種特性彰顯與衰減之比例圖（見圖 9）。圖中箭頭所指的方向便是發展熱塑性材料的研究方向。

在精研製造塑性材料時，完全按照資料庫裡的材料特性、物理、化學、電氣特性關係圖為依據，提供、改良、創新各種熱塑性材料。

以下為填加物的種類及特性，因環境的需要，其對塑性材料之製造邏輯需非常嚴謹的。

填加物	特性
填充物	減少製造成本，增加機械強度
顏料	提供顏色
穩定劑	增強熱縮性
記憶劑	避免材料在製造過程時熱氧化
交連輔助劑	增強交連特性
交連線光過濾劑	防止材料暴露於紫外線光下的衰減
燄阻劑	防止材料燃燒
煙黑抑制劑	防止材料產生煙黑
增塑劑	提高材料柔軟性
潤滑劑	改善製造過程困難度
脫模劑	改善脫模效果
防電痕劑	改善防電痕特性

 

(二)防電痕功能

熱縮式絕緣膠帶材料內含有防電痕添加劑。當洩漏電流增大乾帶形成時。跳躍在乾帶上之電弧會對塑性材料產生高溫並碳化其表面之污染雜質。此時塑性材料內部之三氫氧化鋁會與碳化雜質及氧產生化學變化，形成三氧化二鋁粉末狀）、水氣、一氧化碳及二氧化碳消逸於空氣中，不會有碳樹形成，並具有防電痕之功效功能。

(三)密封防水處理

熱縮式絕緣膠帶材料防水處理為內置熱融膠帶方式與其他以膠布纏繞防水不同。當加熱於此耐高溫兼具防電痕功能的膠帶上時，會變成高黏度慢流動的狀態，能填補鋼心鋁絞線的空隙，達到 100%防水功效。

(四)塑性絕緣材料使用年限分析

塑性絕緣材料使用年限常因環境因素、電壓等級、污染程度、操作溫度而改變。事實上也沒有任何一種標準方法或規範可以準確的預測塑性絕緣材料之壽命。

 

25kV 熱縮式絕緣膠帶材料壽命預測上，則是依據 ARRHENIUS 方法提供熱縮型塑性絕緣材料在使用年限資料上之參考數據(圖9)。註： 當塑性材料之延伸率設定在 100%，及各種操作溫度下，預測其使用年限約長達 40 年（90℃） 之久。可是在一般情況下。塑性材料之延伸率很少超過10%，做上述預測使用年限是非常保守的估計。

綜合以上研討；熱縮式絕緣膠帶單層重疊纏繞於 69kV 送電線上，可提供交流電壓承受(閃絡保護)可到25kV。並無毒性及腐蝕性(非鹵素材製造)。連續工作溫度最高達 105℃，並有良好的熱發率，若不是直接用火燒烤不會變形(經老化試驗 120℃ 達 168 小時)，安裝容易，30%的收縮率可覆蓋在各種形狀上，可運用在室外環境。依據 ARRHENIUS 阿瑞尼斯方程式化學反應的速率常數與溫度顯示:25kV 熱縮式絕緣膠帶材料使用年限 90℃下達 40 年之久(見圖 10)。施工時若先行纏繞同等級「防水絕緣膠帶」讓它滲透入導線細縫，再行包覆該膠帶，更能增加附著性、提高絕緣強度及防腐效果。

 

 

文章摘錄: 台電工程月刊

                 侯聰賢，「電力絕緣熱縮塑性材料技術研討」