机电工程管理与实务/1H411010 机电工程常用材料

1H411011 常用金属材料的类型及应用

一、黑色金属材料的类型及应用

（一）黑色金属材料的类型

黑色金属（ferrous metal，铁类金属）材料以黑色矿物质为原料，经采选、冶炼、压延或铸造等形成的钢产品，是以铁和碳为主要元素组成的合金，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素材料。
黑色金属（钢铁）材料通常分为：生铁、钢、半成品和最终产品。也可按照生产工序、外形、尺寸和表面状态对黑色金属进行分类。

1.生铁（pig iron）

定义：含碳量超过2.11%并有一定数量非铁杂质的铁碳合金。生铁质硬且脆、缺乏韧性。汉语命名源于铁杵炉后未经炒制，故名为生铁。
（1）生铁是在熔融条件下可进一步处理成钢或铸铁。生铁一般以铸锭及类似的固体块或颗粒等形式交货。
（2）生铁分为炼钢用生铁、铸造用生铁、球墨铸铁用生铁、耐磨生铁、脱碳低磷粒铁、含钒生铁。

2.钢（steel）
定义：以铁为主要元素，碳含量一般在2.0%以下并含有其他元素的金属材料。按化学成分分类为：非合金钢、低合金钢、合金钢。
（1）低合金钢按主要质量等级分类为：普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢。
（2）合金钢按主要质量等级分类为：优质合金钢、特殊质量合金钢。

3.铸铁（cast iron）
定义：铸造法生产的碳含量大于2%的铁碳硅合金。其中还含有少量锰、磷、硫和其他合金元素。
铸铁牌号采用以化学成分或力学性能的表示方法。灰铸铁、球墨铸铁、抗磨球墨铸铁、蠕墨铸铁、白心（黑心、珠光体）可锻铸铁、抗磨白口铸铁采用力学性能的表示方法，力学性能值排在铸铁代号之后；当牌号中有合金元素符号时，抗拉强度值排列于元素符号及含量之后，之间用-隔开，例如：抗磨球墨铸铁牌号为QTM Mn8-300，Q代表“球墨”，T代表“铸铁”，M代表“抗磨”，8含义为含Mn量为8%，300即抗拉强度。

4.铸钢（cast steel）
定义：钢液流动性充填性好，适宜采用铸造工艺方法铸成一定形状，并以铸件形式使用的钢。我国钢号前面加ZG表示。合金铸钢分为耐热铸钢（ZGR）、耐蚀铸钢（ZGS）、耐磨铸钢（ZGM），牌号表示方法实例分别为ZGR40Cr25Ni20、 ZGS06Crl6Ni5Mo、ZGM30CrMoSiMo。

（二）黑色金属材料的应用
1.钢板和钢管
钢板（steel plate）：用轧机轧制成板状的钢材。分热轧的薄、中厚、厚和特厚钢板及冷轧钢板。
钢管（steel pipe）：含碳量小于2%的铁碳合金钢锭或钢坯，经轧制、卷焊或熔铸而成的金属管。
例如，建筑管道材料的应用：
（1）生活污水应使用铸铁管或非金属管材（塑料管、混凝土管）。
（2）雨水管宜使用铸铁管、镀锌和非镀锌钢管或非金属管材。
（3）室内热水供应系统应采用镀锌钢管、铜管和非金属管材。
（4）室内采暖系统应用焊接钢管和镀锌钢管。
（5）室外生活给水管道应采用镀锌管、给水铸铁管、复合管或塑料管。
（6）室外排水管道应采用排水铸铁管和非金属管道。
（7）室外供热管网的管材应按设计要求。当设计未注明时，应符合下列规定：管径小于或等于40mm时，应使用焊接钢管；管径为50〜200m时，应使用焊接钢管或无缝钢管；管径大于200mm时，应使用螺旋缝焊接钢管。

2.型钢（section steel）
定义：具有确定断面形状且长度和截面周长之比相当大的直条钢材。
（1）型钢按截面尺寸、形状范围将型钢分为：工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢、H型钢等。
（2）型钢表面不得有裂纹、结疤、折叠、夹渣和端面分层，允许有深度（髙度）不超过厚度公差之半的局部麻点、划痕及其他轻微缺陷，但应保证型钢缺陷处的最小厚度。

3.法兰（flange）

钢制法兰可用锻件、板材、铸件和钢管材料加工；石油化工、压力容器钢制法兰用的材料为板材和锻件。

4.阀门（valve）

钢制阀门包含：阀体、阀盖或盖板等承压件。阀门型号由阀门类型、驱动方式、连接形式、结构形式、密封面或衬里材料、压力、阀体材料七部分组成。
阀门的分类：
（1）按行业分：通用阀门、工业阀门、石化工业阀门、核电厂阀门、建筑阀门等。
（2）按结构分：闸阀、截止阀、节流阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、旋塞阀、止回阀、安全阀、减压阀、疏水阀、排污阀、调节阀、分配阀、混合阀、水力控制阀等。
（3）按驱动方式分：手动阀门、电动阀门、液压阀门或气动阀门。
（4）按温度和压力分为：低、中、高、超高压阀门；高、中、常、低、超低温阀门。

二、有色金属材料的类型及应用

（一）有色金属的类型
1.有色金属又称为非铁金属（non-ferrous metal），是铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）以外的所有金属的统称。
2.铝（Al）、镁（Mg）、钛（Ti）、铜（Cu）、锆（Zr）、镍（Ni）、钴（Co）、锌（Zn）、锡（Sn）、铅（Pb）等有色金属冶炼产品类别包括：电解铜（阴极铜）、重熔用铝锭、锌锭、铅锭、锡锭、电解镍等有色金属及其合金。
（二）有色金属材料的应用
1.铝及铝合金
（1）容器
1）按照现行行业标准《铝制焊接容器》JB/T 4734—2002的设计、制造、检验和验收规定，可以生产常压容器和设计压力大于8MPa的压力容器。
2）容器用铝及铝合金材料应当具有良好的耐蚀性能、力学性能、焊接性能、成型性能及其他工艺性能和物理性能，能满足容器的使用与制造要求，并考虑经济合理性。
3）空气分离设备的铝制件不得接触碱液。
（2）管道
1）铝及铝合金管一般用于设计压力不大于1MPa，介质温度不超过150℃的工业管道，可输送浓硝酸、醋酸、蚁酸、磷酸、脂肪酸、硫化氢、碳酸氢铵、尿素等介质。
2）铝及铝合金管可用于深冷装置、液化装置、空分装置及食品冷冻等管道系统。
3）铝及铝合金管可用于不允许有铁离子污染介质的管道系统。
2.铜及铜合金
（1）空调与制冷设备
家用空调、冰箱（冰柜）、中小型中央空调及制冷设备用铜及铜合金无缝管应符合现行国家标准《空调与制冷设备用无缝铜管》GB/T 17791—2017的规定，常用材料有：无氧铜（TUO）、磷脱氧铜（TP1）、纯铜（T2）、锡青铜（QSn0.5-0.025）。
（2）空气分离设备：空气分离设备的黄铜制件不得接触氨气。
3.镍及镍合金
（1）容器生产
1）镍及镍合金压力容器的设计、制造、检验和验收要求，应符合现行行业标准《镍及镍合金制压力容器》JB/T4756—2006的规定。镍及镍合金制常压容器亦可参照本标准。
2）容器用镍及镍合金材料应当具有良好的力学性能、焊接性能、成型性能及其他工艺性能和物理性能，尤其是在容器具体的腐蚀介质条件下，材料经制成容器后，能具有优良的耐腐蚀性能，不但包括耐均匀腐蚀性能，必要时还包括耐晶间腐蚀性能和耐应力腐蚀性能等耐局部腐蚀性能。能满足容器的使用、制造与检验要求，并考虑、经济合理性。
3）镍及镍合金的复合钢板的热处理制度应根据对耐蚀性能和力学性能的要求确定。
4）当镍合金容器要求进行晶间腐蚀敏感性检验时，其所用焊条和焊丝也应进行相同方法与合格指标的晶间腐蚀敏感性检验。
（2）工业管道
1）镍及镍基合金的使用温度上限值受介质或所处环境影响，例如：不含硫化氢的环境使用温度上限值较高，使用介质为蒸汽的环境较低，含硫环境更低，含硫环境呈还原性比呈氧化性还低。
2）镍及镍基合金在蒸汽环境中，镍、镍铜、镍铬铁、镍铁铬的使用温度上限依次提高。
4.钛及钛合金
（1）容器生产
1）钛制焊接容器包括：壳体部件等为全钛、衬钛、复合板制容器。
2）按照现行行业标准《钛制焊接容器》JB/T 4745-2002的规定，可生产常压容器及设计压力不大于35MPa的钛制压力容器。
3）所有容器用变形钛及钛合金材料的供货状态应为退火状态（M）。
（2）其他
钛及钛合金已被广泛使用在化工、石油、石化、真空制盐、制药、海水淡化、电力等工业中。尤其是钛能较好地抵抗氯离子的侵蚀，所以，钛材使用在与氯相关的介质中较多，如离子膜法烧碱生产中已大量使用钛材制造设备、管道和管配件等。还有甲酸、醋酸、环氧丙烷等化工项目中均采用钛管道输送介质，以解决管道腐蚀问题，延长管道使用寿命。
5.贵重金属
贵金属主要指金、银和铂族金属。按照生产过程，并兼顾到某种产品的特定用途，贵金属及其合金牌号分为冶炼产品、加工产品、复合材料、粉末产品、钎焊料五类。
6.其他
铅、锡及其合金管道不得用于B类流体（在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体，能点燃并在空气中连续燃烧）。

三、常用金属复合材料的类型及应用

金属复合材料是由两种或两种以上不同性质的金属材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
（一）金属基复合材料的类型及用途
1.金属基复合材料（metal matrix composite，MMC）的类型
（1）按用途可分为结构复合材料与功能复合材料。
（2）按增强材料形态可分为纤维增强、颗粒增强和晶须增强金属基复合材料。
（3）按金属基体可分为铝基、钛基、镍基、镁基、耐热金属基等复合材料。用于航天、航空、电子、汽车等工业中。
（4）按增强材料可分为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、石棉纤维、金属丝等。
2.金属基复合材料的特点及用途
金属基复合材料具有高比强度、高比模量、尺寸稳定性、耐热性等主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、电子、先进武器系统等高性能结构件。
（二）金属层状复合材料的分类及用途
1.金属层状复合材料的分类
金属层状复合材料由几层不同性能的材料通过热轧、焊接工艺复合而成，与单组元合金相比，综合性能优越，适合一些特殊工作环境。包括钛钢、铝钢、铜钢、钛不锈钢、镍不锈钢、不锈钢碳钢等复合材料。
2.金属层状复合材料的应用
金属层状复合材料可根据需要，制造不同材质的复合材料，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽，且制造成本低等特点。用于石油化工、航天、食品、医药、造船、电力、机械等行业，如压力容器、储罐、航天、航空零部件等。
（三）金属与非金属复合材料的特点及应用
1.钢塑复合管（steel-plastic composite pipe）在钢管内壁衬(涂)一定厚度塑料层复合而成的管材。它既有钢管的强度和刚度，又有塑料管的耐化学腐蚀，具有无污染、不混生细菌、内壁光滑、不积垢、水阻小、施工方便、成本低等优点。广泛应用于石油、化工、建筑、通信、电力和地下输气管道等领域。
2.铝塑复合管（aluminum-plastic composite tube）中间层为铝管，内外层为聚乙烯或交联聚乙烯，层间为热熔胶黏合而成的多层管。具有聚乙烯塑料管耐腐蚀性和金属管耐高压的优点，有与金属管材相当的强度，具有电屏蔽和磁屏蔽作用、隔热保温性好、重量轻、寿命长、施工方便、成本低等优点。广泛应用于建筑、工业等机电工程中。

1H411012 常用非金属材料的类型及应用

一、硅酸盐材料的类型及应用

以天然矿物或人工合成的各种硅酸盐化合物为基本原料，经粉碎、配料、成型和高温烧结等工序制成的无机非金属固体材料，但括水泥、保温棉、砌筑材料和陶瓷等。
（—）水泥：以适当成分的生料烧至部分熔融，获得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起，广泛应用在建设工程中。
（二）保温棉
1.常用的保温棉分类：保温棉是由高纯度的黏土熟料、氧化铝粉、硅石粉、铬英砂等原料制成的无毒、无害、无污染的新型保温材料。常用的保温棉有膨胀珍珠岩类、离心玻璃棉类、超细玻璃棉类、微孔硅酸壳、矿棉类、岩棉类等。
2.保温棉应用：可进一步加工成纤维毯、板、纸、布、绳等制品，可广泛应用于工业窑炉、锅炉内衬、背衬隔热耐火保温；蒸汽机、燃气机等热工设备的隔热保温；高温管道柔性隔热材料、高温垫片；热反应器的保温隔热；各种工业设备的防火；电器元件隔热防火；焚烧设备的隔热保温；模块、折叠块及贴面块的原料等。
（三）砌筑材料
1.砌筑材料性能。砌筑材料种类很多，有各种类型的耐火砖和耐火材料，要求具有很好的耐高温性能、一定的高温力学性能、良好的体积稳定性、抗各种侵蚀性的熔渣及气体的性能等。
2.砌筑材料分类。按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、含碳质、含错质耐火材料等。例如，镁质耐火材料是以镁石作为原料，以方镁石为主要矿物组成，方镁石含量在80%〜85%以上的耐火材料，属于碱性耐火材料，抵抗碱性物质的侵蚀能力较好，耐火度很高，是炼钢碱性转炉、电炉、化铁炉以及许多有色金属火法冶炼炉中使用最广泛的一类重要耐火材料。
3.砌筑材料应用。广泛用于钢铁、有色金属、石化、建材、电力等行业的高温炉窑或高温容器等热工设备的内衬结构，也可作为高温装置中的部件材料等。
（四）陶瓷
1.陶瓷的特性。陶瓷是以黏土等硅酸盐类矿物为原料，经粉末处理、成型、烧结等过程加工而成，具有坚硬、不燃、不生锈，能承受光照、压力等优良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。
2.陶瓷的分类
（1）按照原料来源可分为普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为主要原料，如黏土、石英、长石等，其主要制品有建筑陶瓷、电气绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等；特种陶瓷是以纯度较高的人工合成化合物为主要原料的人工合成化合物，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。
（2）按照陶瓷材料的性能和用途不同，可分为结构陶瓷、功能陶瓷。
3.陶瓷的主要用途
（1）陶瓷制品。用于防腐蚀工程，如管件、阀门、管材、泵用零件、轴承等。例如，氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、形状复杂且尺寸精度高的制品，如石油化工泵的密封环、高温轴承、燃气轮机叶片等。
（2）结构陶瓷。用于切削工具、模具、耐磨零件、泵和阀部件、发动机部件、热交换器等。
（3）功能陶瓷。用于能源开发、空间技术、电子技术、生物技术、环境科学等领域，如绝缘陶瓷、敏感陶瓷、介电陶瓷、超导陶瓷、红外辐射陶瓷、发光陶瓷、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、隔热陶瓷等。
（五）特种新型的无机非金属材料
1.普通传统的非金属材料
以硅酸盐为主要成分的材料，并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材主要有碳化硅、氧化铝陶瓷，硼酸盐、硫化物玻璃，镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。这一类材料生产历史较长，产量较大，用途也较广。
2.特种新型的无机非金属材料
主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。它是20世纪以后发展起来的，具有特殊性质和用途的材料。

二、高分子材料的类型及应用

（一）塑料
塑料是以合成的或天然的树脂作为主要成分，添加一些辅助材料（如填料、固化剂、增塑剂、稳定剂、防老化剂等），在一定温度、压力下塑制成型。按照成型工艺不同，分为热塑性塑料、热固性塑料。
1.热塑性塑料（thermoplastics）
热塑性材料是以热塑性树脂为主体成分，加工塑化成型后具有链状的线状分子结构，受热后又软化，可以反复塑制成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。优点是加工成型简便，具有较好的机械性能，缺点是耐热性和刚性比较差。例如，薄膜、软管和塑料瓶等常采用低密度聚乙烯制作；煤气管采用中、高密度聚乙烯制作；水管采用聚氯乙烯制作；热水管目前常用耐热性高的氯化聚氯乙烯或聚丁烯制造；泡沫塑料热导率极低，相对密度小，特别适于用作屋顶和外墙隔热保温材料，在冷库中用得更多。

薄膜
软管
塑料瓶
煤气管
泡沫塑料

2.热固性塑料（thermoset plastics）
热固性塑料是以热固性树脂为主体成分，加工固化成型后具有网状体型的结构，受热后不再软化，强热下发生分解破坏，不可以反复成型。优点是耐热性高，受压不宜变形等，缺点是机械性能不好，但可加入填料来提高强度。这类塑料如酚醛塑料、环氧塑料等。例如，环氧塑料可用来制作塑料模具、精密量具、电子仪表装置，配制飞机漆、电器绝缘漆等。
3.塑料制品：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，用于建筑管道、电线导管、化工耐腐蚀零件及热交换器等。
（二）橡胶
1.橡胶是具有高弹性的高分子材料，它是由生胶、配合剂、增强剂组成，按材料来源不同分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶弹性最好，具有强度大、电绝缘性好、不透水的特点，也有较好的耐碱性能，但不耐浓酸，能溶于苯、汽油等溶剂。
2.椽胶有天然橡胶、氯化橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁酯橡胶等，用于密封件、衬板、衬里等。例如，天然橡胶广泛用于制造胶带、胶管和减振零件等。
（三）纤维
纤维是具有很大长径比和一定柔韧性的纤细物质。按原材料及生产过程不同，可分为天然纤维、人造纤维与合成纤维。 1.天然纤维有棉花、麻、羊毛、蚕丝等。
2.人造纤维是利用自然界中的木料、芦苇、棉绒等原料经过制浆提取纤维素，再经过化学处理及机械加工而成的。
3.合成纤维是利用石油、煤炭、天然气等原料生产制造的纤维制品。常用的合成纤维（六大纶）有聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚丙烯腈纤维（腊纶）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚丙烯纤维（丙纶）和聚氯乙烯纤维（氯纶）等。例如，涤纶常用做工业上的运输带、传动带、帆布、绳索等。
（四）涂料
涂料是一种涂覆于固体物质表面并形成连续性薄膜的液态或粉末状态的物质。
1.涂料的主要功能是：保护被涂覆物体免受各种作用而发生表面的破坏；具有装饰效果，并能防火、防静电、防辐射。例如，涂塑钢管具有优良的耐腐蚀性能和比较小的摩擦阻力。环氧树脂涂塑钢管适用于给水排水及海水、温水、油、气体等介质的输送，聚氯乙烯（PVC）涂塑钢管适用于排水及海水、油、气体等介质的输送。根据需要，可在钢管的内外表面涂塑或仅涂敷外表面。
2.油漆广泛用于设备管道工程中的防锈保护。例如，清漆、冷固环氧树脂漆、环氧呋喃树脂漆、酚醛树脂漆等。
（五）粘结剂
1.用来将其他材料粘接在一起的材料。通过粘附作用，使同质或异质材料连接在一起。按照粘结剂的基料类型分为天然粘结剂和合成粘结剂。
2.常用的粘结剂如环氧树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂、丙烯酸酯类粘结剂、橡胶粘结剂、聚酯酸乙烯粘结剂等。例如，环氧树脂粘结剂俗称“万能胶”，具有很强的粘结力，对金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、皮革等都有良好的粘结能力；酚醛树脂粘剂广泛用于汽车部件、飞机部件、机器部件等结构件的粘接。

三、非金属材料的类型及应用

（一）非金属板材的类型及应用
非金属板材一般有玻璃纤维复合板材、酚醛复合板材、聚氨酯复合板材、硬聚氯乙烯板材、无机玻璃钢板材等。
1.玻璃纤维复合板材适用制作中压以下的空调系统风管，但对洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统以及相对湿度90%以上的系统不适用。
2.酚醛复合板材适用制作低、中压空调系统及潮湿环境的风管，但对高压及洁净空调、酸碱性环境和防排烟系统不适用。
3.聚氨酯复合板材适用制作低、中、高压洁净空调系统及潮湿环境的风管，但对酸碱性环境和防排烟系统不适用。
4.硬聚氯乙烯板材适用制作洁净室含酸碱的排风系统风管。
（二）非金属管材的类型及应用
1.非金属管材可以分为两大类：无机非金属管材、有机及复合管材。
2.无机非金属管材一般有混凝土管、自应力混凝土管、预应力混凝土管、钢筋混凝土管。混凝土管常用于排水管；自应力混凝土管和预应力混凝土管常用于输水管；钢筋混凝土管常用作排水管和井管。
3.有机及复合管材种类繁多，常用的有聚乙烯管（PE管）、交联聚乙烯管（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）、热塑性塑料管、有机玻璃管、铝塑复合管（PAP管）等。
（1）聚乙烯管（polyethylene pipe，PE管）：无毒，可用于输送生活用水。常使用的低密度聚乙烯水管（简称塑料自来水管），这种管材的外径与焊接钢管基本一致。
（2）ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）工程塑料管：耐腐蚀、耐温及耐冲击性能均优于聚氯乙烯管，它由热塑性丙烯腈丁二烯-苯乙烯三元共聚体粘料经注射、挤压成型加工制成，使用温度为-20〜70℃，压力等级分为B、C、D三级。例如，ABS工程塑料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造及化工中得到广泛应用，可用来制作机器零件、各种仪表的外壳、设备衬里等。
（3）聚丙烯管（Polypropylene pipe，PP管）：聚丙烯管材系聚丙烯树脂经挤压成型而得，其刚性、强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚乙烯，但其耐低温性差、易老化，常用于流体输送。按压力分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其常温下的工作压力为：Ⅰ型为0.4MPa、Ⅱ型为0.6MPa、Ⅲ型为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于建筑工程排水，在耐化学性和耐热性能满足工艺要求的条件下，此种管材也可用于化工、纺织等工业废气排污排毒塔、气体液体输送等。
（5）铝塑复合管（Aluminium Plastics Compound Pipe，PAP管）：铝合金层增加耐压和抗拉强度，使管道容易弯曲而不反弹。外塑料层可保护管道不受外界腐蚀。内塑料层采用中密度聚乙烯时可作饮水管，无毒、无味、无污染，符合国家饮用水标准；内塑料层采用交联聚乙烯则可耐高温、耐高压，适用于供暖及高压用管。
塑料及复合材料水管常用的有：聚乙烯塑料管、涂塑钢管、ABS工程塑料管、聚丙烯管（PP管）、硬聚氯乙烯管。

聚乙烯管（PE管）
ABS塑料制成的外壳
聚丙烯管（PP管）件
硬聚氯乙烯管（PVC-U管）

14H411013 常用电气材料的类型及应用

一、导线的类型及应用

导线是用来传送电能和信号的。导线的品种繁多，按其性能、结构和使用特点可分为裸导线、绝缘导线等。
1.裸导线
裸导线没有绝缘层，散热好，可输送较大电流。常用的有圆单线、裸绞线和型线等。
（1）裸绞线
裸绞线主要用于架空线路，具有良好的导电性能和足够的机械强度。常用的有铝绞线和钢芯铝绞线（aluminum conductor steel reinforced，ACSR）。钢芯铝绞线（型号LGJ，截面10～400mm²）用于各种电压等级的长距离输电线路，抗拉强度大。铝绞线（型号LJ，截面10～600mm²）一般用于短距离电力线路。
（2）型线
型线有铜母线、铝母线、扁钢等。矩形硬铜母线（TMY型）和硬铝母线（LMY型）用于变配电系统中的汇流排装置和车间低压架空母线等。例如，TMY-100×10,表示为硬铜母线宽100mm，厚10mm。扁钢用于接地线和接闪线，常用的扁钢规格有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、电缆的类型及应用

    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：

阻燃电力电缆型号、名称及用途
型号	名称	用途
ZA（B、C）-YJV	交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套A(B、C)类阻燃铜芯电力电缆	可敷设在对阻燃有要求的室内、隧道中等
WDZA（B、C）-YJY	无卤低烟A (B. C )类阻燃交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯电力电缆	可敷设在对阻燃且无卤低烟有要求的室内、隧道中等
WDZA（ B、C ）-YJFE	无卤低烟A(B、C)类阻燃辐照交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套铜芯电力电缆	敷设在要求是无卤低烟阻燃，且温度较高的场所等

    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：

耐火电力电缆型号、名称及用途
型号	名称	用途
WDN（A、B）-YJY	无卤低烟（A、B）类耐火交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套铜芯电力电缆	可敷设在对无卤低烟且耐火有要求的室内、隧道及管道中
WDN（A、B）-YJFE	无卤低烟（A、B）类耐火辐照交联聚乙烯绝缘聚烯烃护套铜芯电力电缆	可敷设在对无卤低烟且耐火有要求且温度较高的室内、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、母线槽的类型及应用

    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、绝缘材料的类型及应用

   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。