環(huán)保PVC電纜料的發(fā)展

邵月武

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300418）

環(huán)保PVC電纜料的發(fā)展

邵月武

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300418）

介紹了電線電纜行業(yè)用主要材料的種類，以及用戶對PVC電線電纜的環(huán)保要求和環(huán)保PVC電纜料的發(fā)展及配方思路，并對環(huán)保電線電纜的要求及對線纜料的選用提出了建議。

環(huán)保；聚氯乙烯；電纜料；發(fā)展

1　線纜行業(yè)主要用材分析

PVC電纜料是以聚氯乙烯為基礎樹脂，添加穩(wěn)定劑、鄰苯二甲酸二辛酯，鄰苯二甲酸二異癸酯，對苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯等增塑劑以及碳酸鈣等無機填充物、助劑和潤滑劑等添加劑，經過混配捏合擠出而制備的粒子。因使用的穩(wěn)定劑、增塑劑及各種填充物等添加物質在環(huán)保方面的不同而不同。一般是以ROHS或REACH的檢測方法和標準來衡量，分為環(huán)保和非環(huán)保PVC電纜料。

由于電線電纜的結構大同小異，又極為簡單，導電線芯外的絕緣與護套多由塑料或橡膠包覆，其主要用材見表1。用戶按用途和布設環(huán)境選擇型號與規(guī)格，生產廠則按相關標準選擇材料與制造工藝。

從表1可以看出，塑料占包覆材料的91%，而其中的聚氯乙烯又占塑料中的80%。另有資料表明，在美國，塑料占電線電纜行業(yè)包覆材料的85%，其中，聚氯乙烯又占塑料中的60%。

表1　中國線纜行業(yè)主要用材統(tǒng)計

聚氯乙烯是含氯聚合物，有較好的阻燃性能和線纜生產與使用所要求的各種性能，價格低廉，是世界上最廣泛使用的塑料之一。在過去的十多年中，隨著人們環(huán)保意識的增強和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，有關塑料對環(huán)境的污染和是否應禁用聚氯乙烯的爭論非常多，但是聚氯乙烯的產量和使用量卻在不斷增長，這在中國尤為明顯（見表2）。隨著科學的發(fā)展和研究的深入，使眾多環(huán)保型的聚氯乙烯制品被研發(fā)出來，電線電纜也深受其益，與環(huán)保聚氯乙烯電線電纜配套的環(huán)保型聚氯乙烯電纜料在近幾年的飛速發(fā)展就是一個證明。

表2　近些年來中國和幾個主要國家PVC樹脂產（銷）量　　萬t

表3　已頒法規(guī)及重金屬含量上限10-6

2　用戶對PVC電線電纜的環(huán)保要求和環(huán)保PVC電纜料的發(fā)展

當電纜料制備成功后，以ROHS或REACH的檢測方法和標準在ICP測試設備上測試，所有物質成分中重金屬含量，DEHP、壬基酚、多溴聯苯類等禁用物質和受控物質等，因每個國家對含量標準的要求不一樣，相應的環(huán)保標準也不同。測試單位一般以10-6來計量。

環(huán)保電纜料的穩(wěn)定劑一般是使用鈣鋅穩(wěn)定劑。

滿足REACH標準的PVC電纜料最重要的是不能使用DEHP等16種物質來做增塑劑。

非環(huán)保電纜料一般使用鉛鹽來做穩(wěn)定劑，因其含有重金屬鉛、鉻、鎘、汞、鋇等重金屬，會對環(huán)境和人類健康造成極大損害，而受到越來越多的國家限制或禁止使用。

在電壓較低（1 kV以下）的線路和電器設備中使用的電線電纜，其絕緣與護套均可用PVC包覆，而中、高壓（大于6 kV）電線電纜的護套大多采用PVC包覆。用戶對環(huán)保型電線電纜的要求，歸納起來有以下3條。

2.1低鉛和低重金屬

鉛和某些重金屬會對人體健康造成不利影響，在PVC配方中，通常需要用到鉛、鎘、鋇、銻等重金屬化合物添加劑，作為穩(wěn)定劑、阻燃劑和顏料。為了遏制PVC樹脂在加工和使用時分解的氯元素，在配方中必須加入熱穩(wěn)定劑，而在傳統(tǒng)的配方中，鉛鹽系列穩(wěn)定劑具有最佳的性價比，因此被廣泛采用。無鉛化或無重金屬化就意味著必須用非鉛或非重金屬化合物取代，同時做到不會使電纜料的各種性能下降。

在顏料的選用中，傳統(tǒng)的配方往往要選用許多含有重金屬化合物的顏料：如鎘用于黃色和紅色；鉛用于白色、紅色和黃色；六價鉻用于紅色、黃色和綠色等。無鉛或無重金屬就要求配方設計時必須更審慎地選擇有機和無機顏料，以保證產品中的重金屬含量不超出規(guī)范的限定值。

值得重視的是，2003年歐盟通過了第六次環(huán)境行動計劃，提出了到2010年十年間的環(huán)境政策戰(zhàn)略目標，即“歐盟二指令”、“一方案”和“ELV”指令。

（1）WEEE指令：“報廢電子電器處理指令”（實現分類收集，推進再生利用和減少焚燒處理）。

（2）ROHS指令：“特定有毒物質的禁用指令”（限定鉛，鎘，六價鉻，汞等6種有害物質的含量）。

（3）EUP指令方案：“設定‘能源－使用品’的生態(tài)設計要求事項框架”。

（4）ELV指令：“生命末期計劃”，從2003年開始，汽車業(yè)電線電纜禁止含鉛。

從上世紀九十年代以來，歐、美、日等發(fā)達國家相繼制定法規(guī)，在所用的PVC電線電纜中，以下8種重金屬含量不得大于表3的規(guī)定。而ROHS指令與某些大公司對幾種有害物質的控制標準見表4。

這些新規(guī)定要求電線電纜制造商重新調整已有配方的穩(wěn)定體系、潤滑體系、添加劑體系。

（1）使用鈣-鋅復合穩(wěn)定潤滑劑

以硬脂酸鈣、硬脂酸鋅為主要成份的鈣鋅復合穩(wěn)定劑被公認為是無毒化合物，其熱穩(wěn)定效果比鉛鹽差。為此，對此類穩(wěn)定劑進行了大量的試驗與改進，特別是近十多年來，為適應市場的環(huán)保要求，已有一些公司開發(fā)出能夠符合PVC電纜料標準要求的鈣-鋅復合穩(wěn)定潤滑劑。

（2）使用稀土復合穩(wěn)定劑

近幾年，中國已開發(fā)出多種牌號的稀土金屬（如鑭系）鹽穩(wěn)定劑。試驗表明，其熱穩(wěn)定性接近于鉛鹽，且無毒，某些牌號還具有透明性，因而可以用于有環(huán)保要求的PVC料。

（3）使用有機錫穩(wěn)定劑

有機錫穩(wěn)定劑品種繁多，對PVC有較好的熱穩(wěn)定效果，無毒且具有良好的透明性。價格昂貴（是鉛鹽的8～12倍），無潤滑性、某些牌號的產品會污染銅是其缺點，多用于透明環(huán)保料中。

2.2低煙與低氯化氫

良好的阻燃性能是PVC電線電纜十分明顯的優(yōu)點，但普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時，會放出濃重的黑煙和HCl氣體，從而造成起火后的“二次災害”，嚴重影響人員撤離和消防救護工作的開展。所以，在對電線電纜提出阻燃要求時，在某些場合還會進一步提出“低煙”和“低HCl（低酸）”的要求。

低煙型電線電纜標準在IEC（國際電工委員會）和中國GB/T標準中是用“最小透光率”大于60%來考核的。而在UL（美國保險商實驗室）標準中則是用“煙霧釋放總量”和“最大煙霧釋放率”2個指標來限定的，見表5。UL標準規(guī)定，凡能通過UL1685試驗的電線電纜方可稱為“低煙”型的，并有資格在電線電纜的表面印上“LS（低煙）”標志。而在IEC和GB/T標準中，則無此稱呼和標志規(guī)定。

表4　ROHS指令與某些大公司對有害物的控制標準　10-6

表5　低煙型阻燃電纜的煙霧試驗

制造低煙型PVC電線電纜應采用低煙PVC電纜料，對于低煙型PVC電纜料的“低煙性能”如何界定，目前，各國尚無統(tǒng)一標準可循，國內市場流通的低煙料與普通阻燃料比煙密度Dm實測值的比較見表6，上海電纜研究所已將Dm≤300作為低煙PVC料的標準。

這種低煙型PVC料的配方研究十分困難，除需引入高效的消煙劑外，還需對配方中的所有在燃燒時會發(fā)煙的助劑進行篩選，以使燃燒時的發(fā)煙量降低。從國內廠家的對比試驗看出，國產的低煙PVC料1，其低煙性能甚至比進口料3還好。

表6　通用阻燃料與低煙料的比煙密度比較

試驗表明，即便采用低煙性能最好的國產料制造成品電纜，按表5的標準測出的“最小透光率”大小與被測線纜的結構和規(guī)格有關，小截面單芯線纜最高透光率可達60%以上，而大截面多芯電纜為35%～45%，如果能在多芯電纜成纜后的空隙上作些改動，如擠包隔氧填充層或阻燃玻璃絲布或紗填充，就可能使其最小透光率提高10%～30%。因此，如何挖掘低煙料的潛力，使生產出的PVC線纜具有更高的透光率（或最低的發(fā)煙量）要靠PVC料生產廠和線纜廠共同努力。

PVC線纜燃燒時生成的HCL氣體會對電路和設備產生嚴重的腐蝕，制造低酸型PVC線纜必須采用低酸型PVC料，應符合表7規(guī)定的酸氣試驗。

在中國，設計低酸型PVC料配方往往與低煙型結合起來考慮，差別在于需引入高效的吸酸劑，有關低酸型PVC料的鹵酸氣釋放量應如何界定，目前在各國尚無統(tǒng)一標準可循。

2.3低毒與無毒

對于某些可能與食品、血液制品接觸的家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生電器以及兒童電動玩具上使用的線纜，除要求無鉛無重金屬外，還要求無毒（或低毒）。這就是說，在PVC配方中所使用的所有成份材料均應是無毒的。電纜料中含有大量的增塑劑，制造無毒料必須選用無毒的增塑劑。因此，某些含磷、含硫的增塑劑應被排除在外，其他成份如穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗氧劑、填充劑等都必須使用無毒料。所以，這種PVC料的要求比無鉛無重金屬料的要求更高，售價也自然更貴。

2.4其他禁用物

據資料介紹，歐盟在審理的法規(guī)草案可能對下列物品進行限制，以確保電線電纜能符合環(huán)保要求。

石棉、多氯聯苯、多溴聯苯、短鏈（C10～C13）氯化石蠟，這些要求應引起環(huán)保PVC電纜料和電線電纜生產企業(yè)的注意，在材料的配方與線纜的結構中將上述幾類物品剔除。

表7　低酸型阻燃料的酸氣試驗

3　環(huán)保型PVC電線電纜和選用

中國目前主要是向外銷型企業(yè)供貨。多集中在電子器件接線、電腦與家用電器用線以及電動玩具線，這些線在本線纜行業(yè)統(tǒng)稱“低壓軟線類”?？梢愿鶕褂脳l件的不同，派生出耐油、耐寒、耐氣候、耐日光、耐高溫、耐臭氧、亞光、高彈性、耐PS、耐ABS等幾十個品種，以適應各種用戶或標準的要求。自中國加入WTO后，這類線纜的生產與出口急速增長。各類線纜應遵守的相關法規(guī)見表8，除歐盟外的其他國家的相應法規(guī)和要求也已陸續(xù)出臺與公布。

表8　電線電纜應遵守的相關法規(guī)

4　線纜行業(yè)對電纜料的要求

過去，線纜業(yè)除要求PVC電纜料的生產廠提供的顆粒在擠出時應表面光亮外，還往往通過提高擠出溫度等方法來達到表面光亮的目的；然而，隨著時間的推移，線纜業(yè)的美學觀發(fā)生了變化，目前，眾多線纜生產者、銷售者、使用者（特別是三資企業(yè)）提出希望PVC電纜料行業(yè)生產的塑料擠出成纜后外觀能具有柔和的“亞光”效果。

由于線纜的應用領域不同而對電纜料的要求也不一樣。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用線纜也日益增多，汽車用低壓電纜有刮磨次數的要求，為此，汽車線纜生產商對PVC電纜料提出了耐磨性的要求，通常的電纜料遠遠不能滿足要求，這就要求PVC電纜料的配方研制人員使用新的材料研制新的配方，以滿足汽車線纜商的要求。汽車高壓點火線的用量也很大，不同于其他線纜的特殊要求是，要進行電線表面放電試驗，因而，要求PVC電纜料具有較高的體積電阻率，同時鑒于使用方面的要求，汽車線纜商還要求高壓點火線要柔軟有彈性，而對于PVC電纜料來說，要柔軟有彈性就要增加更多的增塑劑，而更多增塑劑的加入又意味著體積電阻率的下降，這本身是一對矛盾，如何解決和處理好這一矛盾是汽車線纜業(yè)對PVC電纜料提出的又一要求。通訊產業(yè)的發(fā)展，帶動了程控交換機的進步，亦帶來了大量程控線纜的需求。國內程控線纜的制造商有許多進行了設備引進，使用進口材料能以1 000 m/min左右速度擠出，且擠出的線纜絕緣電阻高、老化性能好（能經受符合UL標準要求的烘箱老化），而國產PVC電纜料行業(yè)面臨擠出放線速度慢、絕緣電阻低、電化性能欠佳的問題。電線電纜的阻燃是今后發(fā)展的方向，多年來，PVC電纜料行業(yè)順應這一方向的發(fā)展要求，研制成功了具有一般阻燃性能（即氧指數在30以上）的阻燃PVC電纜料。但隨著時代的發(fā)展、社會的進步，用戶對電線電纜的阻燃性能又提出了新的需求，燃燒試驗亦進行了改進，原有阻燃PVC電纜料已不能滿足要求，特別是阻燃PVC電纜料在燃燒時產生大量的黑色煙霧和HCl氣體，嚴重影響火災發(fā)生時的人員逃生、危及人民生產財產安全的問題越來越受到重視，高性能低煙低鹵阻燃PVC電纜料的研制應運而生，降低電纜燃燒時的煙密度，提高透光率成為阻燃PVC電纜料研制中的首要問題。

環(huán)保型PVC料和環(huán)保型PVC線纜在國內市場的發(fā)展只能說還處于初步階段，還需一個宣傳、認識、推廣的過程。中國的PVC樹脂產量和規(guī)模居世界之首，相應的在PVC改性方面使用的各種助劑、填充物也及其發(fā)達，已形成了完整的產業(yè)鏈，這使得中國的PVC電纜料具有他國難于與其比擬的資源和成本優(yōu)勢。在國家、協(xié)會的大力倡導下，在環(huán)保政策的驅動下，環(huán)保PVC電纜料會得到更大發(fā)展。

Development of environmentally friendly PVC cable material

SHAO Yue-wu
（Tianjin Botian Chemical Co.，Ltd.，Co.，Ltd.，Tianjin 300418，China）

This paper introduces the types of wire and cable industry with the main material，and users＇requirements of environmental protection of PVC wire and cable and the development of environmentally friendly PVC cable material and formula，and the requirement of environmental protection wires and cables，and puts forward Suggestions on the selection of cable material.

environmental protection；polyvinyl chloride（PVC）；cable materials；development

TQ325.3

B

1009-1785（2016）08-0013-04

2016-07-19