邵月武

（天津渤天化工有限責(zé)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(zé)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(duì)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(duì)環(huán)保電線電纜的要求及對(duì)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(chǔ)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(duì)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(wú)機(jī)填充物、助劑和潤(rùn)滑劑等添加劑，經(jīng)過(guò)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(zhì)在環(huán)保方面的不同而不同。一般是以ROHS或REACH的檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，分為環(huán)保和非環(huán)保PVC電纜料。

由于電線電纜的結(jié)構(gòu)大同小異，又極為簡(jiǎn)單，導(dǎo)電線芯外的絕緣與護(hù)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(shè)環(huán)境選擇型號(hào)與規(guī)格，生產(chǎn)廠則按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)，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(guó)線纜行業(yè)主要用材統(tǒng)計(jì)

聚氯乙烯是含氯聚合物，有較好的阻燃性能和線纜生產(chǎn)與使用所要求的各種性能，價(jià)格低廉，是世界上最廣泛使用的塑料之一。在過(guò)去的十多年中，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，有關(guān)塑料對(duì)環(huán)境的污染和是否應(yīng)禁用聚氯乙烯的爭(zhēng)論非常多，但是聚氯乙烯的產(chǎn)量和使用量卻在不斷增長(zhǎng)，這在中國(guó)尤為明顯（見表2）。隨著科學(xué)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(lái)，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(gè)證明。

表2　近些年來(lái)中國(guó)和幾個(gè)主要國(guó)家PVC樹脂產(chǎn)（銷）量　　萬(wàn)t

表3　已頒法規(guī)及重金屬含量上限10-6

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

當(dāng)電纜料制備成功后，以ROHS或REACH的檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)在ICP測(cè)試設(shè)備上測(cè)試，所有物質(zhì)成分中重金屬含量，DEHP、壬基酚、多溴聯(lián)苯類等禁用物質(zhì)和受控物質(zhì)等，因每個(gè)國(guó)家對(duì)含量標(biāo)準(zhǔn)的要求不一樣，相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也不同。測(cè)試單位一般以10-6來(lái)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的PVC電纜料最重要的是不能使用DEHP等16種物質(zhì)來(lái)做增塑劑。

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

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

2.1低鉛和低重金屬

鉛和某些重金屬會(huì)對(duì)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(shí)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(jià)比，因此被廣泛采用。無(wú)鉛化或無(wú)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(shí)做到不會(huì)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(jià)鉻用于紅色、黃色和綠色等。無(wú)鉛或無(wú)重金屬就要求配方設(shè)計(jì)時(shí)必須更審慎地選擇有機(jī)和無(wú)機(jī)顏料，以保證產(chǎn)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(guò)了第六次環(huán)境行動(dòng)計(jì)劃，提出了到2010年十年間的環(huán)境政策戰(zhàn)略目標(biāo)，即“歐盟二指令”、“一方案”和“ELV”指令。

（1）WEEE指令：“報(bào)廢電子電器處理指令”（實(shí)現(xiàn)分類收集，推進(jìn)再生利用和減少焚燒處理）。

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

（3）EUP指令方案：“設(shè)定‘能源－使用品’的生態(tài)設(shè)計(jì)要求事項(xiàng)框架”。

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

從上世紀(jì)九十年代以來(lái)，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)幾種有害物質(zhì)的控制標(biāo)準(zhǔn)見表4。

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

（1）使用鈣-鋅復(fù)合穩(wěn)定潤(rùn)滑劑

以硬脂酸鈣、硬脂酸鋅為主要成份的鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑被公認(rèn)為是無(wú)毒化合物，其熱穩(wěn)定效果比鉛鹽差。為此，對(duì)此類穩(wěn)定劑進(jìn)行了大量的試驗(yàn)與改進(jìn)，特別是近十多年來(lái)，為適應(yīng)市場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)要求的鈣-鋅復(fù)合穩(wěn)定潤(rùn)滑劑。

（2）使用稀土復(fù)合穩(wěn)定劑

近幾年，中國(guó)已開發(fā)出多種牌號(hào)的稀土金屬（如鑭系）鹽穩(wěn)定劑。試驗(yàn)表明，其熱穩(wěn)定性接近于鉛鹽，且無(wú)毒，某些牌號(hào)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(jī)錫穩(wěn)定劑

有機(jī)錫穩(wěn)定劑品種繁多，對(duì)PVC有較好的熱穩(wěn)定效果，無(wú)毒且具有良好的透明性。價(jià)格昂貴（是鉛鹽的8～12倍），無(wú)潤(rùn)滑性、某些牌號(hào)的產(chǎn)品會(huì)污染銅是其缺點(diǎn)，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(diǎn)，但普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時(shí)，會(huì)放出濃重的黑煙和HCl氣體，從而造成起火后的“二次災(zāi)害”，嚴(yán)重影響人員撤離和消防救護(hù)工作的開展。所以，在對(duì)電線電纜提出阻燃要求時(shí)，在某些場(chǎng)合還會(huì)進(jìn)一步提出“低煙”和“低HCl（低酸）”的要求。

低煙型電線電纜標(biāo)準(zhǔn)在IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）和中國(guó)GB/T標(biāo)準(zhǔn)中是用“最小透光率”大于60%來(lái)考核的。而在UL（美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室）標(biāo)準(zhǔn)中則是用“煙霧釋放總量”和“最大煙霧釋放率”2個(gè)指標(biāo)來(lái)限定的，見表5。UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡能通過(guò)UL1685試驗(yàn)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(biāo)志。而在IEC和GB/T標(biāo)準(zhǔn)中，則無(wú)此稱呼和標(biāo)志規(guī)定。

表4　ROHS指令與某些大公司對(duì)有害物的控制標(biāo)準(zhǔn)　10-6

表5　低煙型阻燃電纜的煙霧試驗(yàn)

制造低煙型PVC電線電纜應(yīng)采用低煙PVC電纜料，對(duì)于低煙型PVC電纜料的“低煙性能”如何界定，目前，各國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)流通的低煙料與普通阻燃料比煙密度Dm實(shí)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)。

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(duì)配方中的所有在燃燒時(shí)會(huì)發(fā)煙的助劑進(jìn)行篩選，以使燃燒時(shí)的發(fā)煙量降低。從國(guó)內(nèi)廠家的對(duì)比試驗(yàn)看出，國(guó)產(chǎn)的低煙PVC料1，其低煙性能甚至比進(jìn)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(yàn)表明，即便采用低煙性能最好的國(guó)產(chǎn)料制造成品電纜，按表5的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)出的“最小透光率”大小與被測(cè)線纜的結(jié)構(gòu)和規(guī)格有關(guān)，小截面單芯線纜最高透光率可達(dá)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(dòng)，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(chǎn)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(chǎn)廠和線纜廠共同努力。

PVC線纜燃燒時(shí)生成的HCL氣體會(huì)對(duì)電路和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，制造低酸型PVC線纜必須采用低酸型PVC料，應(yīng)符合表7規(guī)定的酸氣試驗(yàn)。

在中國(guó)，設(shè)計(jì)低酸型PVC料配方往往與低煙型結(jié)合起來(lái)考慮，差別在于需引入高效的吸酸劑，有關(guān)低酸型PVC料的鹵酸氣釋放量應(yīng)如何界定，目前在各國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循。

2.3低毒與無(wú)毒

對(duì)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(dòng)玩具上使用的線纜，除要求無(wú)鉛無(wú)重金屬外，還要求無(wú)毒（或低毒）。這就是說(shuō)，在PVC配方中所使用的所有成份材料均應(yīng)是無(wú)毒的。電纜料中含有大量的增塑劑，制造無(wú)毒料必須選用無(wú)毒的增塑劑。因此，某些含磷、含硫的增塑劑應(yīng)被排除在外，其他成份如穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑、填充劑等都必須使用無(wú)毒料。所以，這種PVC料的要求比無(wú)鉛無(wú)重金屬料的要求更高，售價(jià)也自然更貴。

2.4其他禁用物

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

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

表7　低酸型阻燃料的酸氣試驗(yàn)

3　環(huán)保型PVC電線電纜和選用

中國(guó)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(dòng)玩具線，這些線在本線纜行業(yè)統(tǒng)稱“低壓軟線類”?？梢愿鶕?jù)使用條件的不同，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(gè)品種，以適應(yīng)各種用戶或標(biāo)準(zhǔn)的要求。自中國(guó)加入WTO后，這類線纜的生產(chǎn)與出口急速增長(zhǎng)。各類線纜應(yīng)遵守的相關(guān)法規(guī)見表8，除歐盟外的其他國(guó)家的相應(yīng)法規(guī)和要求也已陸續(xù)出臺(tái)與公布。

表8　電線電纜應(yīng)遵守的相關(guān)法規(guī)

4　線纜行業(yè)對(duì)電纜料的要求

過(guò)去，線纜業(yè)除要求PVC電纜料的生產(chǎn)廠提供的顆粒在擠出時(shí)應(yīng)表面光亮外，還往往通過(guò)提高擠出溫度等方法來(lái)達(dá)到表面光亮的目的；然而，隨著時(shí)間的推移，線纜業(yè)的美學(xué)觀發(fā)生了變化，目前，眾多線纜生產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)域不同而對(duì)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(shù)的要求，為此，汽車線纜生產(chǎn)商對(duì)PVC電纜料提出了耐磨性的要求，通常的電纜料遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)火線的用量也很大，不同于其他線纜的特殊要求是，要進(jìn)行電線表面放電試驗(yàn)，因而，要求PVC電纜料具有較高的體積電阻率，同時(shí)鑒于使用方面的要求，汽車線纜商還要求高壓點(diǎn)火線要柔軟有彈性，而對(duì)于PVC電纜料來(lái)說(shuō)，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(duì)矛盾，如何解決和處理好這一矛盾是汽車線纜業(yè)對(duì)PVC電纜料提出的又一要求。通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了程控交換機(jī)的進(jìn)步，亦帶來(lái)了大量程控線纜的需求。國(guó)內(nèi)程控線纜的制造商有許多進(jìn)行了設(shè)備引進(jìn)，使用進(jìn)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(jīng)受符合UL標(biāo)準(zhǔn)要求的烘箱老化），而國(guó)產(chǎn)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(wèn)題。電線電纜的阻燃是今后發(fā)展的方向，多年來(lái)，PVC電纜料行業(yè)順應(yīng)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(shù)在30以上）的阻燃PVC電纜料。但隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，用戶對(duì)電線電纜的阻燃性能又提出了新的需求，燃燒試驗(yàn)亦進(jìn)行了改進(jìn)，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(shí)產(chǎn)生大量的黑色煙霧和HCl氣體，嚴(yán)重影響火災(zāi)發(fā)生時(shí)的人員逃生、危及人民生產(chǎn)財(cái)產(chǎn)安全的問(wèn)題越來(lái)越受到重視，高性能低煙低鹵阻燃PVC電纜料的研制應(yīng)運(yùn)而生，降低電纜燃燒時(shí)的煙密度，提高透光率成為阻燃PVC電纜料研制中的首要問(wèn)題。

環(huán)保型PVC料和環(huán)保型PVC線纜在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展只能說(shuō)還處于初步階段，還需一個(gè)宣傳、認(rèn)識(shí)、推廣的過(guò)程。中國(guó)的PVC樹脂產(chǎn)量和規(guī)模居世界之首，相應(yīng)的在PVC改性方面使用的各種助劑、填充物也及其發(fā)達(dá)，已形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，這使得中國(guó)的PVC電纜料具有他國(guó)難于與其比擬的資源和成本優(yōu)勢(shì)。在國(guó)家、協(xié)會(huì)的大力倡導(dǎo)下，在環(huán)保政策的驅(qū)動(dòng)下，環(huán)保PVC電纜料會(huì)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