环保PVC电缆料的发展

邵月武

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300418）

环保PVC电缆料的发展

邵月武

（天津渤天化工有限责任公司，天津 300418）

介绍了电线电缆行业用主要材料的种类，以及用户对PVC电线电缆的环保要求和环保PVC电缆料的发展及配方思路，并对环保电线电缆的要求及对线缆料的选用提出了建议。

环保；聚氯乙烯；电缆料；发展

1　线缆行业主要用材分析

PVC电缆料是以聚氯乙烯为基础树脂，添加稳定剂、邻苯二甲酸二辛酯，邻苯二甲酸二异癸酯，对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯等增塑剂以及碳酸钙等无机填充物、助剂和润滑剂等添加剂，经过混配捏合挤出而制备的粒子。因使用的稳定剂、增塑剂及各种填充物等添加物质在环保方面的不同而不同。一般是以ROHS或REACH的检测方法和标准来衡量，分为环保和非环保PVC电缆料。

由于电线电缆的结构大同小异，又极为简单，导电线芯外的绝缘与护套多由塑料或橡胶包覆，其主要用材见表1。用户按用途和布设环境选择型号与规格，生产厂则按相关标准选择材料与制造工艺。

从表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%。另有资料表明，在美国，塑料占电线电缆行业包覆材料的85%，其中，聚氯乙烯又占塑料中的60%。

表1　中国线缆行业主要用材统计

聚氯乙烯是含氯聚合物，有较好的阻燃性能和线缆生产与使用所要求的各种性能，价格低廉，是世界上最广泛使用的塑料之一。在过去的十多年中，随着人们环保意识的增强和可持续发展观念的深入人心，有关塑料对环境的污染和是否应禁用聚氯乙烯的争论非常多，但是聚氯乙烯的产量和使用量却在不断增长，这在中国尤为明显（见表2）。随着科学的发展和研究的深入，使众多环保型的聚氯乙烯制品被研发出来，电线电缆也深受其益，与环保聚氯乙烯电线电缆配套的环保型聚氯乙烯电缆料在近几年的飞速发展就是一个证明。

表2　近些年来中国和几个主要国家PVC树脂产（销）量　　万t

表3　已颁法规及重金属含量上限10-6

2　用户对PVC电线电缆的环保要求和环保PVC电缆料的发展

当电缆料制备成功后，以ROHS或REACH的检测方法和标准在ICP测试设备上测试，所有物质成分中重金属含量，DEHP、壬基酚、多溴联苯类等禁用物质和受控物质等，因每个国家对含量标准的要求不一样，相应的环保标准也不同。测试单位一般以10-6来计量。

环保电缆料的稳定剂一般是使用钙锌稳定剂。

满足REACH标准的PVC电缆料最重要的是不能使用DEHP等16种物质来做增塑剂。

非环保电缆料一般使用铅盐来做稳定剂，因其含有重金属铅、铬、镉、汞、钡等重金属，会对环境和人类健康造成极大损害，而受到越来越多的国家限制或禁止使用。

在电压较低（1 kV以下）的线路和电器设备中使用的电线电缆，其绝缘与护套均可用PVC包覆，而中、高压（大于6 kV）电线电缆的护套大多采用PVC包覆。用户对环保型电线电缆的要求，归纳起来有以下3条。

2.1低铅和低重金属

铅和某些重金属会对人体健康造成不利影响，在PVC配方中，通常需要用到铅、镉、钡、锑等重金属化合物添加剂，作为稳定剂、阻燃剂和颜料。为了遏制PVC树脂在加工和使用时分解的氯元素，在配方中必须加入热稳定剂，而在传统的配方中，铅盐系列稳定剂具有最佳的性价比，因此被广泛采用。无铅化或无重金属化就意味着必须用非铅或非重金属化合物取代，同时做到不会使电缆料的各种性能下降。

在颜料的选用中，传统的配方往往要选用许多含有重金属化合物的颜料：如镉用于黄色和红色；铅用于白色、红色和黄色；六价铬用于红色、黄色和绿色等。无铅或无重金属就要求配方设计时必须更审慎地选择有机和无机颜料，以保证产品中的重金属含量不超出规范的限定值。

值得重视的是，2003年欧盟通过了第六次环境行动计划，提出了到2010年十年间的环境政策战略目标，即“欧盟二指令”、“一方案”和“ELV”指令。

（1）WEEE指令：“报废电子电器处理指令”（实现分类收集，推进再生利用和减少焚烧处理）。

（2）ROHS指令：“特定有毒物质的禁用指令”（限定铅，镉，六价铬，汞等6种有害物质的含量）。

（3）EUP指令方案：“设定‘能源－使用品’的生态设计要求事项框架”。

（4）ELV指令：“生命末期计划”，从2003年开始，汽车业电线电缆禁止含铅。

从上世纪九十年代以来，欧、美、日等发达国家相继制定法规，在所用的PVC电线电缆中，以下8种重金属含量不得大于表3的规定。而ROHS指令与某些大公司对几种有害物质的控制标准见表4。

这些新规定要求电线电缆制造商重新调整已有配方的稳定体系、润滑体系、添加剂体系。

（1）使用钙-锌复合稳定润滑剂

以硬脂酸钙、硬脂酸锌为主要成份的钙锌复合稳定剂被公认为是无毒化合物，其热稳定效果比铅盐差。为此，对此类稳定剂进行了大量的试验与改进，特别是近十多年来，为适应市场的环保要求，已有一些公司开发出能够符合PVC电缆料标准要求的钙-锌复合稳定润滑剂。

（2）使用稀土复合稳定剂

近几年，中国已开发出多种牌号的稀土金属（如镧系）盐稳定剂。试验表明，其热稳定性接近于铅盐，且无毒，某些牌号还具有透明性，因而可以用于有环保要求的PVC料。

（3）使用有机锡稳定剂

有机锡稳定剂品种繁多，对PVC有较好的热稳定效果，无毒且具有良好的透明性。价格昂贵（是铅盐的8～12倍），无润滑性、某些牌号的产品会污染铜是其缺点，多用于透明环保料中。

2.2低烟与低氯化氢

良好的阻燃性能是PVC电线电缆十分明显的优点，但普通阻燃PVC线缆在起火燃烧时，会放出浓重的黑烟和HCl气体，从而造成起火后的“二次灾害”，严重影响人员撤离和消防救护工作的开展。所以，在对电线电缆提出阻燃要求时，在某些场合还会进一步提出“低烟”和“低HCl（低酸）”的要求。

低烟型电线电缆标准在IEC（国际电工委员会）和中国GB/T标准中是用“最小透光率”大于60%来考核的。而在UL（美国保险商实验室）标准中则是用“烟雾释放总量”和“最大烟雾释放率”2个指标来限定的，见表5。UL标准规定，凡能通过UL1685试验的电线电缆方可称为“低烟”型的，并有资格在电线电缆的表面印上“LS（低烟）”标志。而在IEC和GB/T标准中，则无此称呼和标志规定。

表4　ROHS指令与某些大公司对有害物的控制标准　10-6

表5　低烟型阻燃电缆的烟雾试验

制造低烟型PVC电线电缆应采用低烟PVC电缆料，对于低烟型PVC电缆料的“低烟性能”如何界定，目前，各国尚无统一标准可循，国内市场流通的低烟料与普通阻燃料比烟密度Dm实测值的比较见表6，上海电缆研究所已将Dm≤300作为低烟PVC料的标准。

这种低烟型PVC料的配方研究十分困难，除需引入高效的消烟剂外，还需对配方中的所有在燃烧时会发烟的助剂进行筛选，以使燃烧时的发烟量降低。从国内厂家的对比试验看出，国产的低烟PVC料1，其低烟性能甚至比进口料3还好。

表6　通用阻燃料与低烟料的比烟密度比较

试验表明，即便采用低烟性能最好的国产料制造成品电缆，按表5的标准测出的“最小透光率”大小与被测线缆的结构和规格有关，小截面单芯线缆最高透光率可达60%以上，而大截面多芯电缆为35%～45%，如果能在多芯电缆成缆后的空隙上作些改动，如挤包隔氧填充层或阻燃玻璃丝布或纱填充，就可能使其最小透光率提高10%～30%。因此，如何挖掘低烟料的潜力，使生产出的PVC线缆具有更高的透光率（或最低的发烟量）要靠PVC料生产厂和线缆厂共同努力。

PVC线缆燃烧时生成的HCL气体会对电路和设备产生严重的腐蚀，制造低酸型PVC线缆必须采用低酸型PVC料，应符合表7规定的酸气试验。

在中国，设计低酸型PVC料配方往往与低烟型结合起来考虑，差别在于需引入高效的吸酸剂，有关低酸型PVC料的卤酸气释放量应如何界定，目前在各国尚无统一标准可循。

2.3低毒与无毒

对于某些可能与食品、血液制品接触的家用电器、医疗卫生电器以及儿童电动玩具上使用的线缆，除要求无铅无重金属外，还要求无毒（或低毒）。这就是说，在PVC配方中所使用的所有成份材料均应是无毒的。电缆料中含有大量的增塑剂，制造无毒料必须选用无毒的增塑剂。因此，某些含磷、含硫的增塑剂应被排除在外，其他成份如稳定剂、润滑剂、抗氧剂、填充剂等都必须使用无毒料。所以，这种PVC料的要求比无铅无重金属料的要求更高，售价也自然更贵。

2.4其他禁用物

据资料介绍，欧盟在审理的法规草案可能对下列物品进行限制，以确保电线电缆能符合环保要求。

石棉、多氯联苯、多溴联苯、短链（C10～C13）氯化石蜡，这些要求应引起环保PVC电缆料和电线电缆生产企业的注意，在材料的配方与线缆的结构中将上述几类物品剔除。

表7　低酸型阻燃料的酸气试验

3　环保型PVC电线电缆和选用

中国目前主要是向外销型企业供货。多集中在电子器件接线、电脑与家用电器用线以及电动玩具线，这些线在本线缆行业统称“低压软线类”。可以根据使用条件的不同，派生出耐油、耐寒、耐气候、耐日光、耐高温、耐臭氧、亚光、高弹性、耐PS、耐ABS等几十个品种，以适应各种用户或标准的要求。自中国加入WTO后，这类线缆的生产与出口急速增长。各类线缆应遵守的相关法规见表8，除欧盟外的其他国家的相应法规和要求也已陆续出台与公布。

表8　电线电缆应遵守的相关法规

4　线缆行业对电缆料的要求

过去，线缆业除要求PVC电缆料的生产厂提供的颗粒在挤出时应表面光亮外，还往往通过提高挤出温度等方法来达到表面光亮的目的；然而，随着时间的推移，线缆业的美学观发生了变化，目前，众多线缆生产者、销售者、使用者（特别是三资企业）提出希望PVC电缆料行业生产的塑料挤出成缆后外观能具有柔和的“亚光”效果。

由于线缆的应用领域不同而对电缆料的要求也不一样。随着汽车工业的发展，汽车用线缆也日益增多，汽车用低压电缆有刮磨次数的要求，为此，汽车线缆生产商对PVC电缆料提出了耐磨性的要求，通常的电缆料远远不能满足要求，这就要求PVC电缆料的配方研制人员使用新的材料研制新的配方，以满足汽车线缆商的要求。汽车高压点火线的用量也很大，不同于其他线缆的特殊要求是，要进行电线表面放电试验，因而，要求PVC电缆料具有较高的体积电阻率，同时鉴于使用方面的要求，汽车线缆商还要求高压点火线要柔软有弹性，而对于PVC电缆料来说，要柔软有弹性就要增加更多的增塑剂，而更多增塑剂的加入又意味着体积电阻率的下降，这本身是一对矛盾，如何解决和处理好这一矛盾是汽车线缆业对PVC电缆料提出的又一要求。通讯产业的发展，带动了程控交换机的进步，亦带来了大量程控线缆的需求。国内程控线缆的制造商有许多进行了设备引进，使用进口材料能以1 000 m/min左右速度挤出，且挤出的线缆绝缘电阻高、老化性能好（能经受符合UL标准要求的烘箱老化），而国产PVC电缆料行业面临挤出放线速度慢、绝缘电阻低、电化性能欠佳的问题。电线电缆的阻燃是今后发展的方向，多年来，PVC电缆料行业顺应这一方向的发展要求，研制成功了具有一般阻燃性能（即氧指数在30以上）的阻燃PVC电缆料。但随着时代的发展、社会的进步，用户对电线电缆的阻燃性能又提出了新的需求，燃烧试验亦进行了改进，原有阻燃PVC电缆料已不能满足要求，特别是阻燃PVC电缆料在燃烧时产生大量的黑色烟雾和HCl气体，严重影响火灾发生时的人员逃生、危及人民生产财产安全的问题越来越受到重视，高性能低烟低卤阻燃PVC电缆料的研制应运而生，降低电缆燃烧时的烟密度，提高透光率成为阻燃PVC电缆料研制中的首要问题。

环保型PVC料和环保型PVC线缆在国内市场的发展只能说还处于初步阶段，还需一个宣传、认识、推广的过程。中国的PVC树脂产量和规模居世界之首，相应的在PVC改性方面使用的各种助剂、填充物也及其发达，已形成了完整的产业链，这使得中国的PVC电缆料具有他国难于与其比拟的资源和成本优势。在国家、协会的大力倡导下，在环保政策的驱动下，环保PVC电缆料会得到更大发展。

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