PVC電纜料

PVC電纜料價格低廉，性能優良，在電線電纜絕緣保護材料中長期佔有重要地位，但是這種材料含對環境和人體有害物質，且在應用於特殊環境時存在諸多問題。隨着人們環保意識的增強和對材料性能要求的提高，對PVC材料提出了更高的要求。 ^[2] 

因使用的穩定劑、增塑劑及各種填充物等添加物質在環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，分為環保和非環保PVC電纜料。由於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。用户按用途和佈設環境選擇型號與規格，生產廠則按相關標準選擇材料與製造工藝。

目前，塑料佔包覆材料的91%，而其中的聚氯乙烯又佔塑料中的80%。另有資料表明，在美國，塑料佔電線電纜行業包覆材料的85%，其中，聚氯乙烯又佔塑料中的60%。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。

隨着人們環保意識的增強和可持續發展觀念的深入人心，有關塑料對環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。

隨着科學的發展和研究的深入，使眾多環保型的聚氯乙烯製品被研發出來，電線電纜也深受其益，與環保聚氯乙烯電線電纜配套的環保型聚氯乙烯電纜料在近幾年的飛速發展就是一個證明。

用户對PVC電線電纜的環保要求和環保PVC電纜料的發展當電纜料製備成功後，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，相應的環保標準也不同。

測試單位一般以10^-6來計量。環保電纜料的穩定劑一般是使用鈣鋅穩定劑。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。

非環保電纜料一般使用鉛鹽來做穩定劑，因其含有重金屬鉛、鉻、鎘、汞、鋇等重金屬，會對環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 k V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（大於6 k V）電線電纜的護套大多采用PVC包覆。 ^[1] 

進入21世紀，隨着人類環保意識的增強和人們對自身健康的關注，環境問題成為人類社會關注的焦點，許多國家、地區及組織紛紛制定了嚴格的標準與法規，限制有害物質的使用，特別是RoHS和REACH法規。

歐盟規定2006年7月1日以後進入歐盟國家的產品必須符合環保RoHS規定。傳統PVC電纜料因含一定量的重金屬元素等有害物質，所以不符合RoHS規定，成為制約PVC電線電纜在電氣設備、基礎設施、基本建設等場合應用的重要因素。

2008年10月28日，歐盟公佈SVHC(高關注物質)第1批候選物質清單，REACH法規正式執行，所有進入歐盟的配製品和物品都將受此法規控制，雖然該法規沒有禁止含有這些高關注物質的化學品進入歐盟市場，但都需要通過註冊、評估、授權和限制等一組綜合程序。這就導致一些歐盟客户為了簡化程序而要求各自的供應商提供的產品中都不準含有以上物質。因此，對PVC電纜料的生產產生了重大的影響。為適應環保法規要求，環保PVC電纜料應運而生，並迅速成為當前PVC電纜料開發的主題之一。環保PVC電纜料的要求：鉛和重金屬含量低，低煙，低氯化氫，低毒或無毒。 ^[2] 

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定劑，而在傳統的配方中，鉛鹽系列穩定劑具有最佳的性價比，因此被廣泛採用。

無鉛化或無重金屬化就意味着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，傳統的配方往往要選用許多含有重金屬化合物的顏料：如鎘用於黃色和紅色；鉛用於白色、紅色和黃色；六價鉻用於紅色、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範的限定值。值得重視的是，2003年歐盟通過了第六次環境行動計劃，提出了到2010年十年間的環境政策戰略目標，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，汽車業電線電纜禁止含鉛。

從上世紀九十年代以來，歐、美、日等發達國家相繼制定法規，在所用的PVC電線電纜中，對8種重金屬含量進行規定。這些新規定要求電線電纜製造商重新調整已有配方的穩定體系、潤滑體系、添加劑體系。

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

（2）使用稀土複合穩定劑近幾年，中國已開發出多種牌號的稀土金屬（如鑭系）鹽穩定劑。試驗表明，其熱穩定性接近於鉛鹽，且無毒，某些牌號還具有透明性，因而可以用於有環保要求的PVC料。

（3）使用有機錫穩定劑有機錫穩定劑品種繁多，對PVC有較好的熱穩定效果，無毒且具有良好的透性。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，多用於透明環保料中。

良好的阻燃性能是PVC電線電纜十分明顯的優點，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，從而造成起火後的“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”大於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。 UL標準規定，凡能通過UL1685試驗的電線電纜方可稱為“低煙”型的，並有資格在電線電纜的表面印上“LS（低煙）”標誌。而在IEC和GB/T標準中，則無此稱呼和標誌規定。

製造低煙型PVC電線電纜應採用低煙PVC電纜料，對於低煙型PVC電纜料的“低煙性能”如何界定，目前，各國尚無統一標準可循。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煙的助劑進行篩選，以使燃燒時的發煙量降低。

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，製造低酸型PVC線纜必須採用低酸型PVC料，應符合規定的酸氣試驗。在中國，設計低酸型PVC料配方往往與低煙型結合起來考慮，差別在於需引入高效的吸酸劑，有關低酸型PVC料的滷酸氣釋放量應如何界定，目前在各國尚無統一標準可循。

對於某些可能與食品、血液製品接觸的家用電器、醫療衞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）。這就是説，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，製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。 ^[1] 

合理有效的交聯可提高材料的使用等級,對PVC也不例外。交聯的方法有化學法、硅烷交聯法和輻照交聯法，而對PVC電纜料而言，最有效且研究應用最多的方法是輻照交聯法。

輻照交聯PVC的關鍵問題是如何在低輻照劑量下提高凝膠含量，通常的做法是添加多烯單體(如TMPTA、TAIC、TMPTMA等)，在此基礎上再添加其他促進交聯的材料。

與多數聚合物一樣，PVC材料輻照後也有變色的問題，尤其對於淺色料，輻照後會變色，影響外觀，往往不被客户所接受，產生糾紛，增加不必要的生產成本。所以，如何避免PVC輻照後變色也逐漸被人關注。PVC的輻照變色是因為輻照使PVC分子內脱氯化氫，導致在PVC分子鏈中形成顯色共軛結構或含氧結構；所以，減少PVC輻照後的變色的方法是加入適當的穩定劑，吸收反應生成的氯化氫，或與輻射分解的活性中間體形成穩定結構，抑制PVC脱氯化氫自催化反應，減小PVC分子中形成共軛結構或含氧結構的可能性。

近年中國的汽車工業得到了長足的發展，對汽車線束的需求大幅提高，目前105℃及以下温度等級的汽車線束的絕緣保護材料大部分用的是PVC材料。國內汽車線束用PVC材料常有擠出表面不光、低温性能不佳等缺點。鑑於此，加之汽車線束使用的特殊環境(如空間狹小、環境散熱不佳、相互摩擦頻繁等)和特殊要求(薄壁、高速擠出等)以及成本控制要求，研究用於汽車線束的PVC材料,進一步提高其性能是必要的。 ^[2] 

聚氯乙烯（PVC）樹脂作為一種歷史悠久的熱塑性塑料，其柔軟性可以通過加入不同量的增塑劑來調節。我們還可以將PVC與其他的聚合物共混改性來製備各種性能的塑料製品。PVC價格優廉，性能優良，因此它在電線電纜行業有着廣泛的應用。例如現在生活用的450V/750V及以下絕緣的電線電纜和軟線都很多使用PVC作為基體樹脂。隨着阻燃PVC電纜料在電子電器、計算機、汽車和航天等領域的廣泛應用，對電纜的阻燃性也有着越來越高的要求。

PVC電纜由於其中摻入了大量的增塑劑和其他助劑，其耐燃性不足，在燃燒時會產生對人體有害的HCl氣體，HCl 還會對金屬有很強的腐蝕作用。除了產生有毒氣體，還會因為一些氣體燃燒不完全而產生大量的煙霧，嚴重影響着人民的生命和財產安全。因此，研究開發低煙、低毒的PVC電纜成為電纜阻燃工業迫切的需求，具有重要的社會價值。 ^[3] 

在PVC電纜中，我們通常採用加入阻燃劑和阻燃增塑劑的方法來實現其阻燃和抑煙的效果。具體使用的方法有以下幾種：（1） 用阻燃的增塑劑替代掉常規的增塑劑。例如常使用三芳基磷酸酯和烷基二芳基磷酸酯作為增塑劑，它們在燃燒時熱分解生成不易揮發的多磷酸，可以在固體表面形成一層保護膜，隔斷與氧氣的接觸。還可以加入氯化石蠟作為協效增塑劑，阻燃效果更佳。（2） 加入銻化合物、金屬氫氧化物等無機阻燃劑。通常加入的氫氧化鋁還具有明顯的抑煙作用。（3） 在增塑劑含量較高的時候採用同時加入阻燃增塑劑、無機阻燃劑和阻燃填料的方法。（4） 通常還加入抑煙劑。主要用於PVC電纜料抑煙的有三氧化鉬和八鉬酸銨等。在PVC電纜料的配方中我們經常需要根據電纜料不同的用途及阻燃需求來選擇合適的阻燃增塑劑與常規增塑劑的配比，這樣可以達到高的性價比。 ^[3] 

PVC電纜料除了電性能和物理機械性能要符合一般PVC電纜料的性能指標外，很關鍵的一點就是它必須要有好的阻燃性能。阻燃性能通常是用氧指數來衡量的，氧指數是指讓試樣燃燒所需要的最低的氧濃度。氧指數越大時，阻燃性就越高。通常氧指數在30以上的材料就具有一定的阻燃性了。下面主要介紹一下PVC電纜料阻燃性能的影響因素，以及在提高其阻燃性能方面的國內外研究進展。

PVC電纜料中加入的增塑劑不同，電纜料的阻燃性和發煙性將會有所不同。對於PVC電纜料中最常用四種增塑劑：鄰苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑劑，它們的阻燃性有很大的區別，科學家們做了相關的研究工作。在軟質PVC100份中加入了30～60份的增塑劑，研究發現當增塑劑含量增加時，PVC的氧指數降低。對於不同的增塑劑，下降的快慢程度基本一致。並且含磷酸三甲苯酯的PVC具有最高的氧指數，它比含有鄰苯二甲酸二辛酯的PVC的氧指數約高5。對發煙量的研究顯示，含鄰苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的PVC的發煙量隨着增塑劑的含量的增加而增加。但是含偏苯三酸三辛酯和聚酯系增塑劑的PVC具有相反的結果。

PVC電纜料中加入了Al（OH）₃，Sb₂O₃，硼酸鋅（ZB）等無機阻燃劑，它們的用量對PVC的阻燃性能影響很大，國內外學者對此作了很多相關的研究。有學者 ^[4]  研究了Sb2O3及Sb2O3/ ZB復配阻燃劑添加量對PVC氧指數的影響。他們發現隨着Sb2O3的增加，PVC電纜料的極限氧指數呈直線上升趨勢，在納米Sb2O3的添加量大於1.5份時，納米Sb2O3對PVC的氧指數貢獻大於微米級Sb2O3。他們還研究了PVC在Sb2O3與ZB的質量比不同的時候的氧指數，發現隨着質量比的增加，氧指數下降。這就是説，加入Sb2O3越多，PVC的阻燃性能越高，但是由於Sb2O3價格比較昂貴，所以一般加入Sb2O3的量不是很高，只要能保證一定的阻燃性即可。並且加入的ZB可以用作消煙劑，將ZB與Sb2O3複合使用將使得PVC電纜料在具有合適的氧指數的同時還具有低的生煙量。

在PVC電纜料中，通常需要加入一定量的填充劑。如果我們加入滑石和陶土作為填充劑時氧指數提高1到2倍，但是電纜料的燃燒速度也會加倍，最大減光係數不變。如果加入Al（OH）3作為填充劑，燃燒速度增加50%，氧指數增加，最大減光係數下降，所以它對發煙量抑制的效果較好。在PVC中也通常加入Ca CO3填充劑，科學家們研究發現 ^[5]  ，隨着Ca CO3加入量的增加，PVC電纜料的氧指數下降，且最大減光係數也下降，所以加入Ca CO3的量不能太多，否則會影響到電纜料的阻燃抑煙效果。但是Ca CO3可以作為HCl氣體的捕獲劑，具有非常顯著的效果。 ^[3] 

據資料介紹，歐盟在審理的法規草案可能對下列物品進行限制，以確保電線電纜能符合環保要求。石棉、多氯聯苯、多溴聯苯、短鏈（C10～C13）氯化石蠟，這些要求應引起環保PVC電纜料和電線電纜生產企業的注意，在材料的配方與線纜的結構中將上述幾類物品剔除。 ^[1]