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環保型電線電纜材料的現狀及發展思考
1.改革開放二十多年來, 中國的經濟一直在持續、高速地發展, 電線電纜行業作為與國民經濟緊密聯系的一類重要工業產品, 目前在資本、技術和人才等生產要素已積累了基礎, 并創造了良好條件, 通過大量的技術引進、消化吸收以及自主研發, 我國電線電纜制造業已經初步形成了品種齊全的制造能力, 并在中低端產品領域已形成了較完整的配套體系。隨著現代科學技術的發展和人們生活水平的提高, 對電線電纜產品的安全性、環保性提出了更高的要求。20 世紀90 年代后期, 國內高分子材料的應用技術與合成樹脂及其共混改性技術的發展, 推動了線纜行業又進入一個新材料的應用時代, 特別是低煙無鹵阻燃材料及技術得到了廣泛地應用。電纜材料是決定電纜性能的重要因素, 也是發展的重點和最活躍的領域之一。隨著“ 綠色環保” 概念的推廣, 低煙無鹵阻燃電纜絕緣和護套材料已成為當今最大的熱點。本文將對低煙無鹵阻燃電纜絕緣和護套材料的現狀和發展作一簡要的探討。
2  環保型電線電纜材料的現狀
2 .1  綠色環保概念電線電纜絕緣和護套材料通常都使用塑料或橡膠, 這類材料一般本身是可燃的, 在火災環境中會燃燒、延燃或助燃, 致使災情擴大。因此, 在重要建筑和設施中需要使用阻燃電線電纜。為達到此目的,傳統上多是以聚氯乙烯或其他含鹵材料作為電線電纜的絕緣或護套。但在發生火災的情況下, 這些材料在燃燒時會釋放出大量含有鹵化氫氣體的濃煙,使人找不到逃生路線, 以至于窒息而造成傷亡。同時, 鹵化氫氣體還會對周圍設施造成損害, 這就是我們所說的“二次災害” 。另外, 由于技術上的原因, 這些材料還經常含有對人體和環境有害的鉛, 溴化物等物質, 在正常使用情況下也會對人帶來傷害?;谶@種背景,“綠色環保電纜材料”的概念便產生了,人們對環保電線電纜的要求越來越迫切。
2 .2  國外情況的介紹國外發達國家二十多年來一直非常重視環保產品的推廣應用, 在電線電纜行業極為重視低煙無鹵阻燃電纜及相關材料的研發和推廣使用。特別對于相對封閉或人員集中的重要建筑和設施(高層建筑、地鐵、車站、機場、電站和商場等)的防火減災取得了很好的效果。目前發達國家的低煙無鹵阻燃電纜料已形成了比較完整的系列, 包括熱塑型(如意大利潘德那, 美國陶氏, 美國量子化學, 英國Scapa 等), 化學交聯型(美國陶氏, 美國量子化學等), 輻照交聯型(美國陶氏, 美國量子化學等)和硅烷交聯型(意大利潘德那等)。熱塑型主要作為電力電纜、通信電纜和控制電纜的護套;而交聯型主要作為一些特定場合的絕緣, 例如汽車電線, 機車車輛電纜, 船用控制電纜等。近年來發達國家又在電子電器中推廣“綠色環保” 概念。例如歐盟制定的RoHS 指令(電氣、電子設備中限制使用某些有害物指令), 限制鉛、鎘等重金屬和聚溴聯苯(PBB), 聚溴聯苯醚(PBDE)等溴化物的使用。而日本的電子電器業巨頭(索尼, 松下等), 則紛紛制定了其各自的“綠色計劃” , 從而禁止或限制使用對人體和環境有害的重金屬和鹵素。針對這些情況, 日本的主要電線電纜制造商(住友, 藤倉, 古河, 日立, 昭和等)多年來進行了大量的研發工作, 已推出了系列“綠色”電子電器用電線電纜。
2 .3  國內情況的介紹我國的低煙無鹵阻燃電線電纜及相關材料的開發和使用起步較晚, 大概滯后發達國家十年左右。起初這類電線電纜及相關材料完全依賴進口, 直到2000 年以后這種情況才開始發生改變, 到目前為止, 在許多場合國產低煙無鹵阻燃電線電纜及相關材料已經占據主導地位。但同時也有不少場下, 國內產品在一些關鍵性能指標和要求上達不到客戶的要求, 或是未經充分驗證而無法替代進口產品, 例如核電站使用的各種電線電纜。另一方面, 電子電器用低煙無鹵阻燃電線電纜及相關材料的開發和使用, 國內還剛剛進入起步階段。另一方面, 國內無鹵阻燃電線電纜材料的市場卻不斷擴大, 與此不相適應的是目前還沒有統一的行業標準。在技術不成熟, 標準未健全以前, 一些廠家便挑起了價格戰, 攪亂了整個市場, 以至于這個市場不能健康地發展, 這種現象應該引起行業高度重視?,F在是大家都在低端產品上進行無序的價格競爭, 沒有投入資源開發高性能的產品上, 大量的高端產品必須進口, 而真正的利潤都被國外公司拿走。國內市場形成了低端產品的混戰, 高端產品無人占的格局。高端產品主要集中在高阻燃(通過VW-1)、高溫壓力試驗、良好的機械性能等。由于歐盟和日本將于2006 年全面取締PVC 在電線電纜上的應用,象索尼, 松下這樣的大公司開始紛紛采取措施, 要求其電線電纜的供應商采用環保無鹵材料, 這樣就給無鹵料打開了一個無法想象的巨大的市場。誰能把握機會, 搶在市場成熟以前樹立自己的品牌, 誰就能使自己的品牌成為無鹵料的代名詞。
2 .4  低煙無鹵阻燃電纜料的配方原理目前國際上主流的低煙無鹵阻燃技術是基于聚烯烴樹脂與無機阻燃填料為主要成分的復合體系。無機阻燃填料主要是氫氧化鋁和氫氧化鎂, 當復合材料受熱至一定溫度時氫氧化鋁(氫氧化鎂)將發生分解并釋放出水, 從而達到降溫阻燃的效果。這一體系在燃燒時釋放出氣體的主要成分是二氧化碳和水, 因而煙密度很低, 腐蝕性和毒性也很小。上述阻燃機理雖然簡單, 但要按此開發出實用的產品并非易事, 因為與傳統的含鹵阻燃劑相比氫氧化鋁(氫氧化鎂)的阻燃效能要低得多, 這意味著要達到期望的阻燃性就必須向樹脂中添加大量的氫氧化鋁(氫氧化鎂), 有時需達70 %, 這將不可避免地導致材料機械性能和電性能的大幅下降。因此, 必須對樹脂體系、阻燃體系、偶聯體系、抗老化體系和潤滑體系等作精心選擇, 并采用相應的優化加工工藝, 才能得到具有良好的阻燃性能而機械物理性能和電性能又能符合使用要求的材料。除上述主流的低煙無鹵阻燃技術之外, 北歐化工開發了以乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA), 有機硅和碳酸鈣為主要成分的材料(Casico), 主要用于代替聚氯乙烯作為建筑布線的絕緣;而美國通用電氣則剛剛開發出了基于改性聚苯醚(PPO)的材料, 目的是用于電子電器用的柔軟型電線電纜。
2 .5  低煙無鹵阻燃電線電纜及相關材料的標準
到目前為止, 電力電纜、通信電纜和控制電纜的護套是低煙無鹵阻燃電纜料的主要應用場合。在這方面發達國家由于有較長的使用歷史和經驗因而形成了比較成熟和完善的標準體系。例如BS 6724 ;BS7655 LST 1 與LST 3 ;DIN VDE 0207-23 、24 ;CEI 20 .11M1 ;Cenelec HD 624 .7 S1 等。
國內電力電纜、通信電纜和控制電纜的低煙無鹵阻燃護套材料的標準情況比較混亂, 目前還未形成統一的國家標準, 已經頒布的若干行業標準還存在缺陷, 未能對國內低煙無鹵阻燃護套材料的研發、生產和使用起到很好的規范和引導作用。許多電纜制造廠家的低煙無鹵阻燃護套材料的采購規范都是各行其是, 或是性能要求太高, 或是各性能要求不均衡, 或是遺漏重要的性能要求, 多數情況是大家對材料的關注主要集中在擠出表面、機械性能和阻燃性能上, 而對其他一些重要性能則未給予足夠的重視,從而造成目前國內低煙無鹵阻燃護套材料供應市場的混亂??紤]到電纜的敷設和工作環境, 電纜護套應具有一定的耐熱變形的能力, 因而國際上重要的標準均包含高溫壓力試驗, 目前正在制定中的《熱塑性低煙無鹵阻燃電纜料》行業標準對此已予以考慮, 對熱變形的要求規定為≤50 %(90 ℃×4 h , 試驗方法GB/T8815-2002), 根據我們的經驗, 這與電纜高溫壓力試驗的要求大致相當。另外, 考慮到用一些國內廠家的低煙無鹵阻燃護套材料制造的電纜, 在使用中出現護套開裂的情況, 增加對耐環境應力開裂性能和耐熱沖擊性能的考核也是很有必要的。
結論:
對電力電纜、通信電纜和控制電纜的低煙無鹵阻燃絕緣和護套, 發達國家在積累了可貴的研發和使用經驗的基礎上, 已形成了比較成熟和完善的標準體系, 我國應盡量靠近或等效采用國際先進標準,只有這樣才可能有效地規范國內低煙無鹵阻燃電纜料及低煙無鹵阻燃電線電纜市場, 促進線纜行業的科技進步, 引導線纜行業健康發展。就電子電器用電線電纜來講, 國內主要廠家一般都采用UL 標準組織生產。目前相關UL 標準正進行無鹵化修訂,國內相關材料和電線電纜制造廠家應密切注意這方面的最新發展, 并加強對新標準內容的研究。
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