Рекомендации по разработке безгалогенных материалов для проводов и кабелей, соответствующих стандарту ЕС RoHS 2.0

2026-06-02 0 Оставьте мне сообщение

«Директива Европейского Союза об ограничении использования опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании» (RoHS 2.0, 2011/65/EU и поправки к ней) устанавливает четкие ограничения и требования соответствия для опасных веществ в материалах проводов и кабелей. В этой статье систематически анализируются технические границы и положения об освобождении от ответственности для десяти ограниченных веществ (свинец, кадмий, шестивалентный хром, ртуть, полибромдифенилы, полибромдифениловые эфиры и четыре фталата) в соответствии с RoHS 2.0 для кабельных материалов. С точки зрения науки о рецептурах полимеров, в нем подробно рассматриваются комплексные решения по разработке соответствующих материалов, включая молекулярный дизайн, выбор системы, контроль ключевых процессов и проверку цепочки поставок, направленные на достижение тройных целей эффективности: огнестойкость (IEC 60332), безгалогенность (IEC 60754) и низкая токсичность дыма (IEC 61034). Это обеспечивает систематический технический путь для продуктов зеленого кабеля, ориентированных на европейский рынок.

Special Halogen-free Flame Retardant for Polypropylene

Ⅰ. Анализ влияния основных требований RoHS 2.0 на кабельные материалы

1.1 Точки риска десяти запрещенных веществ, связанные с кабелем

Ограниченные вещества	Предельно допустимая концентрация (однородный материал)	Потенциальные источники и связи рисков в кабельных материалах
Свинец (Pb)	0,1% (1000 частей на миллион)	Стабилизаторы (традиционные термостабилизаторы ПВХ), пигменты (хромат свинца), припои, компоненты сплавов и некоторые старые переработанные материалы.
Кадмий (Cd)	0,01% (100 частей на миллион)	Пигменты/красители (например, желтый кадмий и красный кадмий), стабилизаторы ПВХ (система кадмий-барий/цинк) и примеси в гальванических покрытиях.
Ртуть (Hg)	0,1% (1000 частей на миллион)	Очень редко, возможно, из-за загрязнения или специфических остатков катализатора.
Шестивалентный хром (Cr VI)	0,1% (1000 частей на миллион)	Металлический защитный слой, обработанный хроматной пассивацией (например, броневой стальной полосой), некоторыми желтыми пигментами.
Полибромированные дифенилы (ПБД)	0,1% (1000 частей на миллион)	Антипирены (ранее использовавшиеся для полимеров, сейчас практически запрещены).
Полибромдифениловый эфир (ПБДЭ)	0,1% (1000 частей на миллион)	Антипирены (декабромдифениловый эфир и т. д. широко используются в PE, PP, ABS, но RoHS явно ограничивает их использование).
Четыре типа фталатов (DEHP, BBP, DBP, DIBP)	0,1% (1000 частей на миллион)	Пластификатор ПВХ (основной риск гибкой оболочки/изоляции кабеля из ПВХ).

1.2 Основные положения об исключениях (непосредственно относящиеся к кабелям)

Определенные исключения в Приложении III/IV RoHS 2.0 имеют решающее значение для кабельной промышленности, но важно учитывать период действия и объем этих исключений.

· Вести:

· Отказ от права 7(c)-I: Свинец используется в качестве примеси в ротаторах Фарадея из редкоземельного граната для оптоволоконных систем связи (действителен до 21 июля 2025 г.? С учетом последних изменений).

· Другие исключения по свинцу: свинец в высокотемпературных расплавленных припоях и свинец в стекле/керамике электронных компонентов, которые имеют низкую корреляцию с основным материалом кабелей.

· Кадмий: Исключение составляет кадмий и его соединения в материалах электрических контактов (применимо к определенным клеммам разъема, а не к корпусу кабеля).

Основной принцип разработки: Если явно и обязательно не оговорено исключение, при разработке рецептуры должно быть запрещено использование любых ограниченных веществ, независимо от того, присутствуют ли они в смолах, добавках, маточной смеси или технологических вспомогательных средствах.

Ⅱ. Двойные проблемы и технические пути обеспечения безгалогенности и соответствия требованиям RoHS

Соответствие RoHS 2.0 является базовым требованием, в то время как «безгалогеновый» стандарт обычно является высокопроизводительным стандартом для кабелей на европейском рынке (особенно в строительстве и железнодорожном транспорте). И то, и другое должно быть достигнуто одновременно.

2.1 Проверка соответствия RoHS безгалогенных огнезащитных систем

· Система запрета: бромированныйогнезащитные системына основе ПБД и ПБДЭ прямо запрещены RoHS и не могут быть использованы.

· Система разрешена, но подлежит оценке:

· Бромированные антипирены, не содержащие ПБДЭ: такие как бромированный полистирол, бромированная эпоксидная смола, этилен-бис(тетрабромфталимид) и т. д. Хотя они не запрещены RoHS, они могут быть ограничены другими правилами (например, REACH SVHC) или экологическими стандартами конечного бренда. Кроме того, они могут выделять коррозийные газы во время сгорания, что не соответствует отраслевой тенденции «безгалогенов».

· Хлорированные антипирены: такие как хлорированный парафин. Не запрещен RoHS, но также подвергается экологическим проблемам и исключению из-за требований «без галогенов».

· Основная безгалогенная система, соответствующая требованиям RoHS:

· Гидроксиды металлов: гидроксид алюминия (ATH), гидроксид магния (MDH). Чистые по своей природе, не содержащие веществ, ограниченных RoHS, они являются абсолютно безопасной и экологически чистой альтернативой.

· Фосфорно-азотная система расширения: полифосфат аммония (АПФ), производные меламина (МКА, МПП и др.). Необходимо обращать внимание на примеси тяжелых металлов (таких как кадмий, свинец) в сырье.

· На основе фосфора: органические фосфаты, гипофосфиты и т. д. Необходимо оценить их термическую и гидролитическую стабильность.

· На основе кремния, на основе азота и другие.

2.2 Безопасный выбор базовых смол и добавок

· Базовая смола: полиолефины (PE, PP, EVA, POE), эластомеры (TPU, TPE) и системы сшивки (XLPE, XLPO) по своей природе не содержат веществ, ограниченных RoHS, и являются безопасным выбором. ПВХ остается пригодным для использования, но его необходимо сочетать со стабилизаторами, не содержащими свинца и кадмия (стабилизаторы кальций-цинк) и безфталатными экологически чистыми пластификаторами (такими как тримеллитаты, цитраты и пластификаторы на полимерной основе).

· Краситель: необходимо использовать органические пигменты или специальные неорганические пигменты (например, пигменты на основе оксида железа, прошедшие соответствующую обработку), не содержащие свинца, кадмия и хроматов.

Другие добавки: антиоксиданты, смазочные материалы, сшивающие агенты (например, DCP), сенсибилизаторы и т. д. Все они требуют от поставщиков предоставления декларации соответствия RoHS (DoC) и подтверждающих отчетов об испытаниях (например, данных ICP-MS).

Ⅲ. Руководство по разработке высокопроизводительных безгалогенных кабельных материалов, соответствующих RoHS 2.0

3.1 Выбор системы материалов и разработка формулы

Цель: Обеспечить отличные механические свойства (прочность на разрыв, удлинение при разрыве, стойкость к истиранию) и электрические свойства (диэлектрическая прочность, сопротивление изоляции) при соблюдении требований по огнестойкости МЭК 60332-1 (однократное вертикальное горение) или более высоких классов (например, МЭК 60332-3, комплексное горение), а также МЭК 60754-1/2 (безгалогенные малокоррозионные газы) и МЭК. 61034-1/2 (низкая плотность дыма).

Тип кабеля	Рекомендуемая система базовых материалов	Безгалогенная огнезащитная система с ядром	Ключевые процессы и показатели эффективности
Изоляция/оболочка проводки здания	Сплав ЭВА/ПЭ или смесь ЭВА/LLDPE/POE	Система ATH с высоким наполнением (60-65%) может быть дополнена небольшим количеством поверхностно-модифицированного MDH для повышения термостойкости. Отличное подавление дыма.	Обеспечить технологичность экструзии и гладкость поверхности в условиях высокого наполнения; Контролируйте прочность расплава, чтобы предотвратить капание; Требуется долгосрочное испытание на термическое старение (например, 90 ℃, 7 дней).
Оболочка кабеля передачи данных	На основе PE/EVA или TPU	Комплексная система АТН/МДГ (общее заполнение 50-60%). Система ТПУ может выбрать жидкий огнезащитный состав на основе фосфора и азота.	Балансирование гибкости и огнестойкости; Обратите внимание на износостойкость и устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESC); Требуется высокая стабильность цвета.
Силовой кабель (изоляция из сшитого полиэтилена)	Сшитый материал на основе ПЭВД	Преобладает высокая термическая стабильность МДГ (55-65%). АТН не пригоден для процесса пероксидной сшивки из-за его низкой температуры разложения.	MDH требует специальной обработки силаном, чтобы быть совместимым с системами силановой сшивки; Убедитесь, что это не влияет на степень сшивки (термическое расширение); Строго контролируйте ионы примесей, чтобы обеспечить электрические характеристики.
Автомобильные кабели (низкое напряжение)	Сшитый полиолефин или ТПЭ	Высокотермостойкая композитная система МДГ или гидроксида азота фосфора. Количество наполнения должно сбалансировать гибкость и огнестойкость (обычно 40-55%).	Соответствовать конкретным стандартам автомобильной промышленности (например, ISO 6722); Требуется превосходная маслостойкость, стойкость к охлаждающей жидкости и устойчивость к термоциклированию; Низкое количество осадков.
Кабель высокой гибкости	Эластомер на основе POE/SEBS	Ультратонкий модифицированный ATH или микрокапсулированный фосфорно-азотный антипирен с низким содержанием наполнения (<50%) можно синергетически комбинировать с нанонаполнителями (модифицированным монтмориллонитом).	Основной задачей является сохранение высокого удлинения (>300%) и долговечности при многократном изгибе; Обработка поверхности и распыление антипиренов имеют решающее значение.

3.2 Ключевые точки управления процессом

1. Обработка поверхности и диспергирование. Обработка поверхности стеариновой кислотой, силаном или титанатным связующим агентом необходима для ATH/MDH для улучшения совместимости с полимерными границами раздела, улучшения механических свойств и эффективности огнезащиты, одновременно уменьшая поглощение влаги.

2. Сложная совместная технология:

·ATH+MDH: Достижение синергии поглощения тепла в широком диапазоне температур.

·Система гидроксид+кремний (например, маточная смесь силикона): повышает прочность расплава, способствует карбонизации и улучшению стекания.

·Система гидроксид+фосфорный азот (например, APP/MCA): создание слоя, препятствующего расширению, может умеренно снизить общий объем наполнения.

3. Контроль температуры обработки: особенно для систем наполнения ATH, настройка температуры каждой секции экструдера должна быть ниже, чем ее начальная температура разложения (около 200 ℃), чтобы предотвратить образование пузырьков и водяного пара во время обработки, которые могут вызвать деградацию материала и дефекты поверхности.

Ⅳ. Управление цепочкой поставок и проверка соответствия сырья

Развитие комплаенса – это не только техническая проблема, но и проблема системы управления.

1. Проверка квалификации поставщика. Все поставщики сырья обязаны предоставить действующую декларацию соответствия RoHS (DoC) и полную информацию о материале (FMD) для каждой партии.

2. Входной контроль (ВКК):

· Необходимо проводить регулярные выборочные проверки материалов высокого риска (цветные маточные смеси, антипирены, стабилизаторы, пластификаторы), а методы обнаружения должны соответствовать стандартам серии IEC 62321 (таким как ICP-OES/MS для тяжелых металлов и GC-MS для органических ограниченных веществ).

· Создайте список квалифицированных поставщиков (AVL) для сырья и динамически обновляйте его.

3. Отслеживание партий: создайте полную систему отслеживания от хранения сырья, производственной партии до отправки готовой продукции, гарантируя, что любой продукт можно отследить до исходной партии материала и соответствующих отчетов об испытаниях.

Заключение: построение ориентированной на будущее системы соответствия экологическим нормам

Разработкабезгалогеновые материалы проводов и кабелейкоторый соответствует стандарту ЕС RoHS 2.0, представляет собой систематический проект, который объединяет интерпретацию нормативных требований, материаловедение, технологическое проектирование и управление качеством.