1.改革开放二十多年来, 中国的经济一直在持续、高速地发展, 电线电缆行业作为与国民经济紧密联系的一类重要工业产品, 目前在资本、技术和人才等生产要素已积累了基础, 并创造了良好条件, 通过大量的技术引进、消化吸收以及自主研发, 我国电线电缆制造业已经初步形成了品种齐全的制造能力, 并在中低端产品领域已形成了较完整的配套体系。随着现代科学技术的发展和人们生活水平的提高, 对电线电缆产品的安全性、环保性提出了更高的要求。20 世纪90 年代后期, 国内高分子材料的应用技术与合成树脂及其共混改性技术的发展, 推动了线缆行业又进入一个新材料的应用时代, 特别是低烟无卤阻燃材料及技术得到了广泛地应用。电缆材料是决定电缆性能的重要因素, 也是发展的重点和最活跃的领域之一。随着“ 绿色环保” 概念的推广, 低烟无卤阻燃电缆绝缘和护套材料已成为当今最大的热点。本文将对低烟无卤阻燃电缆绝缘和护套材料的现状和发展作一简要的探讨。
2 　环保型电线电缆材料的现状
2 .1 　绿色环保概念电线电缆绝缘和护套材料通常都使用塑料或橡胶, 这类材料一般本身是可燃的, 在火灾环境中会燃烧、延燃或助燃, 致使灾情扩大。因此, 在重要建筑和设施中需要使用阻燃电线电缆。为达到此目的,传统上多是以聚氯乙烯或其他含卤材料作为电线电缆的绝缘或护套。但在发生火灾的情况下, 这些材料在燃烧时会释放出大量含有卤化氢气体的浓烟,使人找不到逃生路线, 以至于窒息而造成伤亡。同时, 卤化氢气体还会对周围设施造成损害, 这就是我们所说的“二次灾害” 。另外, 由于技术上的原因, 这些材料还经常含有对人体和环境有害的铅, 溴化物等物质, 在正常使用情况下也会对人带来伤害。基于这种背景,“绿色环保电缆材料”的概念便产生了,人们对环保电线电缆的要求越来越迫切。
2 .2 　国外情况的介绍国外发达国家二十多年来一直非常重视环保产品的推广应用, 在电线电缆行业极为重视低烟无卤阻燃电缆及相关材料的研发和推广使用。特别对于相对封闭或人员集中的重要建筑和设施(高层建筑、地铁、车站、机场、电站和商场等)的防火减灾取得了很好的效果。目前发达国家的低烟无卤阻燃电缆料已形成了比较完整的系列, 包括热塑型(如意大利潘德那, 美国陶氏, 美国量子化学, 英国Scapa 等), 化学交联型(美国陶氏, 美国量子化学等), 辐照交联型(美国陶氏, 美国量子化学等)和硅烷交联型(意大利潘德那等)。热塑型主要作为电力电缆、通信电缆和控制电缆的护套;而交联型主要作为一些特定场合的绝缘, 例如汽车电线, 机车车辆电缆, 船用控制电缆等。近年来发达国家又在电子电器中推广“绿色环保” 概念。例如欧盟制定的RoHS 指令(电气、电子设备中限制使用某些有害物指令), 限制铅、镉等重金属和聚溴联苯(PBB), 聚溴联苯醚(PBDE)等溴化物的使用。而日本的电子电器业巨头(索尼, 松下等), 则纷纷制定了其各自的“绿色计划” , 从而禁止或限制使用对人体和环境有害的重金属和卤素。针对这些情况, 日本的主要电线电缆制造商(住友, 藤仓, 古河, 日立, 昭和等)多年来进行了大量的研发工作, 已推出了系列“绿色”电子电器用电线电缆。
2 .3 　国内情况的介绍我国的低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料的开发和使用起步较晚, 大概滞后发达国家十年左右。起初这类电线电缆及相关材料完全依赖进口, 直到2000 年以后这种情况才开始发生改变, 到目前为止, 在许多场合国产低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料已经占据主导地位。但同时也有不少场下, 国内产品在一些关键性能指标和要求上达不到客户的要求, 或是未经充分验证而无法替代进口产品, 例如核电站使用的各种电线电缆。另一方面, 电子电器用低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料的开发和使用, 国内还刚刚进入起步阶段。另一方面, 国内无卤阻燃电线电缆材料的市场却不断扩大, 与此不相适应的是目前还没有统一的行业标准。在技术不成熟, 标准未健全以前, 一些厂家便挑起了价格战, 搅乱了整个市场, 以至于这个市场不能健康地发展, 这种现象应该引起行业高度重视。现在是大家都在低端产品上进行无序的价格竞争, 没有投入资源开发高性能的产品上, 大量的高端产品必须进口, 而真正的利润都被国外公司拿走。国内市场形成了低端产品的混战, 高端产品无人占的格局。高端产品主要集中在高阻燃(通过VW-1)、高温压力试验、良好的机械性能等。由于欧盟和日本将于2006 年全面取缔PVC 在电线电缆上的应用,象索尼, 松下这样的大公司开始纷纷采取措施, 要求其电线电缆的供应商采用环保无卤材料, 这样就给无卤料打开了一个无法想象的巨大的市场。谁能把握机会, 抢在市场成熟以前树立自己的品牌, 谁就能使自己的品牌成为无卤料的代名词。
2 .4 　低烟无卤阻燃电缆料的配方原理目前国际上主流的低烟无卤阻燃技术是基于聚烯烃树脂与无机阻燃填料为主要成分的复合体系。无机阻燃填料主要是氢氧化铝和氢氧化镁, 当复合材料受热至一定温度时氢氧化铝(氢氧化镁)将发生分解并释放出水, 从而达到降温阻燃的效果。这一体系在燃烧时释放出气体的主要成分是二氧化碳和水, 因而烟密度很低, 腐蚀性和毒性也很小。上述阻燃机理虽然简单, 但要按此开发出实用的产品并非易事, 因为与传统的含卤阻燃剂相比氢氧化铝(氢氧化镁)的阻燃效能要低得多, 这意味着要达到期望的阻燃性就必须向树脂中添加大量的氢氧化铝(氢氧化镁), 有时需达70 %, 这将不可避免地导致材料机械性能和电性能的大幅下降。因此, 必须对树脂体系、阻燃体系、偶联体系、抗老化体系和润滑体系等作精心选择, 并采用相应的优化加工工艺, 才能得到具有良好的阻燃性能而机械物理性能和电性能又能符合使用要求的材料。除上述主流的低烟无卤阻燃技术之外, 北欧化工开发了以乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA), 有机硅和碳酸钙为主要成分的材料(Casico), 主要用于代替聚氯乙烯作为建筑布线的绝缘;而美国通用电气则刚刚开发出了基于改性聚苯醚(PPO)的材料, 目的是用于电子电器用的柔软型电线电缆。
2 .5 　低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料的标准
到目前为止, 电力电缆、通信电缆和控制电缆的护套是低烟无卤阻燃电缆料的主要应用场合。在这方面发达国家由于有较长的使用历史和经验因而形成了比较成熟和完善的标准体系。例如BS 6724 ;BS7655 LST 1 与LST 3 ;DIN VDE 0207-23 、24 ;CEI 20 .11M1 ;Cenelec HD 624 .7 S1 等。
国内电力电缆、通信电缆和控制电缆的低烟无卤阻燃护套材料的标准情况比较混乱, 目前还未形成统一的国家标准, 已经颁布的若干行业标准还存在缺陷, 未能对国内低烟无卤阻燃护套材料的研发、生产和使用起到很好的规范和引导作用。许多电缆制造厂家的低烟无卤阻燃护套材料的采购规范都是各行其是, 或是性能要求太高, 或是各性能要求不均衡, 或是遗漏重要的性能要求, 多数情况是大家对材料的关注主要集中在挤出表面、机械性能和阻燃性能上, 而对其他一些重要性能则未给予足够的重视,从而造成目前国内低烟无卤阻燃护套材料供应市场的混乱。考虑到电缆的敷设和工作环境, 电缆护套应具有一定的耐热变形的能力, 因而国际上重要的标准均包含高温压力试验, 目前正在制定中的《热塑性低烟无卤阻燃电缆料》行业标准对此已予以考虑, 对热变形的要求规定为≤50 %(90 ℃×4 h , 试验方法GB/T8815-2002), 根据我们的经验, 这与电缆高温压力试验的要求大致相当。另外, 考虑到用一些国内厂家的低烟无卤阻燃护套材料制造的电缆, 在使用中出现护套开裂的情况, 增加对耐环境应力开裂性能和耐热冲击性能的考核也是很有必要的。
结论：
对电力电缆、通信电缆和控制电缆的低烟无卤阻燃绝缘和护套, 发达国家在积累了可贵的研发和使用经验的基础上, 已形成了比较成熟和完善的标准体系, 我国应尽量靠近或等效采用国际先进标准,只有这样才可能有效地规范国内低烟无卤阻燃电缆料及低烟无卤阻燃电线电缆市场, 促进线缆行业的科技进步, 引导线缆行业健康发展。就电子电器用电线电缆来讲, 国内主要厂家一般都采用UL 标准组织生产。目前相关UL 标准正进行无卤化修订,国内相关材料和电线电缆制造厂家应密切注意这方面的最新发展, 并加强对新标准内容的研究。