Unijna dyrektywa „Dyrektywa w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym” (RoHS 2.0, 2011/65/UE ze zmianami) ustanawia jasne ograniczenia i wymagania zgodności dotyczące substancji niebezpiecznych w materiałach przewodów i kabli. W tym artykule systematycznie analizowano granice techniczne i klauzule zwolnień dla dziesięciu substancji podlegających ograniczeniom (ołów, kadm, sześciowartościowy chrom, rtęć, polibromowane bifenyle, polibromowane etery difenylowe i cztery ftalany) zgodnie z dyrektywą RoHS 2.0 dla materiałów kablowych. Z punktu widzenia nauki o recepturach polimerów szczegółowo opracowuje rozwiązania w zakresie pełnego procesu rozwoju materiałów zgodnych z wymaganiami, w tym projektowanie molekularne, wybór systemu, kluczową kontrolę procesu i weryfikację łańcucha dostaw, mające na celu spełnienie potrójnych celów w zakresie wydajności, takich jak ognioodporność (IEC 60332), brak halogenów (IEC 60754) i niska toksyczność dymu (IEC 61034). Zapewnia to systematyczną ścieżkę techniczną dla ekologicznych produktów kablowych przeznaczonych na rynek europejski.
|
Substancje objęte ograniczeniami |
Maksymalne dopuszczalne stężenie (materiał jednorodny) |
Potencjalne źródła i powiązania ryzyka w materiałach kablowych |
|
Ołów (Pb) |
0,1% (1000 ppm) |
Stabilizatory (tradycyjne stabilizatory termiczne PCV), pigmenty (chromian ołowiu), powłoki lutownicze, składniki stopowe i niektóre stare materiały pochodzące z recyklingu. |
|
Kadm (Cd) |
0,01% (100 ppm) |
Pigmenty/barwniki (takie jak żółcień kadmowa i czerwień kadmowa), stabilizatory PVC (układ kadm bar/cynk) i zanieczyszczenia w powłokach galwanicznych. |
|
Rtęć (Hg) |
0,1% (1000 ppm) |
Bardzo rzadko, prawdopodobnie z powodu zanieczyszczenia lub pozostałości katalizatora. |
|
Sześciowartościowy chrom (Cr VI) |
0,1% (1000 ppm) |
Metalowa warstwa ekranująca poddana pasywacji chromianowej (np. taśma ze stali pancernej), niektóre żółte pigmenty. |
|
Polibromowane bifenyle (PBB) |
0,1% (1000 ppm) |
Środki zmniejszające palność (historycznie stosowane w polimerach, obecnie w dużej mierze zakazane). |
|
Polibromowany eter difenylowy (PBDE) |
0,1% (1000 ppm) |
Środki zmniejszające palność (eter dekabromodifenylu itp. są szeroko stosowane w PE, PP, ABS, ale dyrektywa RoHS wyraźnie je ogranicza). |
|
Cztery rodzaje ftalanów (DEHP, BBP, DBP, DIBP) |
0,1% (1000 ppm) |
Plastyfikator PVC (główne ryzyko związane z elastyczną powłoką/izolacją kabla z PVC). |
Niektóre wyjątki zawarte w załączniku III/IV dyrektywy RoHS 2.0 są kluczowe dla branży kablowej, należy jednak zwrócić uwagę na okres ważności i zakres tych zwolnień
· Ołów:
· Odstąpienie 7(c)-I: Ołów stosowany jako zanieczyszczenie w rotatorach Faradaya z granatów ziem rzadkich do systemów komunikacji światłowodowej (ważne do 21 lipca 2025 r.? Z zastrzeżeniem najnowszych zmian).
· Inne wyłączenia dotyczące ołowiu: Ołów w stopionym lutowiu o wysokiej temperaturze i ołów w szkle/ceramice elementów elektronicznych, które mają niską korelację z materiałem bazowym kabli.
· Kadm: Wyłączenie kadmu i jego związków w materiałach styków elektrycznych (dotyczy niektórych końcówek złączy, a nie korpusu kabla).
Podstawowa zasada rozwoju: O ile nie jest to wyraźnie i koniecznie wyłączone, projekt receptury musi zakazywać stosowania jakichkolwiek substancji podlegających ograniczeniom, niezależnie od tego, czy występują one w żywicach, dodatkach, przedmieszkach czy substancjach pomocniczych w przetwarzaniu.
Zgodność z dyrektywą RoHS 2.0 jest wymogiem podstawowym, podczas gdy „bezhalogenowy” jest zazwyczaj standardem wysokiej wydajności dla kabli na rynku europejskim (szczególnie w budownictwie i transporcie kolejowym). Obydwa muszą zostać osiągnięte jednocześnie.
· System zakazów: Bromowanysystemy uniepalniająceoparte na PBB i PBDE są bezpośrednio zabronione przez dyrektywę RoHS i nie mogą być stosowane.
· System dozwolony, ale podlega ocenie:
· Bromowane środki zmniejszające palność inne niż PBDE: takie jak bromowany polistyren, bromowana żywica epoksydowa, bis(tetrabromoftalimid) etylenu itp. Chociaż nie jest to zabronione przez dyrektywę RoHS, mogą one być ograniczone innymi przepisami (np. REACH SVHC) lub normami środowiskowymi marki końcowej. Dodatkowo podczas spalania mogą wydzielać się żrące gazy, co nie jest zgodne z branżowym trendem „bezhalogenowym”.
· Chlorowane środki zmniejszające palność: takie jak chlorowana parafina. Nie jest zabronione przez dyrektywę RoHS, ale wiąże się również z obawami dotyczącymi środowiska i wykluczeniem ze względu na wymagania dotyczące „bezhalogenowej”.
· Główny system bezhalogenowy i zgodny z RoHS:
· Wodorotlenki metali: wodorotlenek glinu (ATH), wodorotlenek magnezu (MDH). Czyste w naturze, wolne od substancji objętych ograniczeniami RoHS, są całkowicie bezpieczną i ekologiczną alternatywą.
· System rozprężania fosforowo-azotowego: polifosforan amonu (APP), pochodne melaminy (MCA, MPP itp.). Należy zwrócić uwagę na zanieczyszczenia metalami ciężkimi (takimi jak kadm, ołów) w surowcach.
· Na bazie fosforu: organiczne fosforany, podfosforyny itp. Należy ocenić ich stabilność termiczną i hydrolityczną.
· Na bazie krzemu, azotu i inne.
· Żywica bazowa: Poliolefiny (PE, PP, EVA, POE), elastomery (TPU, TPE) i systemy sieciujące (XLPE, XLPO) są z natury wolne od substancji objętych ograniczeniami RoHS i stanowią bezpieczny wybór. PVC pozostaje użyteczny, ale należy go połączyć ze stabilizatorami niezawierającymi ołowiu/kadmu (stabilizatory wapniowo-cynkowe) i nieftalanowymi, przyjaznymi dla środowiska plastyfikatorami (takimi jak trimelitany, cytryniany i plastyfikatory na bazie polimerów).
· Środek barwiący: Należy używać pigmentów organicznych lub określonych pigmentów nieorganicznych (takich jak pigmenty na bazie tlenku żelaza, które przeszły obróbkę zgodności) niezawierających ołowiu, kadmu i chromianów.
Inne dodatki: Przeciwutleniacze, smary, środki sieciujące (np. DCP), sensybilizatory itp., wszystkie wymagają od dostawców dostarczenia Deklaracji zgodności z RoHS (DoC) i uzupełniających raportów z testów (np. danych ICP-MS).
Cel: Zapewnienie doskonałych właściwości mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy zerwaniu, odporność na ścieranie) i właściwości elektrycznych (wytrzymałość dielektryczna, rezystancja izolacji) przy jednoczesnym spełnieniu wymagań dotyczących zmniejszania palności IEC 60332-1 (pojedyncze spalanie pionowe) lub wyższych stopni (np. IEC 60332-3 spalanie wiązane), a także IEC 60754-1/2 (bezhalogenowe gazy niskokorozyjne) i IEC 61034-1/2 (niska gęstość dymu).
|
Typ kabla |
Zalecany podstawowy system materiałów |
Rdzeń, bezhalogenowy system zmniejszający palność |
Kluczowe procesy i punkty wydajności |
|
Izolacja/powłoka przewodów budynku |
Stop EVA/PE lub mieszanka EVA/LLDPE/POE |
System ATH o wysokim wypełnieniu (60-65%) można połączyć z niewielką ilością MDH o modyfikowanej powierzchni w celu zwiększenia odporności na temperaturę. Doskonałe tłumienie dymu. |
Zapewnij przetwarzalność wytłaczania i gładkość powierzchni w warunkach wysokiego wypełnienia; Kontroluj wytrzymałość stopu, aby zapobiec kapaniu; Wymagane są długoterminowe testy starzenia termicznego (np. 90 ℃, 7d). |
|
Osłona kabla do transmisji danych |
Na bazie PE/EVA lub TPU |
Układ złożony ATH/MDH (całkowite wypełnienie 50-60%). System TPU może wybrać środek zmniejszający palność ciekły azot fosforowy. |
Równoważąca elastyczność i ognioodporność; Zwróć uwagę na odporność na zużycie i odporność na pękanie naprężeniowe (ESC); Wymagana jest wysoka stabilność koloru. |
|
Kabel zasilający (izolacja XLPE) |
Materiał usieciowany na bazie LDPE |
Przeważa MDH o wysokiej stabilności termicznej (55-65%). ATH nie nadaje się do procesu sieciowania nadtlenkowego ze względu na niską temperaturę rozkładu. |
MDH wymaga specjalnej obróbki silanem, aby był kompatybilny z silanowymi systemami sieciującymi; Upewnij się, że nie ma to wpływu na stopień usieciowania (wydłużanie termiczne); Ściśle kontroluj jony zanieczyszczeń, aby zapewnić wydajność elektryczną. |
|
Kable samochodowe (niskie napięcie) |
Usieciowana poliolefina lub TPE |
System kompozytowy MDH lub azotu fosforu o wysokiej odporności na wysoką temperaturę. Ilość wypełnienia musi równoważyć elastyczność i ognioodporność (zwykle 40-55%). |
Spełniają określone standardy w branży motoryzacyjnej (takie jak ISO 6722); Wymagana jest doskonała odporność na olej, odporność na chłodziwo i odporność na cykle cieplne; Niskie opady. |
|
Kabel o dużej elastyczności |
Elastomer na bazie POE/SEBS |
Ultradrobny modyfikowany ATH lub mikrokapsułkowany środek zmniejszający palność azotu fosforu, o małej zawartości wypełnienia (<50%), można synergistycznie łączyć z nanowypełniaczami (modyfikowany montmorylonit). |
Podstawą jest utrzymanie wysokiego wydłużenia (>300%) i wytrzymałości na wielokrotne zginanie; Obróbka powierzchni i dyspersja środków zmniejszających palność mają kluczowe znaczenie. |
1. Obróbka powierzchni i dyspersja: Obróbka powierzchni kwasem stearynowym, silanem lub tytanianowymi środkami sprzęgającymi jest konieczna dla ATH/MDH w celu poprawy kompatybilności z powierzchniami stykowymi polimerów, poprawy właściwości mechanicznych i skuteczności zmniejszania palności, przy jednoczesnym zmniejszeniu absorpcji wilgoci.
2. Złożona technologia współpracy:
·ATH+MDH: Osiągnięcie synergii absorpcji ciepła w szerokim zakresie temperatur.
·Układ wodorotlenek+krzem (taki jak przedmieszka silikonowa): zwiększa wytrzymałość stopu, sprzyja karbonizacji i poprawia kapanie.
·Układ azotu wodorotlenkowego i fosforowego (taki jak APP/MCA): Zbudowanie dylatacyjnej warstwy barierowej może umiarkowanie zmniejszyć całkowitą ilość wypełnienia.
3. Kontrola temperatury przetwarzania: Szczególnie w przypadku systemów napełniania ATH ustawienie temperatury każdej sekcji wytłaczarki musi być niższe niż początkowa temperatura rozkładu (około 200 ℃), aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków i pary wodnej podczas przetwarzania, co może powodować degradację materiału i wady powierzchni.
Rozwój zgodności to nie tylko kwestia techniczna, ale także kwestia systemu zarządzania.
1. Przegląd kwalifikacji dostawcy: Wszyscy dostawcy surowców są zobowiązani do przedstawienia ważnej Deklaracji zgodności z dyrektywą RoHS (DoC) i pełnego ujawnienia materiału (FMD) dla każdej partii.
2. Kontrola przychodząca (IQC):
· Należy przeprowadzać regularne kontrole wyrywkowe materiałów wysokiego ryzyka (przedmieszki kolorowe, środki zmniejszające palność, stabilizatory, plastyfikatory), a metody wykrywania powinny odnosić się do norm serii IEC 62321 (takich jak ICP-OES/MS dla metali ciężkich i GC-MS dla substancji organicznych objętych ograniczeniami).
·Utworzenie listy kwalifikowanych dostawców (AVL) surowców i jej dynamiczna aktualizacja.
3. Identyfikowalność partii: Ustanowienie kompletnego systemu identyfikowalności od przechowywania surowców, partii produkcyjnej do wyjścia gotowego produktu, zapewniając możliwość prześledzenia każdego produktu aż do oryginalnej partii materiału i powiązanych raportów z testów.
Rozwójbezhalogenowe materiały na przewody i kablespełniające unijną normę RoHS 2.0 to systematyczny projekt integrujący interpretację przepisów, naukę o materiałach, inżynierię procesową i zarządzanie jakością.
