[科普中国]-PVC电缆料

PVC 电缆料是以聚氯乙烯为基础树脂 ，添加稳定剂、邻苯二甲酸二辛酯，邻苯二甲酸二异癸酯，对苯二甲酸二辛酯、 偏苯三酸三辛酯等增塑剂以及碳酸钙等无机填充物、助剂和润滑剂等添加剂，经过混配捏合挤出而制备的粒子。1

简介PVC电缆料价格低廉，性能优良，在电线电缆绝缘保护材料中长期占有重要地位，但是这种材料含对环境和人体有害物质，且在应用于特殊环境时存在诸多问题。随着人们环保意识的增强和对材料性能要求的提高，对PVC材料提出了更高的要求。2

线缆行业主要用材分析因使用的稳定剂、增塑剂及各种填充物等添加物质在环保方面的不同而不同。一般是以ROHS或REACH的检测方法和标准来衡量，分为环保和非环保PVC电缆料。由于电线电缆的结构大同小异，又极为简单，导电线芯外的绝缘与护套多由塑料或橡胶包覆。用户按用途和布设环境选择型号与规格，生产厂则按相关标准选择材料与制造工艺。

目前，塑料占包覆材料的91%，而其中的聚氯乙烯又占塑料中的80%。另有资料表明，在美国，塑料占电线电缆行业包覆材料的85%，其中，聚氯乙烯又占塑料中的60%。聚氯乙烯是含氯聚合物，有较好的阻燃性能和线缆生产与使用所要求的各种性能，价格低廉，是世界上最广泛使用的塑料之一。

随着人们环保意识的增强和可持续发展观念的深入人心，有关塑料对环境的污染和是否应禁用聚氯乙烯的争论非常多，但是聚氯乙烯的产量和使用量却在不断增长，这在中国尤为明显。

随着科学的发展和研究的深入，使众多环保型的聚氯乙烯制品被研发出来，电线电缆也深受其益，与环保聚氯乙烯电线电缆配套的环保型聚氯乙烯电缆料在近几年的飞速发展就是一个证明。

用户对PVC电线电缆的环保要求和环保PVC电缆料的发展当电缆料制备成功后，以ROHS或REACH的检测方法和标准在ICP测试设备上测试，所有物质成分中重金属含量，DEHP、壬基酚、多溴联苯类等禁用物质和受控物质等，因每个国家对含量标准的要求不一样，相应的环保标准也不同。

测试单位一般以10-6来计量。环保电缆料的稳定剂一般是使用钙锌稳定剂。满足REACH标准的PVC电缆料最重要的是不能使用DEHP等16种物质来做增塑剂。

非环保电缆料一般使用铅盐来做稳定剂，因其含有重金属铅、铬、镉、汞、钡等重金属，会对环境和人类健康造成极大损害，而受到越来越多的国家限制或禁止使用。

在电压较低（1 k V以下）的线路和电器设备中使用的电线电缆，其绝缘与护套均可用PVC包覆，而中、高压（大于6 k V）电线电缆的护套大多采用PVC包覆。1

环保PVC电缆料进入21世纪，随着人类环保意识的增强和人们对自身健康的关注，环境问题成为人类社会关注的焦点，许多国家、地区及组织纷纷制定了严格的标准与法规，限制有害物质的使用，特别是RoHS和REACH法规。

欧盟规定2006年7月1日以后进入欧盟国家的产品必须符合环保RoHS规定。传统PVC电缆料因含一定量的重金属元素等有害物质，所以不符合RoHS规定，成为制约PVC电线电缆在电气设备、基础设施、基本建设等场合应用的重要因素。

2008年10月28日，欧盟公布SVHC(高关注物质)第1批候选物质清单，REACH法规正式执行，所有进入欧盟的配制品和物品都将受此法规控制，虽然该法规没有禁止含有这些高关注物质的化学品进入欧盟市场，但都需要通过注册、评估、授权和限制等一组综合程序。这就导致一些欧盟客户为了简化程序而要求各自的供应商提供的产品中都不准含有以上物质。因此，对PVC电缆料的生产产生了重大的影响。为适应环保法规要求，环保PVC电缆料应运而生，并迅速成为当前PVC电缆料开发的主题之一。环保PVC电缆料的要求：铅和重金属含量低，低烟，低氯化氢，低毒或无毒。2

低铅和低重金属铅和某些重金属会对人体健康造成不利影响，在PVC配方中，通常需要用到铅、镉、钡、锑等重金属化合物添加剂，作为稳定剂、阻燃剂和颜料。为了遏制PVC树脂在加工和使用时分解的氯元素，在配方中必须加入热稳定剂，而在传统的配方中，铅盐系列稳定剂具有最佳的性价比，因此被广泛采用。

无铅化或无重金属化就意味着必须用非铅或非重金属化合物取代，同时做到不会使电缆料的各种性能下降。在颜料的选用中，传统的配方往往要选用许多含有重金属化合物的颜料：如镉用于黄色和红色；铅用于白色、红色和黄色；六价铬用于红色、黄色和绿色等。

无铅或无重金属就要求配方设计时必须更审慎地选择有机和无机颜料，以保证产品中的重金属含量不超出规范的限定值。值得重视的是，2003年欧盟通过了第六次环境行动计划，提出了到2010年十年间的环境政策战略目标，即“欧盟二指令”、“一方案”和“ELV”指令。

（1）WEEE指令：“报废电子电器处理指令”（实现分类收集，推进再生利用和减少焚烧处理）。

（2）ROHS指 令： “特定有毒物质的禁用指令”（限定铅，镉，六价铬，汞等6种有害物质的含量）。

（3）EUP指 令方案： “设定‘能源－使用品’的生态设计要求事项框架”。

（4）ELV指 令：“生命末期计划”，从2003年开始，汽车业电线电缆禁止含铅。

从上世纪九十年代以来，欧、美、日等发达国家相继制定法规，在所用的PVC电线电缆中，对8种重金属含量进行规定。这些新规定要求电线电缆制造商重新调整已有配方的稳定体系、润滑体系、添加剂体系。

（1）使用钙-锌复合稳定润滑剂，以硬脂酸钙、硬脂酸锌为主要成份的钙锌复合稳定剂被公认为是无毒化合物，其热稳定效果比铅盐差。为此，对此类稳定剂进行了大量的试验与改进，特别是近十多年来，为适应市场的环保要求，已有一些公司开发出能够符合PVC电缆料标准要求的钙-锌复合稳定润滑剂。

（2）使用稀土复合稳定剂近几年，中国已开发出多种牌号的稀土金属（如镧系）盐稳定剂。试验表明，其热稳定性接近于铅盐，且无毒，某些牌号还具有透明性，因而可以用于有环保要求的PVC料。

（3）使用有机锡稳定剂有机锡稳定剂品种繁多，对PVC有较好的热稳定效果，无毒且具有良好的透性。价格昂贵（是铅盐的8～12倍），无润滑性、某些牌号的产品会污染铜是其缺点，多用于透明环保料中。

低烟与低氯化氢良好的阻燃性能是PVC电线电缆十分明显的优点，但普通阻燃PVC线缆在起火燃烧时，会放出浓重的黑烟和HCl气体，从而造成起火后的“二次灾害”，严重影响人员撤离和消防救护工作的开展。所以，在对电线电缆提出阻燃要求时，在某些场合还会进一步提出“低烟”和“低HCl（低酸）”的要求。

低烟型电线电缆标准在IEC（国际电工委员会）和中国GB/T标准中是用“最小透光率”大于60%来考核的。而在UL（美国保险商实验室）标准中则是用“烟雾释放总量”和“最大烟雾释放率”2个指标来限定的。 UL标准规定，凡能通过UL1685试验的电线电缆方可称为“低烟”型的，并有资格在电线电缆的表面印上“LS（低烟）”标志。而在IEC和GB/T标准中，则无此称呼和标志规定。

制造低烟型PVC电线电缆应采用低烟PVC电缆料，对于低烟型PVC电缆料的“低烟性能”如何界定，目前，各国尚无统一标准可循。上海电缆研究所已将Dm≤300作为低烟PVC料的标准。这种低烟型PVC料的配方研究十分困难，除需引入高效的消烟剂外，还需对配方中的所有在燃烧时会发烟的助剂进行筛选，以使燃烧时的发烟量降低。

PVC线缆燃烧时生成的HCL气体会对电路和设备产生严重的腐蚀，制造低酸型PVC线缆必须采用低酸型PVC料，应符合规定的酸气试验。在中国，设计低酸型PVC料配方往往与低烟型结合起来考虑，差别在于需引入高效的吸酸剂，有关低酸型PVC料的卤酸气释放量应如何界定，目前在各国尚无统一标准可循。

低毒与无毒对于某些可能与食品、血液制品接触的家用电器、医疗卫生电器以及儿童电动玩具上使用的线缆，除要求无铅无重金属外，还要求无毒（或低毒）。这就是说，在PVC配方中所使用的所有成份材料均应是无毒的。

电缆料中含有大量的增塑剂，制造无毒料必须选用无毒的增塑剂。因此，某些含磷、含硫的增塑剂应被排除在外，其他成份如稳定剂、润滑剂、抗氧剂、填充剂等都必须使用无毒料。所以，这种PVC料的要求比无铅无重金属料的要求更高，售价也自然更贵。1

交联PVC电缆料合理有效的交联可提高材料的使用等级,对PVC也不例外。交联的方法有化学法、硅烷交联法和辐照交联法，而对PVC电缆料而言，最有效且研究应用最多的方法是辐照交联法。

促交联剂辐照交联PVC的关键问题是如何在低辐照剂量下提高凝胶含量，通常的做法是添加多烯单体(如TMPTA、TAIC、TMPTMA等)，在此基础上再添加其他促进交联的材料。

减轻辐照变色与多数聚合物一样，PVC材料辐照后也有变色的问题，尤其对于浅色料，辐照后会变色，影响外观，往往不被客户所接受，产生纠纷，增加不必要的生产成本。所以，如何避免PVC辐照后变色也逐渐被人关注。PVC的辐照变色是因为辐照使PVC分子内脱氯化氢，导致在PVC分子链中形成显色共轭结构或含氧结构；所以，减少PVC辐照后的变色的方法是加入适当的稳定剂，吸收反应生成的氯化氢，或与辐射分解的活性中间体形成稳定结构，抑制PVC脱氯化氢自催化反应，减小PVC分子中形成共轭结构或含氧结构的可能性。

其他方面近年中国的汽车工业得到了长足的发展，对汽车线束的需求大幅提高，目前105℃及以下温度等级的汽车线束的绝缘保护材料大部分用的是PVC材料。国内汽车线束用PVC材料常有挤出表面不光、低温性能不佳等缺点。鉴于此，加之汽车线束使用的特殊环境(如空间狭小、环境散热不佳、相互摩擦频繁等)和特殊要求(薄壁、高速挤出等)以及成本控制要求，研究用于汽车线束的PVC材料,进一步提高其性能是必要的。2

阻燃PVC电缆料聚氯乙烯（PVC）树脂作为一种历史悠久的热塑性塑料，其柔软性可以通过加入不同量的增塑剂来调节。我们还可以将PVC与其他的聚合物共混改性来制备各种性能的塑料制品。PVC价格优廉，性能优良，因此它在电线电缆行业有着广泛的应用。例如现在生活用的450V/750V及以下绝缘的电线电缆和软线都很多使用PVC作为基体树脂。随着阻燃PVC电缆料在电子电器、计算机、汽车和航天等领域的广泛应用，对电缆的阻燃性也有着越来越高的要求。

PVC电缆由于其中掺入了大量的增塑剂和其他助剂，其耐燃性不足，在燃烧时会产生对人体有害的HCl气体，HCl 还会对金属有很强的腐蚀作用。除了产生有毒气体，还会因为一些气体燃烧不完全而产生大量的烟雾，严重影响着人民的生命和财产安全。因此，研究开发低烟、低毒的PVC电缆成为电缆阻燃工业迫切的需求，具有重要的社会价值。3

阻燃抑烟方法在PVC电缆中，我们通常采用加入阻燃剂和阻燃增塑剂的方法来实现其阻燃和抑烟的效果。具体使用的方法有以下几种：（1） 用阻燃的增塑剂替代掉常规的增塑剂。例如常使用三芳基磷酸酯和烷基二芳基磷酸酯作为增塑剂，它们在燃烧时热分解生成不易挥发的多磷酸，可以在固体表面形成一层保护膜，隔断与氧气的接触。还可以加入氯化石蜡作为协效增塑剂，阻燃效果更佳。（2） 加入锑化合物、金属氢氧化物等无机阻燃剂。通常加入的氢氧化铝还具有明显的抑烟作用。（3） 在增塑剂含量较高的时候采用同时加入阻燃增塑剂、无机阻燃剂和阻燃填料的方法。（4） 通常还加入抑烟剂。主要用于PVC电缆料抑烟的有三氧化钼和八钼酸铵等。在PVC电缆料的配方中我们经常需要根据电缆料不同的用途及阻燃需求来选择合适的阻燃增塑剂与常规增塑剂的配比，这样可以达到高的性价比。3

阻燃性能的研究进展PVC电缆料除了电性能和物理机械性能要符合一般PVC电缆料的性能指标外，很关键的一点就是它必须要有好的阻燃性能。阻燃性能通常是用氧指数来衡量的，氧指数是指让试样燃烧所需要的最低的氧浓度。氧指数越大时，阻燃性就越高。通常氧指数在30以上的材料就具有一定的阻燃性了。下面主要介绍一下PVC电缆料阻燃性能的影响因素，以及在提高其阻燃性能方面的国内外研究进展。

增塑剂用量对阻燃性能的影响PVC电缆料中加入的增塑剂不同，电缆料的阻燃性和发烟性将会有所不同。对于PVC电缆料中最常用四种增塑剂：邻苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、磷酸三甲苯酯和聚酯系增塑剂，它们的阻燃性有很大的区别，科学家们做了相关的研究工作。在软质PVC100份中加入了30～60份的增塑剂，研究发现当增塑剂含量增加时，PVC的氧指数降低。对于不同的增塑剂，下降的快慢程度基本一致。并且含磷酸三甲苯酯的PVC具有最高的氧指数，它比含有邻苯二甲酸二辛酯的PVC的氧指数约高5。对发烟量的研究显示，含邻苯二甲酸二辛酯和磷酸三甲苯酯的PVC的发烟量随着增塑剂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剂的PVC具有相反的结果。

阻燃剂用量对阻燃性能的影响PVC电缆料中加入了Al（OH）3，Sb2O3，硼酸锌（ZB）等无机阻燃剂，它们的用量对PVC的阻燃性能影响很大，国内外学者对此作了很多相关的研究。有学者4研究了Sb2O3及Sb2O3/ ZB复配阻燃剂添加量对PVC氧指数的影响。他们发现随着Sb2O3的增加，PVC电缆料的极限氧指数呈直线上升趋势，在纳米Sb2O3的添加量大于1.5份时，纳米Sb2O3对PVC的氧指数贡献大于微米级Sb2O3。他们还研究了PVC在Sb2O3与ZB的质量比不同的时候的氧指数，发现随着质量比的增加，氧指数下降。这就是说，加入Sb2O3越多，PVC的阻燃性能越高，但是由于Sb2O3价格比较昂贵，所以一般加入Sb2O3的量不是很高，只要能保证一定的阻燃性即可。并且加入的ZB可以用作消烟剂，将ZB与Sb2O3复合使用将使得PVC电缆料在具有合适的氧指数的同时还具有低的生烟量。

填充剂用量对阻燃性能的影响在PVC电缆料中，通常需要加入一定量的填充剂。如果我们加入滑石和陶土作为填充剂时氧指数提高1到2倍，但是电缆料的燃烧速度也会加倍，最大减光系数不变。如果加入Al（OH）3作为填充剂，燃烧速度增加50%，氧指数增加，最大减光系数下降，所以它对发烟量抑制的效果较好。在PVC中也通常加入Ca CO3填充剂，科学家们研究发现5，随着Ca CO3加入量的增加，PVC电缆料的氧指数下降，且最大减光系数也下降，所以加入Ca CO3的量不能太多，否则会影响到电缆料的阻燃抑烟效果。但是Ca CO3可以作为HCl气体的捕获剂，具有非常显著的效果。3

一些禁用物据资料介绍，欧盟在审理的法规草案可能对下列物品进行限制，以确保电线电缆能符合环保要求。石棉、多氯联苯、多溴联苯、短链（C10～C13）氯化石蜡，这些要求应引起环保PVC电缆料和电线电缆生产企业的注意，在材料的配方与线缆的结构中将上述几类物品剔除。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所