王 湄，黃斯平，林 遠(yuǎn)，陳 彩

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福州 350002）

1 傳統(tǒng)線纜概述

電線電纜的主要結(jié)構(gòu)為“導(dǎo)體+絕緣”和“導(dǎo)體+絕緣+護(hù)套”，其中導(dǎo)體材料為金屬銅、鋁和鋁合金等，絕緣、護(hù)套材料為聚氯乙烯、聚乙烯、橡膠等。在線纜的生產(chǎn)、使用過程中，會(huì)造成污染和安全風(fēng)險(xiǎn)的主要是絕緣和護(hù)套材料，俗稱電纜料。

以聚氯乙烯（PVC）電線電纜為例，其具有優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性、良好的加工性能、較好的阻燃性能和相對(duì)低廉的價(jià)格，一直受到市場(chǎng)的青睞。但PVC 線纜傳統(tǒng)配方中，需要用到含鉛、汞、鎘等重金屬的添加劑作為電纜料顏料、熱穩(wěn)定劑和阻燃劑。在顏料的選用上，一般鉛用在白色、黃色和紅色上；鎘用在紅色、黃色上；六價(jià)鉻用在黃色、綠色和紅色上。在熱穩(wěn)定劑的選用上，PVC 電纜料生產(chǎn)過程中使用了大量的鉛鹽，鉛鹽類熱穩(wěn)定劑因熱穩(wěn)定性良好、耐候性優(yōu)良且價(jià)格低廉而受到傳統(tǒng)線纜生產(chǎn)廠的青睞，但其毒性非常大，且夾雜鎘、鉻、汞等重金屬，容易造成鉛粉塵超標(biāo)。在阻燃劑的選用上，一般使用三氧化二銻，其與PVC 的結(jié)合可大大提高線纜的阻燃效果，但其粗產(chǎn)品中?；煊兄亟饘倮ぃ紵龝r(shí)對(duì)人體危害極大。

2 線纜發(fā)展趨勢(shì)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著能源資源緊張形勢(shì)的日益突出，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排已成為世界各國尋求長遠(yuǎn)發(fā)展的重要路徑和方向。正處于工業(yè)化城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段的中國，同樣面臨能源緊張、環(huán)境污染、氣候變化等諸多難題。2021 年4 月，國家發(fā)展改革委發(fā)布《2021 年新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)融合發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)》，提出要建設(shè)低碳綠色城市，深入推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型。電線電纜作為國民經(jīng)濟(jì)的“血管”與“神經(jīng)”，在綠色工業(yè)、綠色建筑業(yè)蓬勃發(fā)展及生態(tài)文明、綠色低碳理念深入人心的當(dāng)下，該行業(yè)必將進(jìn)入節(jié)能環(huán)保的快速通道。

在保證電線電纜的電氣性能下，達(dá)到綠色環(huán)保、安全可靠、節(jié)能耐用等多種效果已成為電纜廠商的研發(fā)方向。[1]綠色環(huán)保線纜，顧名思義就是不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)擔(dān)且材料可回收再利用的電線電纜，是使用低煙無鹵阻燃原材料生產(chǎn)出來的無毒、不含有害重金屬的長壽命、高性能線纜?？梢姡娋€電纜是否綠色環(huán)保主要體現(xiàn)在四個(gè)方面，即生產(chǎn)時(shí)環(huán)保、使用時(shí)安全節(jié)能、燃燒時(shí)無毒無煙、廢棄時(shí)回收再利用率高。

3 綠色環(huán)保概念在線纜中的應(yīng)用

3.1 對(duì)重金屬等有害物質(zhì)的含量有嚴(yán)格要求

目前，歐盟等發(fā)達(dá)國家頒布了諸多指令，如ROHS《電氣、電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》明確限定了鉛、鎘、六價(jià)鉻、汞、聚溴聯(lián)苯和聚溴二苯醚等6 種有害物質(zhì)的含量；ELV《報(bào)廢車輛指令》明確禁止汽車用線纜含鉛；WEEE《報(bào)廢的電子電氣設(shè)備處理指令》對(duì)廢棄物提出了分類回收、循環(huán)利用的要求；EUP《建立耗能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架性指令》推進(jìn)用能產(chǎn)品環(huán)境化設(shè)計(jì)的優(yōu)化，用環(huán)境設(shè)計(jì)的方法控制并減少產(chǎn)品在生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響。這些法規(guī)法令從設(shè)計(jì)階段、市場(chǎng)準(zhǔn)入、回收處理等各個(gè)階段控制用能產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的破壞，督促生產(chǎn)廠家重新調(diào)整線纜產(chǎn)品的配方、生產(chǎn)設(shè)備、工藝以達(dá)到環(huán)保要求，從而降低對(duì)大氣、土壤、水源的污染。我國在2005～2007 年對(duì)標(biāo)歐盟的相關(guān)指令，推出了部門規(guī)章《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》及相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)《電子信息產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的限量要求》（SJ/T 11363—2006）、《電子信息產(chǎn)品污染控制標(biāo)識(shí)要求》（SJ/T 11364—2006）、《電子信息產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的檢測(cè)方法》（SJ/T 11365—2006）、《環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì) 將環(huán)境因素引入電工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)》（GB/T 21273—2007）等，旨在實(shí)現(xiàn)電子電氣類產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的有效控制（如禁止使用、減量化等）。

線纜是電工基礎(chǔ)產(chǎn)品，當(dāng)前我國傳統(tǒng)PVC 線纜的產(chǎn)品占比仍然高達(dá)60%以上，在此情況下要在短時(shí)間內(nèi)全部禁止使用，顯然是不切實(shí)際的。因此，在實(shí)現(xiàn)無鉛化的基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)推動(dòng)綠色化才是可靠的現(xiàn)實(shí)路徑。轉(zhuǎn)變的主要方式之一是研究開發(fā)無毒環(huán)保的各類添加劑，如使用以硬脂酸鋅和硬脂酸鈣為主要成分的鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑替代鉛鹽和有機(jī)錫穩(wěn)定劑。但是，國內(nèi)的中小型線纜生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備大都是為配合使用鉛鹽類穩(wěn)定劑而特定制造的，如換成鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑等環(huán)保添加劑來生產(chǎn)，設(shè)備需要升級(jí)或者更換，這其中涉及的資金、技術(shù)、人員培訓(xùn)等方面的問題，是線纜行業(yè)在適應(yīng)新生產(chǎn)技術(shù)過程中必然會(huì)面臨的困難和必須要承受的陣痛。

3.2 低煙無鹵無毒無害，阻燃效果好

線纜的燃燒是可燃有機(jī)物在高溫下急劇降解、強(qiáng)烈放熱并伴隨濃煙和火焰的化學(xué)反應(yīng)過程（見圖1）。燃燒的三個(gè)基本要素是：可燃物、氧氣、溫度。線纜的阻燃作用就是通過阻斷三要素的任意一個(gè)來達(dá)到阻燃的目的。PVC 線纜是自熄性聚合物，氧指數(shù)達(dá)45%以上，其原料中的鹵素（氟、氯、溴、碘、砹）在高溫下產(chǎn)生的鹵原子和聚合物中的氫原子會(huì)結(jié)合成鹵化氫，而鹵化氫會(huì)捕捉燃燒過程中產(chǎn)生的高熱量HO·自由基并形成低熱量的鹵素自由基和水，從而中止氧化反應(yīng)起到不延燃的效果。但眾所周知，鹵化物是有毒的且鹵酸氣體是具有腐蝕性的，在燃燒過程或火災(zāi)中，對(duì)人體、設(shè)施、環(huán)境具有巨大危害。

圖1 線纜燃燒機(jī)理示意圖

目前，大多數(shù)環(huán)保型線纜使用交聯(lián)聚乙烯作為絕緣料，聚烯烴作為護(hù)套料，兩者都不含鹵素，并通過添加無鹵阻燃劑來實(shí)現(xiàn)阻燃。使用較多的阻燃劑是無機(jī)磷化合物（主要是紅磷、聚磷酸銨）和金屬氫氧化物（主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂），這兩類化合物的特點(diǎn)是燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒或腐蝕性氣體，故也被稱為無污染阻燃劑。其阻燃性能主要通過四個(gè)作用來實(shí)現(xiàn)，如表1 所示。

表1 無機(jī)磷化合物和金屬氫氧化物的阻燃原理[2]

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)保線纜的要求越來越高，在保證阻燃性能不降低的情況下，對(duì)發(fā)煙量也有很高的要求。現(xiàn)在市面上的無鹵低煙阻燃線纜，這種環(huán)保型線纜燃燒時(shí)的發(fā)煙量較小，且為白色，最低透光率能達(dá)到60%以上，即使燃燒也能保持視野清晰，同時(shí)可視距離不低于15m，在火災(zāi)時(shí)不影響人員逃生及滅火救援工作開展。

3.3 耐熱等級(jí)高，載流能力強(qiáng)，使用壽命長

影響線纜載流能力的內(nèi)部因素，除導(dǎo)體本身的線徑大小和導(dǎo)電性外，最重要的就是絕緣層的耐熱等級(jí)。線纜在工作時(shí)，電流流經(jīng)導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量不能超過絕緣層所能承受的熱量，不然長期工作狀態(tài)下會(huì)使絕緣層發(fā)軟、發(fā)粘、失去彈性甚至熔化而造成危險(xiǎn)，因此可以說絕緣層的耐熱等級(jí)決定了導(dǎo)體的最高工作溫度。而導(dǎo)體工作溫度越高，其允許通過的電流越大，也就是載流能力越強(qiáng)。綠色環(huán)保的線纜多使用交聯(lián)聚乙烯（XLPE）、交聯(lián)聚烯烴（XLPO）材料作為絕緣層。如表2 所示，相對(duì)其他常用絕緣材料，在滿足機(jī)械性能、化學(xué)性能的前提下（硅橡膠的物理性能較差），交聯(lián)聚乙烯和交聯(lián)聚烯烴絕緣的導(dǎo)體最高工作溫度更具優(yōu)勢(shì)。特別是在相同載流量的情況下，交聯(lián)聚乙烯和交聯(lián)聚烯烴絕緣在使用壽命上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。建筑物的壽命一般在70 年，而普通電線電纜的壽命只有25 年，部分超過使用壽命的電線電纜容易老化，存在安全隱患，危及人身安全。[1]使用綠色環(huán)保類線纜，在同等載流量下，線纜不易老化變形變質(zhì)，不僅安全，使用壽命也更長。

表2 常用絕緣材料允許的導(dǎo)體最高工作溫度

3.4 回收再利用率高，環(huán)境污染少

傳統(tǒng)PVC 線纜中的氯含量可達(dá)56%以上，且絕緣護(hù)套中含有大量的添加劑，在分解、氧化和燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種有毒有害或腐蝕性物質(zhì)，對(duì)人與環(huán)境造成傷害。線纜在制造過程中，會(huì)產(chǎn)生廢水、廢氣、廢料排放，給水質(zhì)、空氣、土壤造成污染；在使用過程中，特別是發(fā)生火災(zāi)燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體（如氯化氫、一氧化碳、二氧化硫等），并帶有濃煙，給人員逃生和救援帶來困難；在線纜產(chǎn)能過?；蚴褂脡勖Y(jié)束時(shí)，閑置或廢棄的線纜產(chǎn)品長期在光、氧、熱的條件下會(huì)慢慢釋放出有害物質(zhì)；在回收再利用方面，面臨的問題也非常嚴(yán)峻，目前我國廢棄線纜中金屬導(dǎo)體可全部回收且再生利用率可達(dá)到95%以上，但電纜料的回收利用率卻不足3%，這不僅造成了資源浪費(fèi)，還極大地污染了環(huán)境。而綠色環(huán)保線纜從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就已經(jīng)將綠色、環(huán)保、節(jié)能等理念引入整個(gè)生命周期，從原料、生產(chǎn)、使用、淘汰都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成大的影響。

4 結(jié)束語

基于低碳、環(huán)保等因素，目前許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)明令禁止使用PVC 作為線纜原材料。黨的十八大以來，在習(xí)近平生態(tài)文明思想的指引下，我國大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，推動(dòng)電線電纜產(chǎn)業(yè)朝綠色環(huán)保方向發(fā)展。近年來，我國在各種大型公共活動(dòng)場(chǎng)所，如世博會(huì)、奧運(yùn)村等，都禁止使用PVC 等非環(huán)保線纜，全部要求采用綠色環(huán)保型線纜，而北京、上海等一線城市在鐵路、電子、通信、軍事、化工、醫(yī)院等重工業(yè)領(lǐng)域及大型活動(dòng)建筑中，也在致力推行使用環(huán)保型線纜?？梢姡G色環(huán)保線纜已是大勢(shì)所趨，其取代傳統(tǒng)非環(huán)保線纜的進(jìn)程會(huì)越來越快。因此，線纜行業(yè)必須緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，早重視、早投入、早研發(fā)，積極應(yīng)用推廣綠色工藝技術(shù)，加快實(shí)施全產(chǎn)業(yè)鏈綠色化改造，從而推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展。