淺析綠色環保概念在電線電纜中的應用

王 湄，黃斯平，林 遠，陳 彩

（福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

1 傳統線纜概述

電線電纜的主要結構為“導體+絕緣”和“導體+絕緣+護套”，其中導體材料為金屬銅、鋁和鋁合金等，絕緣、護套材料為聚氯乙烯、聚乙烯、橡膠等。在線纜的生產、使用過程中，會造成污染和安全風險的主要是絕緣和護套材料，俗稱電纜料。

以聚氯乙烯（PVC）電線電纜為例，其具有優良的機械性能和化學穩定性、良好的加工性能、較好的阻燃性能和相對低廉的價格，一直受到市場的青睞。但PVC 線纜傳統配方中，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；六價鉻用在黃色、綠色和紅色上。在熱穩定劑的選用上，PVC 電纜料生產過程中使用了大量的鉛鹽，鉛鹽類熱穩定劑因熱穩定性良好、耐候性優良且價格低廉而受到傳統線纜生產廠的青睞，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。在阻燃劑的選用上，一般使用三氧化二銻，其與PVC 的結合可大大提高線纜的阻燃效果，但其粗產品中常混有重金屬坤，燃燒時對人體危害極大。

2 線纜發展趨勢

進入二十一世紀以來，隨著能源資源緊張形勢的日益突出，調整優化產業結構，促進節能減排已成為世界各國尋求長遠發展的重要路徑和方向。正處于工業化城鎮化快速發展階段的中國，同樣面臨能源緊張、環境污染、氣候變化等諸多難題。2021 年4 月，國家發展改革委發布《2021 年新型城鎮化和城鄉融合發展重點任務》，提出要建設低碳綠色城市，深入推進工業、建筑、交通等領域綠色低碳轉型。電線電纜作為國民經濟的“血管”與“神經”，在綠色工業、綠色建筑業蓬勃發展及生態文明、綠色低碳理念深入人心的當下，該行業必將進入節能環保的快速通道。

在保證電線電纜的電氣性能下，達到綠色環保、安全可靠、節能耐用等多種效果已成為電纜廠商的研發方向。[1]綠色環保線纜，顧名思義就是不會對環境產生負擔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出來的無毒、不含有害重金屬的長壽命、高性能線纜。可見，電線電纜是否綠色環保主要體現在四個方面，即生產時環保、使用時安全節能、燃燒時無毒無煙、廢棄時回收再利用率高。

3 綠色環保概念在線纜中的應用

3.1 對重金屬等有害物質的含量有嚴格要求

目前，歐盟等發達國家頒布了諸多指令，如ROHS《電氣、電子設備中限制使用某些有害物質指令》明確限定了鉛、鎘、六價鉻、汞、聚溴聯苯和聚溴二苯醚等6 種有害物質的含量；ELV《報廢車輛指令》明確禁止汽車用線纜含鉛；WEEE《報廢的電子電氣設備處理指令》對廢棄物提出了分類回收、循環利用的要求；EUP《建立耗能產品生態設計框架性指令》推進用能產品環境化設計的優化，用環境設計的方法控制并減少產品在生命周期內對環境的影響。這些法規法令從設計階段、市場準入、回收處理等各個階段控制用能產品對環境的破壞，督促生產廠家重新調整線纜產品的配方、生產設備、工藝以達到環保要求，從而降低對大氣、土壤、水源的污染。我國在2005～2007 年對標歐盟的相關指令，推出了部門規章《電子信息產品污染控制管理辦法》及相關配套標準《電子信息產品中有毒有害物質的限量要求》（SJ/T 11363—2006）、《電子信息產品污染控制標識要求》（SJ/T 11364—2006）、《電子信息產品中有毒有害物質的檢測方法》（SJ/T 11365—2006）、《環境意識設計 將環境因素引入電工產品的設計和開發》（GB/T 21273—2007）等，旨在實現電子電氣類產品中有毒有害物質的有效控制（如禁止使用、減量化等）。

線纜是電工基礎產品，當前我國傳統PVC 線纜的產品占比仍然高達60%以上，在此情況下要在短時間內全部禁止使用，顯然是不切實際的。因此，在實現無鉛化的基礎上循序漸進推動綠色化才是可靠的現實路徑。轉變的主要方式之一是研究開發無毒環保的各類添加劑，如使用以硬脂酸鋅和硬脂酸鈣為主要成分的鈣鋅復合穩定劑替代鉛鹽和有機錫穩定劑。但是，國內的中小型線纜生產企業現有的生產設備大都是為配合使用鉛鹽類穩定劑而特定制造的，如換成鈣鋅復合穩定劑等環保添加劑來生產，設備需要升級或者更換，這其中涉及的資金、技術、人員培訓等方面的問題，是線纜行業在適應新生產技術過程中必然會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物在高溫下急劇降解、強烈放熱并伴隨濃煙和火焰的化學反應過程（見圖1）。燃燒的三個基本要素是：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來達到阻燃的目的。PVC 線纜是自熄性聚合物，氧指數達45%以上，其原料中的鹵素（氟、氯、溴、碘、砹）在高溫下產生的鹵原子和聚合物中的氫原子會結合成鹵化氫，而鹵化氫會捕捉燃燒過程中產生的高熱量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，在燃燒過程或火災中，對人體、設施、環境具有巨大危害。

圖1 線纜燃燒機理示意圖

目前，大多數環保型線纜使用交聯聚乙烯作為絕緣料，聚烯烴作為護套料，兩者都不含鹵素，并通過添加無鹵阻燃劑來實現阻燃。使用較多的阻燃劑是無機磷化合物（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是燃燒時不產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作用來實現，如表1 所示。

表1 無機磷化合物和金屬氫氧化物的阻燃原理[2]

隨著現代社會的發展，人們對環保線纜的要求越來越高，在保證阻燃性能不降低的情況下，對發煙量也有很高的要求。現在市面上的無鹵低煙阻燃線纜，這種環保型線纜燃燒時的發煙量較小，且為白色，最低透光率能達到60%以上，即使燃燒也能保持視野清晰，同時可視距離不低于15m，在火災時不影響人員逃生及滅火救援工作開展。

3.3 耐熱等級高，載流能力強，使用壽命長

影響線纜載流能力的內部因素，除導體本身的線徑大小和導電性外，最重要的就是絕緣層的耐熱等級。線纜在工作時，電流流經導體所產生的熱量不能超過絕緣層所能承受的熱量，不然長期工作狀態下會使絕緣層發軟、發粘、失去彈性甚至熔化而造成危險，因此可以說絕緣層的耐熱等級決定了導體的最高工作溫度。而導體工作溫度越高，其允許通過的電流越大，也就是載流能力越強。綠色環保的線纜多使用交聯聚乙烯（XLPE）、交聯聚烯烴（XLPO）材料作為絕緣層。如表2 所示，相對其他常用絕緣材料，在滿足機械性能、化學性能的前提下（硅橡膠的物理性能較差），交聯聚乙烯和交聯聚烯烴絕緣的導體最高工作溫度更具優勢。特別是在相同載流量的情況下，交聯聚乙烯和交聯聚烯烴絕緣在使用壽命上有絕對優勢。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]使用綠色環保類線纜，在同等載流量下，線纜不易老化變形變質，不僅安全，使用壽命也更長。

表2 常用絕緣材料允許的導體最高工作溫度

3.4 回收再利用率高，環境污染少

傳統PVC 線纜中的氯含量可達56%以上，且絕緣護套中含有大量的添加劑，在分解、氧化和燃燒時會產生多種有毒有害或腐蝕性物質，對人與環境造成傷害。線纜在制造過程中，會產生廢水、廢氣、廢料排放，給水質、空氣、土壤造成污染；在使用過程中，特別是發生火災燃燒時，會產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；在線纜產能過剩或使用壽命結束時，閑置或廢棄的線纜產品長期在光、氧、熱的條件下會慢慢釋放出有害物質；在回收再利用方面，面臨的問題也非常嚴峻，目前我國廢棄線纜中金屬導體可全部回收且再生利用率可達到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，還極大地污染了環境。而綠色環保線纜從設計環節就已經將綠色、環保、節能等理念引入整個生命周期，從原料、生產、使用、淘汰都不會對環境造成大的影響。

4 結束語

基于低碳、環保等因素，目前許多發達國家已經明令禁止使用PVC 作為線纜原材料。黨的十八大以來，在習近平生態文明思想的指引下，我國大力倡導綠色發展理念，推動電線電纜產業朝綠色環保方向發展。近年來，我國在各種大型公共活動場所，如世博會、奧運村等，都禁止使用PVC 等非環保線纜，全部要求采用綠色環保型線纜，而北京、上海等一線城市在鐵路、電子、通信、軍事、化工、醫院等重工業領域及大型活動建筑中，也在致力推行使用環保型線纜。可見，綠色環保線纜已是大勢所趨，其取代傳統非環保線纜的進程會越來越快。因此，線纜行業必須緊跟時代發展的腳步，早重視、早投入、早研發，積極應用推廣綠色工藝技術，加快實施全產業鏈綠色化改造，從而推動行業轉型升級和高質量發展。