اتحادیه اروپا "محدودیت مواد خطرناک در دستورالعمل تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی" (RoHS 2.0، 2011/65/EU و اصلاحات آن) محدودیت ها و الزامات انطباق واضحی را برای مواد خطرناک در مواد سیم و کابل تعیین می کند. این مقاله به طور سیستماتیک مرزهای فنی و بندهای معافیت را برای ده ماده محدود شده (سرب، کادمیوم، کروم شش ظرفیتی، جیوه، بی فنیل های پلی برومینه، دی فنیل اترهای پلی برومینه، و چهار فتالات) تحت RoHS 2.0 برای مواد کابلی تجزیه و تحلیل می کند. از دیدگاه علم فرمول‌بندی پلیمری، راه‌حل‌های توسعه کامل فرآیند برای مواد سازگار، از جمله طراحی مولکولی، انتخاب سیستم، کنترل فرآیند کلیدی، و تأیید زنجیره تامین، با هدف دستیابی به اهداف عملکرد سه‌گانه بازدارندگی در شعله (IEC 60332)، بدون هالوژن (IEC 60754 (IEC 60754 (30754614) و سمیت کم) را به طور کامل شرح می‌دهد. این یک مسیر فنی سیستماتیک برای محصولات کابل سبز با هدف قرار دادن بازار اروپا فراهم می کند.
|
مواد محدود شده |
حداکثر غلظت مجاز (مواد همگن) |
منابع بالقوه و پیوندهای خطر در مواد کابلی |
|
سرب (Pb) |
0.1٪ (1000 ppm) |
تثبیت کننده ها (تثبیت کننده های حرارتی پی وی سی سنتی)، رنگدانه ها (کرومات سرب)، پوشش های لحیم کاری، اجزای آلیاژی و برخی مواد بازیافتی قدیمی. |
|
کادمیوم (Cd) |
0.01٪ (100 ppm) |
رنگدانه ها/رنگ ها (مانند زرد کادمیوم و قرمز کادمیوم)، تثبیت کننده های پی وی سی (سیستم باریم/روی کادمیوم) و ناخالصی های موجود در پوشش های آبکاری شده. |
|
جیوه (جیوه) |
0.1٪ (1000 ppm) |
بسیار نادر، احتمالاً به دلیل آلودگی یا بقایای کاتالیزور خاص. |
|
کروم شش ظرفیتی (Cr VI) |
0.1٪ (1000 ppm) |
لایه محافظ فلزی با غیرفعال سازی کرومات (مانند نوار فولادی زره پوش)، برخی رنگدانه های زرد درمان شده است. |
|
بی فنیل های پلی برومینه (PBB) |
0.1٪ (1000 ppm) |
بازدارنده‌های شعله (از لحاظ تاریخی برای پلیمرها استفاده می‌شد، اکنون تا حد زیادی ممنوع شده است). |
|
دی فنیل اتر پلی برومینه (PBDE) |
0.1٪ (1000 ppm) |
بازدارنده های شعله (دکابرومودی فنیل اتر و غیره به طور گسترده در PE، PP، ABS استفاده شده است، اما RoHS به صراحت آنها را محدود می کند). |
|
چهار نوع فتالات (DEHP، BBP، DBP، DIBP) |
0.1٪ (1000 ppm) |
نرم کننده PVC (خطر اصلی غلاف / عایق کابل PVC انعطاف پذیر). |
برخی از معافیت ها در پیوست III/IV از RoHS 2.0 برای صنعت کابل بسیار مهم هستند، اما توجه به دوره اعتبار و دامنه این معافیت ها مهم است.
· سرب:
· چشم پوشی 7(c)-I: سرب به عنوان ناخالصی در چرخاننده فارادی گارنت خاکی کمیاب برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری استفاده می شود (معتبر تا 21 ژوئیه 2025؟ با توجه به آخرین بازبینی ها).
· سایر معافیت های سرب: سرب در لحیم کاری مذاب با دمای بالا و سرب در قطعات الکترونیکی شیشه/سرامیک، که همبستگی کمی با مواد پایه کابل ها دارند.
· کادمیوم: معافیت از کادمیوم و ترکیبات آن در مواد تماس الکتریکی (قابل استفاده برای پایانه های اتصال دهنده خاص، نه بدنه کابل).
اصل توسعه هسته: طرح فرمولاسیون باید استفاده از هر گونه ماده محدود شده را، خواه در رزین ها، افزودنی ها، مستربچ ها، یا کمک های فرآوری، ممنوع کند، مگر اینکه به طور صریح و لزوماً مستثنی شده باشد.
مطابقت با RoHS 2.0 نیاز پایه است، در حالی که "فاقد هالوژن" معمولاً یک استاندارد با کارایی بالا برای کابل ها در بازار اروپا (به ویژه در ساخت و ساز و حمل و نقل ریلی) است. هر دو باید به طور همزمان به دست آیند.
· سیستم ممنوعیت: برم دارسیستم های بازدارنده شعلهبر اساس PBB و PBDE مستقیماً توسط RoHS ممنوع هستند و قابل استفاده نیستند.
· سیستم مجاز است اما مشروط به ارزیابی:
· بازدارنده های شعله برومه غیر PBDE: مانند پلی استایرن برومه، رزین اپوکسی برومه، اتیلن بیس (تترابروموفتالیمید) و غیره. اگرچه توسط RoHS منع نشده اند، اما ممکن است توسط مقررات دیگر (مانند REACH SVHC) یا استانداردهای محیطی برند نهایی محدود شوند. علاوه بر این، آنها ممکن است در طی احتراق گازهای خورنده تولید کنند که با روند صنعت "بدون هالوژن" مطابقت ندارد.
· بازدارنده های کلردار شعله: مانند پارافین کلردار. توسط RoHS منع نشده است، اما به دلیل الزامات "فاقد هالوژن" با نگرانی های زیست محیطی و محرومیت مواجه است.
· سیستم اصلی بدون هالوژن و سازگار با RoHS:
· هیدروکسیدهای فلزی: هیدروکسید آلومینیوم (ATH)، هیدروکسید منیزیم (MDH). طبیعت خالص، عاری از مواد محدود شده با RoHS، جایگزینی کاملاً ایمن و سبز هستند.
· سیستم انبساط فسفر-نیتروژن: پلی فسفات آمونیوم (APP)، مشتقات ملامین (MCA، MPP، و غیره). باید به ناخالصی های فلزات سنگین (مانند کادمیوم، سرب) در مواد خام توجه شود.
· بر پایه فسفر: فسفات های آلی، هیپوفسفیت ها و غیره. پایداری حرارتی و پایداری هیدرولیتیک آنها باید ارزیابی شود.
· مبتنی بر سیلیکون، مبتنی بر نیتروژن و غیره.
· رزین پایه: پلی الفین ها (PE، PP، EVA، POE)، الاستومرها (TPU، TPE) و سیستم های پیوند متقابل (XLPE، XLPO) ذاتاً عاری از مواد محدود شده با RoHS هستند و انتخاب های ایمن هستند. PVC همچنان قابل استفاده است اما باید با تثبیت کننده های بدون سرب/بدون کادمیوم (تثبیت کننده های کلسیم روی) و نرم کننده های سازگار با محیط زیست غیر فتالات (مانند تری ملیت ها، سیترات ها و نرم کننده های مبتنی بر پلیمر) جفت شود.
· عامل رنگ: باید از رنگدانه های آلی یا رنگدانه های معدنی خاص (مانند رنگدانه های مبتنی بر اکسید آهن که تحت درمان انطباق قرار گرفته اند) بدون سرب، کادمیوم و کرومات استفاده شود.
سایر افزودنی ها: آنتی اکسیدان ها، روان کننده ها، عوامل اتصال متقابل (به عنوان مثال، DCP)، حساس کننده ها و غیره، همگی تامین کنندگان را ملزم به ارائه اعلامیه انطباق RoHS (DoC) و پشتیبانی از گزارش های آزمایشی (مانند داده های ICP-MS) می کنند.
هدف: حصول اطمینان از خواص مکانیکی عالی (استحکام کششی، ازدیاد طول در هنگام شکست، مقاومت در برابر سایش) و خواص الکتریکی (مقاومت دی الکتریک، مقاومت عایق) در حالی که الزامات بازدارندگی در برابر شعله IEC 60332-1 (تک سوختگی عمودی) یا درجات بالاتر (به عنوان مثال، IEC 60332-3 (IEC 60332-3 as 7-106 همراه با IEC) گازهای خورنده کم) و IEC 61034-1/2 (چگالی دود کم).
|
نوع کابل |
سیستم مواد اولیه توصیه شده |
سیستم بازدارنده شعله بدون هالوژن هسته |
فرآیندهای کلیدی و نقاط عملکرد |
|
عایق سیم کشی ساختمان / غلاف |
آلیاژ EVA/PE یا ترکیب EVA/LLDPE/POE |
سیستم ATH پر شدن بالا (60-65%) را می توان با مقدار کمی MDH اصلاح شده سطحی ترکیب کرد تا مقاومت دما را افزایش دهد. مهار دود عالی |
اطمینان از قابلیت پردازش اکستروژن و صافی سطح در شرایط پر شدن بالا. قدرت مذاب را برای جلوگیری از چکیدن کنترل کنید. آزمایش پیری حرارتی طولانی مدت (مانند 90 ℃، 7d) مورد نیاز است. |
|
غلاف کابل داده های ارتباطی |
مبتنی بر PE/EVA یا TPU |
سیستم پیچیده ATH/MDH (کل پر کردن 50-60%). سیستم TPU می تواند بازدارنده شعله مایع نیتروژن فسفر را انتخاب کند. |
تعادل انعطاف پذیری و تاخیر در شعله؛ به مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس محیطی (ESC) توجه کنید. ثبات رنگ بالا مورد نیاز است. |
|
کابل برق (عایق XLPE) |
مواد اتصال متقابل مبتنی بر LDPE |
پایداری حرارتی بالا MDH غالب است (55-65٪). ATH به دلیل دمای تجزیه پایین برای فرآیند اتصال عرضی پراکسید مناسب نیست. |
MDH برای سازگاری با سیستم های اتصال عرضی سیلان نیاز به عملیات سیلان خاصی دارد. اطمینان حاصل کنید که بر درجه اتصال متقابل (گسترش حرارتی) تأثیر نمی گذارد. برای اطمینان از عملکرد الکتریکی، یون های ناخالصی را به شدت کنترل کنید. |
|
کابل های خودرو (ولتاژ پایین) |
پلی اولفین متقاطع یا TPE |
سیستم کامپوزیت MDH یا نیتروژن هیدروکسید فسفر مقاوم در برابر حرارت بالا. مقدار پر کردن نیاز به تعادل انعطاف پذیری و ضد شعله (معمولاً 40-55٪) دارد. |
رعایت استانداردهای خاص در صنعت خودرو (مانند ISO 6722)؛ مقاومت عالی روغن، مقاومت در برابر مایع خنک کننده و مقاومت چرخه حرارتی مورد نیاز است. بارش کم. |
|
کابل انعطاف پذیری بالا |
الاستومر مبتنی بر POE/SEBS |
ATH اصلاح شده بسیار ریز یا بازدارنده شعله نیتروژن فسفر ریزپوشانی شده، با مقدار پر شدن کم (<50%)، می تواند به طور هم افزایی با پرکننده های نانو (مونتموریلونیت اصلاح شده) ترکیب شود. |
هسته برای حفظ ازدیاد طول (> 300٪) و عمر خمشی مکرر است. عملیات سطحی و پراکندگی مواد بازدارنده شعله بسیار مهم است. |
1. عملیات سطحی و پراکندگی: عملیات سطحی با اسید استئاریک، سیلان یا عوامل جفت کننده تیتانات برای ATH/MDH برای بهبود سازگاری با رابط های پلیمری، افزایش خواص مکانیکی و کارایی بازدارنده شعله و در عین حال کاهش جذب رطوبت ضروری است.
2. فناوری مشارکتی مرکب:
·ATH+MDH: دستیابی به هم افزایی جذب گرما در طیف وسیعی از دما.
· سیستم هیدروکسید + سیلیکون (مانند مستربچ سیلیکون): استحکام مذاب را افزایش می دهد، کربن را افزایش می دهد و چکه کردن را بهبود می بخشد.
· سیستم نیتروژن هیدروکسید + فسفر (مانند APP/MCA): ساخت یک لایه مانع انبساط می تواند مقدار کل پر شدن را به طور متوسط کاهش دهد.
3. کنترل دمای پردازش: به خصوص برای سیستم های پرکننده ATH، تنظیم دمای هر بخش از اکسترودر باید کمتر از دمای تجزیه اولیه آن (حدود 200 درجه سانتیگراد) باشد تا از تولید حباب و بخار آب در طول پردازش جلوگیری شود که می تواند باعث تخریب مواد و نقص سطح شود.
توسعه انطباق تنها یک موضوع فنی نیست، بلکه یک مسئله سیستم مدیریتی نیز هست.
1. بررسی صلاحیت تامین کننده: همه تامین کنندگان مواد خام ملزم به ارائه اعلامیه انطباق معتبر RoHS (DoC) و افشای کامل مواد (FMD) برای هر دسته هستند.
2. بازرسی ورودی (IQC):
·بررسی‌های نقطه‌ای منظم باید بر روی مواد پرخطر (مستربچ رنگ، بازدارنده‌های شعله، تثبیت‌کننده‌ها، نرم‌کننده‌ها) انجام شود و روش‌های تشخیص باید به استانداردهای سری IEC 62321 (مانند ICP-OES/MS برای فلزات سنگین و GC-MS برای مواد محدود شده آلی) مراجعه کنند.
· ایجاد فهرست تامین کنندگان واجد شرایط (AVL) برای مواد خام و به روز رسانی آن به صورت پویا.
3. قابلیت ردیابی دسته ای: یک سیستم ردیابی کامل از ذخیره سازی مواد خام، دسته تولید تا محصول نهایی خروجی ایجاد کنید، اطمینان حاصل کنید که هر محصول را می توان به دسته مواد اولیه و گزارش های آزمایش مربوطه ردیابی کرد.
در حال توسعهمواد سیم و کابل بدون هالوژنکه مطابق با استاندارد EU RoHS 2.0 یک پروژه سیستماتیک است که تفسیر نظارتی، علم مواد، مهندسی فرآیند و مدیریت کیفیت را ادغام می کند.
