"Chỉ thị về hạn chế các chất độc hại trong thiết bị điện và điện tử" của Liên minh Châu Âu (RoHS 2.0, 2011/65/EU và các bản sửa đổi) đặt ra các hạn chế rõ ràng và yêu cầu tuân thủ đối với các chất độc hại trong vật liệu dây và cáp. Bài viết này phân tích một cách có hệ thống các ranh giới kỹ thuật và các điều khoản miễn trừ đối với mười chất bị hạn chế (chì, cadmium, crom hóa trị sáu, thủy ngân, biphenyl polybrominated, ete diphenyl polybrominated và bốn phthalate) theo RoHS 2.0 đối với vật liệu cáp. Từ góc độ khoa học về công thức polyme, nó trình bày kỹ lưỡng các giải pháp phát triển toàn bộ quy trình cho các vật liệu tuân thủ, bao gồm thiết kế phân tử, lựa chọn hệ thống, kiểm soát quy trình chính và xác minh chuỗi cung ứng, nhằm đáp ứng ba mục tiêu hiệu suất là khả năng chống cháy (IEC 60332), không chứa halogen (IEC 60754) và ít độc tính khói (IEC 61034). Điều này cung cấp lộ trình kỹ thuật có hệ thống cho các sản phẩm cáp xanh nhắm vào thị trường châu Âu.
|
Các chất bị hạn chế |
Nồng độ tối đa cho phép (vật liệu đồng nhất) |
Các nguồn tiềm ẩn và mối liên hệ rủi ro trong vật liệu cáp |
|
Chì(Pb) |
0,1% (1000 trang/phút) |
Chất ổn định (chất ổn định nhiệt PVC truyền thống), chất màu (chì cromat), lớp phủ hàn, các thành phần hợp kim và một số vật liệu tái chế cũ. |
|
Cadimi(Cd) |
0,01% (100 trang/phút) |
Các chất màu/chất tạo màu (như màu vàng cadmium và đỏ cadmium), chất ổn định PVC (hệ thống cadmium bari/kẽm) và các tạp chất trong lớp phủ mạ điện. |
|
Thủy ngân(Hg) |
0,1% (1000 trang/phút) |
Rất hiếm, có thể do ô nhiễm hoặc dư lượng chất xúc tác đặc hiệu. |
|
Crom hóa trị sáu (Cr VI) |
0,1% (1000 trang/phút) |
Lớp che chắn kim loại được xử lý bằng thụ động cromat (chẳng hạn như dải thép bọc thép), một số sắc tố màu vàng. |
|
Biphenyl đa brom hóa (PBB) |
0,1% (1000 trang/phút) |
Chất chống cháy (trước đây được sử dụng cho polyme, hiện nay phần lớn bị cấm). |
|
Ete diphenyl polybrom hóa (PBDE) |
0,1% (1000 trang/phút) |
Chất chống cháy (decabromodiphenyl ether, v.v. đã được sử dụng rộng rãi trong PE, PP, ABS, nhưng RoHS hạn chế rõ ràng chúng). |
|
Bốn loại phthalate（DEHP, BBP, DBP, DIBP） |
0,1% (1000 trang/phút) |
Chất làm dẻo PVC (nguy cơ chính của vỏ bọc/cách điện cáp PVC dẻo). |
Một số miễn trừ nhất định trong Phụ lục III/IV của RoHS 2.0 rất quan trọng đối với ngành cáp, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là thời hạn hiệu lực và phạm vi của các miễn trừ này
· Chỉ huy:
· Miễn trừ 7(c)-I: Chì được sử dụng làm tạp chất trong máy quay Faraday garnet đất hiếm cho hệ thống thông tin sợi quang (có hiệu lực đến ngày 21 tháng 7 năm 2025? Tùy thuộc vào các sửa đổi mới nhất).
· Miễn trừ chì khác: Chì trong chất hàn nóng chảy ở nhiệt độ cao và chì trong thủy tinh/gốm linh kiện điện tử, có mối tương quan thấp với vật liệu nền của cáp.
· Cadmium: Miễn cadmium và các hợp chất của nó trong vật liệu tiếp xúc điện (áp dụng cho một số đầu nối nhất định, không áp dụng cho thân cáp).
Nguyên tắc phát triển cốt lõi: Trừ khi được miễn trừ một cách rõ ràng và nhất thiết, thiết kế công thức phải cấm sử dụng bất kỳ chất bị hạn chế nào, cho dù chúng tồn tại trong nhựa, chất phụ gia, hạt nhựa hoặc chất hỗ trợ xử lý.
Tuân thủ RoHS 2.0 là yêu cầu cơ bản, trong khi "không chứa halogen" thường là tiêu chuẩn hiệu suất cao cho cáp ở thị trường Châu Âu (đặc biệt là trong xây dựng và vận chuyển đường sắt). Cả hai phải đạt được đồng thời.
· Hệ thống cấm: Brominatedhệ thống chống cháydựa trên PBB và PBDE bị cấm trực tiếp bởi RoHS và không thể sử dụng.
· Hệ thống được phép nhưng phải đánh giá:
· Chất chống cháy brôm không chứa PBDE: chẳng hạn như polystyrene brôm, nhựa epoxy brôm, ethylene bis(tetrabromophthalimide), v.v. Mặc dù không bị cấm bởi RoHS nhưng chúng có thể bị hạn chế bởi các quy định khác (ví dụ: REACH SVHC) hoặc các tiêu chuẩn môi trường của thương hiệu cuối. Ngoài ra, chúng có thể tạo ra khí ăn mòn trong quá trình đốt cháy, điều này không phù hợp với xu hướng "không chứa halogen" của ngành.
· Chất chống cháy clo hóa: như parafin clo hóa. Không bị RoHS cấm, nhưng cũng phải đối mặt với những lo ngại và loại trừ về môi trường do yêu cầu "không chứa halogen".
· Hệ thống phổ thông không chứa halogen và tuân thủ RoHS:
· Hydroxit kim loại: Hydroxit nhôm (ATH), magie hydroxit (MDH). Có bản chất tinh khiết, không chứa các chất bị hạn chế RoHS, chúng là một sự thay thế xanh và an toàn tuyệt đối.
· Hệ thống giãn nở phốt pho-nitơ: ammonium polyphosphate (APP), dẫn xuất melamine (MCA, MPP, v.v.). Phải chú ý đến tạp chất kim loại nặng (như cadmium, chì) trong nguyên liệu thô.
· Gốc phốt pho: photphat hữu cơ, hypophotphit, v.v.. Cần đánh giá độ ổn định nhiệt và độ ổn định thủy phân của chúng.
· Dựa trên silicon, dựa trên nitơ và các loại khác.
· Nhựa nền: Polyolefin (PE, PP, EVA, POE), chất đàn hồi (TPU, TPE) và hệ thống liên kết ngang (XLPE, XLPO) vốn không chứa các chất bị hạn chế RoHS và là lựa chọn an toàn. PVC vẫn có thể sử dụng được nhưng phải kết hợp với chất ổn định không chứa chì/không chứa cadmium (chất ổn định canxi-kẽm) và chất làm dẻo thân thiện với môi trường không chứa phthalate (chẳng hạn như Trimellit, citrate và chất làm dẻo gốc polymer).
· Chất tạo màu: Phải sử dụng bột màu hữu cơ hoặc bột màu vô cơ cụ thể (chẳng hạn như bột màu gốc oxit sắt đã qua xử lý tuân thủ) không chứa chì, cadmium và cromat.
Các chất phụ gia khác: Chất chống oxy hóa, chất bôi trơn, chất liên kết ngang (ví dụ: DCP), chất nhạy cảm, v.v., tất cả đều yêu cầu nhà cung cấp cung cấp Tuyên bố tuân thủ RoHS (DoC) và các báo cáo thử nghiệm hỗ trợ (ví dụ: dữ liệu ICP-MS).
Mục tiêu: Đảm bảo các đặc tính cơ học tuyệt vời (độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt, khả năng chống mài mòn) và các đặc tính điện (độ bền điện môi, khả năng cách điện) đồng thời đáp ứng các yêu cầu về khả năng chống cháy của IEC 60332-1 (đốt thẳng đứng đơn) hoặc cấp cao hơn (ví dụ: đốt bó IEC 60332-3), cũng như IEC 60754-1/2 (khí ăn mòn thấp không chứa halogen) và IEC 61034-1/2 (mật độ khói thấp).
|
Loại cáp |
Hệ thống vật liệu cơ bản được đề xuất |
Hệ thống chống cháy không chứa halogen lõi |
Các quy trình chính và điểm hiệu suất |
|
Xây dựng cách điện/vỏ bọc |
Hợp kim EVA/PE hoặc hỗn hợp EVA/LLDPE/POE |
Hệ thống ATH lấp đầy cao (60-65%) có thể được kết hợp với một lượng nhỏ MDH biến tính bề mặt để tăng cường khả năng chịu nhiệt độ. Ngăn khói tuyệt vời. |
Đảm bảo khả năng xử lý đùn và độ mịn bề mặt trong điều kiện làm đầy cao; Kiểm soát cường độ nóng chảy để tránh nhỏ giọt; Cần phải thử nghiệm lão hóa nhiệt dài hạn (chẳng hạn như 90oC, 7d). |
|
Vỏ cáp dữ liệu truyền thông |
Dựa trên PE/EVA hoặc TPU |
Hệ thống phức hợp ATH/MDH (tổng lấp đầy 50-60%). Hệ thống TPU có thể chọn chất chống cháy chất lỏng nitơ phốt pho. |
Cân bằng tính linh hoạt và khả năng chống cháy; Chú ý đến khả năng chống mài mòn và khả năng chống nứt do ứng suất môi trường (ESC); Cần có độ ổn định màu cao. |
|
Cáp nguồn (cách điện XLPE) |
Vật liệu liên kết ngang dựa trên LDPE |
Độ ổn định nhiệt cao MDH chiếm ưu thế (55-65%). ATH không thích hợp cho quá trình liên kết ngang peroxide do nhiệt độ phân hủy thấp. |
MDH yêu cầu xử lý silane đặc biệt để tương thích với các hệ thống liên kết ngang silane; Đảm bảo rằng nó không ảnh hưởng đến mức độ liên kết ngang (mở rộng nhiệt); Kiểm soát chặt chẽ các ion tạp chất để đảm bảo hiệu suất điện. |
|
Cáp ô tô (điện áp thấp) |
Polyolefin liên kết chéo hoặc TPE |
Hệ thống hỗn hợp MDH hoặc phốt pho nitơ hydroxit chịu nhiệt cao. Lượng đổ đầy cần cân bằng độ linh hoạt và khả năng chống cháy (thường là 40-55%). |
Đáp ứng các tiêu chuẩn cụ thể trong ngành ô tô (như ISO 6722); Cần có khả năng chịu dầu, chịu nước làm mát và chịu chu trình nhiệt tuyệt vời; Lượng mưa thấp. |
|
Cáp có tính linh hoạt cao |
Chất đàn hồi dựa trên POE/SEBS |
ATH biến tính siêu mịn hoặc chất chống cháy nitơ phốt pho vi nang, với lượng lấp đầy thấp (<50%), có thể được kết hợp hiệp lực với chất độn nano (montmorillonite biến tính). |
Cốt lõi là duy trì độ giãn dài cao (>300%) và tuổi thọ uốn lặp đi lặp lại; Việc xử lý bề mặt và phân tán chất chống cháy là rất quan trọng. |
1. Xử lý và phân tán bề mặt: Việc xử lý bề mặt bằng các chất liên kết axit stearic, silane hoặc titanate là cần thiết để ATH/MDH cải thiện khả năng tương thích với các giao diện polymer, tăng cường tính chất cơ học và hiệu quả chống cháy, đồng thời giảm sự hấp thụ độ ẩm.
2. Công nghệ cộng tác phức hợp:
·ATH+MDH: Đạt được sức mạnh tổng hợp hấp thụ nhiệt trên phạm vi nhiệt độ rộng.
·Hệ thống Hydroxit+silicon (như silicone masterbatch): tăng cường độ nóng chảy, thúc đẩy quá trình cacbon hóa và cải thiện tình trạng nhỏ giọt.
·Hệ thống nitơ hydroxit+phốt pho (chẳng hạn như APP/MCA): Việc xây dựng lớp rào cản giãn nở có thể làm giảm tổng lượng lấp đầy ở mức độ vừa phải.
3. Kiểm soát nhiệt độ xử lý: Đặc biệt đối với hệ thống rót ATH, cài đặt nhiệt độ của từng bộ phận của máy đùn phải thấp hơn nhiệt độ phân hủy ban đầu (khoảng 200oC) để ngăn chặn việc tạo ra bong bóng và hơi nước trong quá trình xử lý, có thể gây ra sự xuống cấp vật liệu và khuyết tật bề mặt.
Phát triển tuân thủ không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn là vấn đề hệ thống quản lý.
1. Đánh giá năng lực của nhà cung cấp: Tất cả các nhà cung cấp nguyên liệu thô đều phải cung cấp Tuyên bố về sự phù hợp RoHS (DoC) và Công bố đầy đủ nguyên liệu (FMD) hợp lệ cho mỗi lô.
2. Kiểm tra đầu vào (IQC):
·Nên tiến hành kiểm tra đột xuất thường xuyên đối với các vật liệu có nguy cơ cao (masterbatch màu, chất chống cháy, chất ổn định, chất hóa dẻo) và các phương pháp phát hiện phải tham khảo tiêu chuẩn dòng IEC 62321 (chẳng hạn như ICP-OES/MS đối với kim loại nặng và GC-MS đối với các chất hữu cơ bị hạn chế).
·Thiết lập Danh sách nhà cung cấp đủ tiêu chuẩn (AVL) cho nguyên liệu thô và cập nhật danh sách đó một cách linh hoạt.
3. Truy xuất nguồn gốc theo lô: Thiết lập một hệ thống truy xuất nguồn gốc hoàn chỉnh từ lưu trữ nguyên liệu thô, lô sản xuất đến thành phẩm xuất đi, đảm bảo rằng mọi sản phẩm đều có thể được truy nguyên về lô nguyên liệu ban đầu và các báo cáo thử nghiệm liên quan.
Đang phát triểnvật liệu dây và cáp không chứa halogenđáp ứng tiêu chuẩn RoHS 2.0 của EU là một dự án có hệ thống tích hợp giải thích quy định, khoa học vật liệu, kỹ thuật quy trình và quản lý chất lượng.
