แนวทางการพัฒนาวัสดุลวดและสายเคเบิลปลอดสารฮาโลเจนที่ตรงตามมาตรฐาน EU RoHS 2.0

2026-06-02 0 ฝากข้อความถึงฉัน

"ข้อจำกัดของสารอันตรายในคำสั่งอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์" ของสหภาพยุโรป (RoHS 2.0, 2011/65/EU และฉบับแก้ไข) กำหนดข้อจำกัดที่ชัดเจนและข้อกำหนดการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับสารอันตรายในวัสดุสายไฟและสายเคเบิล บทความนี้จะวิเคราะห์ขอบเขตทางเทคนิคและข้อยกเว้นสำหรับสารต้องห้าม 10 ชนิดอย่างเป็นระบบ (ตะกั่ว แคดเมียม โครเมียมเฮกซาวาเลนต์ ปรอท โพลีโบรมิเนเต็ด ไบฟีนิล โพลีโบรมิเนเต็ด ไดฟีนิล อีเทอร์ และพทาเลท 4 ชนิด) ภายใต้ RoHS 2.0 สำหรับวัสดุเคเบิล จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ด้านการกำหนดสูตรโพลีเมอร์ มีการอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับโซลูชันการพัฒนากระบวนการทั้งหมดสำหรับวัสดุที่เป็นไปตามข้อกำหนด รวมถึงการออกแบบโมเลกุล การเลือกระบบ การควบคุมกระบวนการหลัก และการตรวจสอบห่วงโซ่อุปทาน โดยมีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพสามประการ ได้แก่ การหน่วงการติดไฟ (IEC 60332) ปราศจากฮาโลเจน (IEC 60754) และความเป็นพิษควันต่ำ (IEC 61034) นี่เป็นแนวทางทางเทคนิคที่เป็นระบบสำหรับผลิตภัณฑ์เคเบิลสีเขียวที่กำหนดเป้าหมายไปที่ตลาดยุโรป

Special Halogen-free Flame Retardant for Polypropylene

Ⅰ. การวิเคราะห์ผลกระทบของข้อกำหนดหลัก RoHS 2.0 ต่อวัสดุเคเบิล

1.1 จุดเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับสายเคเบิลของสารต้องห้าม 10 รายการ

สารจำกัด	ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต (วัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน)	แหล่งที่มาที่เป็นไปได้และการเชื่อมโยงความเสี่ยงในวัสดุเคเบิล
ตะกั่ว (Pb)	0.1% (1,000 ppm)	สารเพิ่มความคงตัว (สารเพิ่มความคงตัวของความร้อนด้วย PVC แบบดั้งเดิม) เม็ดสี (ลีดโครเมต) สารเคลือบบัดกรี ส่วนประกอบโลหะผสม และวัสดุรีไซเคิลเก่าบางชนิด
แคดเมียม (ซีดี)	0.01% (100 ppm)	เม็ดสี/สารแต่งสี (เช่น แคดเมียมสีเหลืองและแคดเมียมเรด), สารเพิ่มความคงตัวของพีวีซี (ระบบแคดเมียมแบเรียม/สังกะสี) และสิ่งสกปรกในการเคลือบด้วยไฟฟ้า
ปรอท (ปรอท)	0.1% (1,000 ppm)	หายากมาก อาจเนื่องมาจากมลภาวะหรือสารเร่งปฏิกิริยาตกค้างจำเพาะ
โครเมียมเฮกซาวาเลนต์ (Cr VI)	0.1% (1,000 ppm)	ชั้นป้องกันโลหะที่เคลือบด้วยโครเมตทู่ (เช่น แถบเหล็กหุ้มเกราะ) เม็ดสีเหลืองบางส่วน
โพลีโบรมิเนต ไบฟีนิล (PBB)	0.1% (1,000 ppm)	สารหน่วงการติดไฟ (ในอดีตใช้สำหรับโพลีเมอร์ ปัจจุบันถูกห้ามใช้ส่วนใหญ่)
โพลีโบรมิเนต ไดฟีนิล อีเทอร์ (PBDE)	0.1% (1,000 ppm)	สารหน่วงการติดไฟ (เดคาโบรโมไดฟีนิล อีเทอร์ ฯลฯ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน PE, PP, ABS แต่ RoHS จำกัดไว้อย่างชัดเจน)
พทาเลทสี่ประเภท (DEHP, BBP, DBP, DIBP)	0.1% (1,000 ppm)	พลาสติไซเซอร์ PVC (ความเสี่ยงหลักของปลอกสายเคเบิล/ฉนวน PVC แบบยืดหยุ่น)

1.2 ข้อยกเว้นที่สำคัญ (เกี่ยวข้องโดยตรงกับสายเคเบิล)

การยกเว้นบางประการในภาคผนวก III/IV ของ RoHS 2.0 มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมเคเบิล แต่สิ่งสำคัญคือต้องทราบระยะเวลาที่มีผลบังคับใช้และขอบเขตของการยกเว้นเหล่านี้

· ตะกั่ว:

· การสละสิทธิ์ 7(c)-I: ตะกั่วที่ใช้เป็นสิ่งเจือปนในโรเตเตอร์ฟาราเดย์โกเมนหายากสำหรับระบบการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก (ใช้ได้จนถึงวันที่ 21 กรกฎาคม 2025 ขึ้นอยู่กับการแก้ไขล่าสุด)

· ข้อยกเว้นตะกั่วอื่นๆ:ตะกั่วในโลหะบัดกรีหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงและตะกั่วในแก้ว/เซรามิกที่เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีความสัมพันธ์ต่ำกับวัสดุฐานของสายเคเบิล

· แคดเมียม:ยกเว้นแคดเมียมและสารประกอบในวัสดุหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า (ใช้ได้กับขั้วต่อคอนเนคเตอร์บางตัว ไม่ใช่ตัวสายไฟ)

หลักการพัฒนาหลัก: เว้นแต่จะได้รับการยกเว้นอย่างชัดเจนและจำเป็น การออกแบบสูตรต้องห้ามการใช้สารต้องห้ามใดๆ ไม่ว่าจะอยู่ในเรซิน สารเติมแต่ง มาสเตอร์แบทช์ หรือสารช่วยในการแปรรูปก็ตาม

Ⅱ. ความท้าทายสองประการและเส้นทางทางเทคนิคของการปฏิบัติตามข้อกำหนดปลอดฮาโลเจนและ RoHS

การปฏิบัติตาม RoHS 2.0 เป็นข้อกำหนดพื้นฐาน ในขณะที่โดยทั่วไป "ปราศจากฮาโลเจน" จะเป็นมาตรฐานประสิทธิภาพสูงสำหรับสายเคเบิลในตลาดยุโรป (โดยเฉพาะในการก่อสร้างและการขนส่งทางรถไฟ) ทั้งสองจะต้องบรรลุพร้อมกัน

2.1 การตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด RoHS ของระบบสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน

· ระบบห้าม: โบรมีนระบบหน่วงไฟตาม PBB และ PBDE ถือเป็นสิ่งต้องห้ามโดยตรงจาก RoHS และไม่สามารถนำมาใช้ได้

· อนุญาตให้ใช้ระบบแต่อาจมีการประเมิน:

· สารหน่วงการติดไฟประเภทโบรมีนที่ไม่ใช่ PBDE: เช่น โบรมีนโพลีสไตรีน, อีพอกซีเรซินแบบโบรมีน, เอทิลีนบิส (เตตราโบรโมฟธาลิไมด์) ฯลฯ แม้ว่าจะไม่ได้ห้ามไว้ใน RoHS แต่อาจถูกจำกัดโดยกฎระเบียบอื่นๆ (เช่น REACH SVHC) หรือมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมของแบรนด์สุดท้าย นอกจากนี้ ยังอาจผลิตก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในระหว่างการเผาไหม้ ซึ่งไม่สอดคล้องกับแนวโน้มอุตสาหกรรมที่ "ปราศจากฮาโลเจน"

· สารหน่วงไฟที่มีคลอรีน: เช่น พาราฟินที่มีคลอรีน ไม่ได้ห้ามโดย RoHS แต่ยังเผชิญกับข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและการยกเว้นเนื่องจากข้อกำหนด "ปลอดฮาโลเจน"

· ระบบปลอดฮาโลเจนทั่วไปและเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS:

·โลหะไฮดรอกไซด์:อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (MDH) บริสุทธิ์จากธรรมชาติ ปราศจากสารจำกัด RoHS จึงเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างแน่นอน

· ระบบการขยายตัวของฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน: แอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต (APP), อนุพันธ์เมลามีน (MCA, MPP ฯลฯ) ต้องให้ความสนใจกับสิ่งเจือปนของโลหะหนัก (เช่น แคดเมียม ตะกั่ว) ในวัตถุดิบ

· มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบหลัก: ฟอสเฟตอินทรีย์ ไฮโปฟอสไฟต์ ฯลฯ จำเป็นต้องประเมินเสถียรภาพทางความร้อนและความคงตัวของไฮโดรไลติก

· มีส่วนประกอบหลักเป็นซิลิคอน มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบหลัก และอื่น ๆ

2.2 การเลือกเรซินพื้นฐานและสารเติมแต่งที่ไม่เป็นอันตราย

· เรซินพื้นฐาน: โพลีโอเลฟินส์ (PE, PP, EVA, POE), อีลาสโตเมอร์ (TPU, TPE) และระบบการเชื่อมโยงข้าม (XLPE, XLPO) ปราศจากสารที่ถูกจำกัด RoHS โดยธรรมชาติและเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัย พีวีซียังคงใช้งานได้ แต่ต้องจับคู่กับสารเพิ่มความคงตัวที่ปราศจากสารตะกั่ว/แคดเมียม (สารเพิ่มความคงตัวของแคลเซียม-สังกะสี) และพลาสติไซเซอร์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ไม่ใช่พทาเลท (เช่น ไตรเมลลิเตต ซิเตรต และพลาสติไซเซอร์ที่ทำจากโพลีเมอร์)

· สารให้สี: ต้องใช้เม็ดสีอินทรีย์หรือเม็ดสีอนินทรีย์เฉพาะ (เช่น เม็ดสีที่มีเหล็กออกไซด์ซึ่งผ่านการบำบัดตามข้อกำหนด) โดยปราศจากสารตะกั่ว แคดเมียม และโครเมต

สารเติมแต่งอื่นๆ: สารต้านอนุมูลอิสระ สารหล่อลื่น สารเชื่อมโยงข้าม (เช่น DCP) สารกระตุ้นอาการแพ้ ฯลฯ ล้วนกำหนดให้ซัพพลายเออร์ต้องจัดทำ RoHS Conformity Declaration (DoC) และสนับสนุนรายงานผลการทดสอบ (เช่น ข้อมูล ICP-MS)

Ⅲ. คู่มือการพัฒนาสำหรับวัสดุสายเคเบิลปลอดสารฮาโลเจนตามมาตรฐาน RoHS 2.0

3.1 การเลือกระบบวัสดุและการออกแบบสูตร

วัตถุประสงค์: รับประกันคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม (ความต้านทานแรงดึง การยืดตัวเมื่อขาด ความต้านทานต่อการเสียดสี) และคุณสมบัติทางไฟฟ้า (ความเป็นฉนวน ความต้านทานฉนวน) ในขณะที่เป็นไปตามข้อกำหนดการหน่วงการติดไฟของ IEC 60332-1 (การเผาไหม้ในแนวตั้งเดี่ยว) หรือเกรดที่สูงกว่า (เช่น IEC 60332-3 การเผาไหม้แบบรวม) รวมถึง IEC 60754-1/2 (ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนต่ำที่ปราศจากฮาโลเจน) และ IEC 61034-1/2 (ความหนาแน่นของควันต่ำ)

ประเภทสายเคเบิล	ระบบวัสดุพื้นฐานที่แนะนำ	ระบบหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน	กระบวนการสำคัญและจุดประสิทธิภาพ
ฉนวน/ปลอกหุ้มสายไฟในอาคาร	โลหะผสม EVA/PE หรือการผสมผสาน EVA/LLDPE/POE	ระบบ ATH เติมสูง (60-65%) สามารถผสมกับ MDH ที่ดัดแปลงพื้นผิวจำนวนเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิ ระงับควันได้ดีเยี่ยม	รับประกันความสามารถในการขึ้นรูปและการอัดขึ้นรูปและความเรียบของพื้นผิวภายใต้สภาวะการบรรจุที่สูง ควบคุมความแข็งแรงของหลอมเหลวเพื่อป้องกันการหยด จำเป็นต้องมีการทดสอบการเสื่อมสภาพจากความร้อนในระยะยาว (เช่น 90 ℃, 7d)
ปลอกสายเคเบิลข้อมูลการสื่อสาร	PE/EVA หรือ TPU	ระบบที่ซับซ้อน ATH/MDH (เติมทั้งหมด 50-60%) ระบบ TPU สามารถเลือกสารหน่วงไฟของเหลวฟอสฟอรัสไนโตรเจน	ปรับสมดุลความยืดหยุ่นและสารหน่วงไฟ ให้ความสนใจกับความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเครียดจากสิ่งแวดล้อม (ESC) จำเป็นต้องมีความเสถียรของสีสูง
สายไฟ (ฉนวน XLPE)	วัสดุเชื่อมโยงข้ามที่ใช้ LDPE	เสถียรภาพทางความร้อนสูง MDH มีความโดดเด่น (55-65%) ATH ไม่เหมาะสำหรับกระบวนการเชื่อมขวางเปอร์ออกไซด์เนื่องจากมีอุณหภูมิการสลายตัวต่ำ	MDH ต้องการการบำบัดด้วยไซเลนแบบพิเศษเพื่อให้เข้ากันได้กับระบบการเชื่อมขวางของไซเลน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีผลกระทบต่อระดับการเชื่อมโยงข้าม (ส่วนขยายความร้อน) ควบคุมไอออนสิ่งเจือปนอย่างเคร่งครัดเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
สายไฟรถยนต์ (แรงดันต่ำ)	โพลีโอเลฟินแบบครอสลิงค์หรือ TPE	ระบบคอมโพสิต MDH ทนความร้อนสูงหรือฟอสฟอรัสไนโตรเจนไฮดรอกไซด์ ปริมาณการบรรจุต้องสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและสารหน่วงไฟ (ปกติคือ 40-55%)	เป็นไปตามมาตรฐานเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์ (เช่น ISO 6722) ต้องมีความทนทานต่อน้ำมัน ทนทานต่อน้ำหล่อเย็น และต้านทานการหมุนเวียนความร้อนได้ดีเยี่ยม ปริมาณน้ำฝนต่ำ
สายมีความยืดหยุ่นสูง	อีลาสโตเมอร์ที่ใช้ POE/SEBS	ATH ดัดแปลงพิเศษหรือสารหน่วงไฟไนโตรเจนฟอสฟอรัสไมโครแคปซูลที่มีปริมาณการเติมต่ำ (<50%) สามารถใช้ร่วมกับสารตัวเติมนาโนได้ (มอนต์มอริลโลไนต์ดัดแปลง)	แกนกลางคือการรักษาการยืดตัวสูง (> 300%) และอายุการดัดงอซ้ำ ๆ การรักษาพื้นผิวและการกระจายตัวของสารหน่วงการติดไฟถือเป็นสิ่งสำคัญ

3.2 จุดควบคุมกระบวนการที่สำคัญ

1. การรักษาพื้นผิวและการกระจายตัว: การบำบัดพื้นผิวด้วยกรดสเตียริก ไซเลน หรือสารเชื่อมต่อไททาเนตเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ ATH/MDH เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้กับส่วนต่อประสานของโพลีเมอร์ เพิ่มคุณสมบัติเชิงกลและประสิทธิภาพในการหน่วงไฟ ในขณะที่ลดการดูดซับความชื้น

2. เทคโนโลยีการทำงานร่วมกันแบบผสมผสาน:

·ATH+MDH: บรรลุการทำงานร่วมกันของการดูดซับความร้อนในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

·ระบบไฮดรอกไซด์+ซิลิกอน (เช่น มาสเตอร์แบทช์ซิลิโคน): เพิ่มความแข็งแรงของหลอมเหลว ส่งเสริมการเกิดคาร์บอน และปรับปรุงการหยด

·ระบบไนโตรเจนไฮดรอกไซด์+ฟอสฟอรัส (เช่น APP/MCA): การสร้างชั้นกั้นการขยายตัวสามารถลดปริมาณการบรรจุทั้งหมดได้ปานกลาง

3. การควบคุมอุณหภูมิในการประมวลผล: โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบเติม ATH การตั้งค่าอุณหภูมิของแต่ละส่วนของเครื่องอัดรีดจะต้องต่ำกว่าอุณหภูมิการสลายตัวเริ่มต้น (ประมาณ 200 ℃) เพื่อป้องกันการเกิดฟองและไอน้ำในระหว่างการประมวลผล ซึ่งอาจทำให้วัสดุเสื่อมสภาพและข้อบกพร่องที่พื้นผิวได้

Ⅳ. การจัดการห่วงโซ่อุปทานและการตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดของวัตถุดิบ

การพัฒนาการปฏิบัติตามกฎระเบียบไม่เพียงแต่เป็นปัญหาทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัญหาระบบการจัดการด้วย

1. การตรวจสอบคุณสมบัติของซัพพลายเออร์: ซัพพลายเออร์วัตถุดิบทั้งหมดจะต้องจัดทำ RoHS Declaration of Conformity (DoC) และการเปิดเผยข้อมูลวัสดุทั้งหมด (FMD) ที่ถูกต้องสำหรับแต่ละชุด

2. การตรวจสอบขาเข้า (IQC):

·การตรวจสอบเฉพาะจุดเป็นประจำควรดำเนินการกับวัสดุที่มีความเสี่ยงสูง (มาสเตอร์แบทช์สี สารหน่วงไฟ สารเพิ่มความคงตัว สารพลาสติก) และวิธีการตรวจจับควรอ้างอิงถึงมาตรฐานซีรีส์ IEC 62321 (เช่น ICP-OES/MS สำหรับโลหะหนักและ GC-MS สำหรับสารจำกัดอินทรีย์)

·สร้างรายชื่อซัพพลายเออร์ที่ผ่านการรับรอง (AVL) สำหรับวัตถุดิบและอัปเดตแบบไดนามิก

3. การตรวจสอบย้อนกลับตามแบทช์: สร้างระบบการตรวจสอบย้อนกลับที่สมบูรณ์ตั้งแต่การจัดเก็บวัตถุดิบ ชุดการผลิตไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปขาออก เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ใดๆ สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังชุดวัสดุดั้งเดิมและรายงานการทดสอบที่เกี่ยวข้อง

บทสรุป: การสร้างระบบการปฏิบัติตามกฎระเบียบสีเขียวที่มุ่งเน้นอนาคต

กำลังพัฒนาวัสดุลวดและสายเคเบิลปลอดฮาโลเจนที่เป็นไปตามมาตรฐาน EU RoHS 2.0 เป็นโครงการที่เป็นระบบที่บูรณาการการตีความด้านกฎระเบียบ วัสดุศาสตร์ วิศวกรรมกระบวนการ และการจัดการคุณภาพ