유럽 연합의 "전기 및 전자 장비의 유해 물질 제한 지침"(RoHS 2.0, 2011/65/EU 및 그 수정안)은 전선 및 케이블 재료의 유해 물질에 대한 명확한 제한 및 준수 요구 사항을 설정합니다. 이 기사에서는 케이블 소재에 대한 RoHS 2.0에 따른 10가지 제한 물질(납, 카드뮴, 6가 크롬, 수은, 폴리브롬화비페닐, 폴리브롬화디페닐에테르, 4가지 프탈레이트)에 대한 기술 경계 및 면제 조항을 체계적으로 분석합니다. 폴리머 제제 과학의 관점에서 난연성(IEC 60332), 무할로겐(IEC 60754), 저연 독성(IEC 61034)이라는 3가지 성능 목표를 달성하는 것을 목표로 하는 분자 설계, 시스템 선택, 주요 프로세스 제어, 공급망 검증을 포함하여 규정 준수 재료에 대한 전체 프로세스 개발 솔루션을 철저하게 설명합니다. 이는 유럽 시장을 겨냥한 친환경 케이블 제품에 대한 체계적인 기술 경로를 제공합니다.
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제한 물질 |
최대 허용 농도(균질 물질) |
케이블 재료의 잠재적 원인 및 위험 연결 |
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납(Pb) |
0.1%(1000ppm) |
안정제(전통적인 PVC 열 안정제), 안료(크롬산 납), 납땜 코팅, 합금 구성 요소 및 일부 오래된 재활용 재료. |
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카드뮴(Cd) |
0.01%(100ppm) |
안료/착색제(예: 카드뮴 황색 및 카드뮴 적색), PVC 안정제(카드뮴 바륨/아연 시스템) 및 전기도금 코팅의 불순물. |
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수은(Hg) |
0.1%(1000ppm) |
오염이나 특정 촉매 잔류물로 인해 매우 드물게 발생합니다. |
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6가 크롬(Cr VI) |
0.1%(1000ppm) |
크롬산염 부동태화 처리된 금속 차폐층(장갑 강철 스트립 등), 일부 노란색 안료. |
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폴리브롬화비페닐(PBB) |
0.1%(1000ppm) |
난연제(역사적으로 폴리머에 사용되었으나 현재는 대부분 금지됨). |
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폴리브롬화디페닐에테르(PBDE) |
0.1%(1000ppm) |
난연제(데카브로모디페닐 에테르 등은 PE, PP, ABS에 널리 사용되지만 RoHS에서는 이를 명시적으로 제한합니다.) |
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프탈레이트 4종(DEHP, BBP, DBP, DIBP) |
0.1%(1000ppm) |
PVC 가소제(유연한 PVC 케이블 외피/절연의 주요 위험). |
RoHS 2.0의 Annex III/IV에 있는 특정 면제는 케이블 산업에 매우 중요하지만 이러한 면제의 유효 기간과 범위를 기록하는 것이 중요합니다.
· 선두:
· 면제 7(c)-I: 광섬유 통신 시스템용 희토류 가넷 패러데이 회전자에서 불순물로 사용되는 납(2025년 7월 21일까지 유효합니까? 최신 개정에 따름).
· 기타 납 면제: 고온 용융 납땜의 납 및 전자 부품 유리/세라믹의 납은 케이블 기본 재료와 낮은 상관관계를 갖습니다.
· 카드뮴: 전기 접점 재료에 카드뮴 및 그 화합물이 면제됩니다(케이블 본체가 아닌 특정 커넥터 단자에 적용 가능).
핵심 개발 원칙: 명시적이고 반드시 면제되지 않는 한, 제제 설계에서는 수지, 첨가제, 마스터배치 또는 가공 보조제에 존재하는 모든 제한 물질의 사용을 금지해야 합니다.
RoHS 2.0 준수는 기본 요구 사항인 반면, "할로겐 프리"는 일반적으로 유럽 시장(특히 건설 및 철도 운송 분야) 케이블에 대한 고성능 표준입니다. 두 가지를 동시에 달성해야 합니다.
· 금지 시스템: 브롬화난연 시스템PBB 및 PBDE 기반은 RoHS에 의해 직접적으로 금지되므로 사용할 수 없습니다.
· 시스템이 허용되었으나 평가 대상임:
· 비PBDE 브롬계 난연제: 브롬화 폴리스티렌, 브롬화 에폭시 수지, 에틸렌 비스(테트라브로모프탈이미드) 등. RoHS에서 금지하지는 않지만 다른 규정(예: REACH SVHC) 또는 최종 브랜드 환경 표준에 의해 제한될 수 있습니다. 또한 연소 중에 부식성 가스를 생성할 수 있는데, 이는 "할로겐 프리"라는 업계 추세에 부합하지 않습니다.
· 염소화 난연제: 염소화 파라핀 등. RoHS에 의해 금지되지는 않지만 "할로겐 프리" 요구 사항으로 인해 환경 문제와 배제에 직면해 있습니다.
· 주류 무할로겐 및 RoHS 준수 시스템:
· 금속 수산화물: 수산화알루미늄(ATH), 수산화마그네슘(MDH). RoHS 제한 물질이 없는 순수 자연 환경을 갖춘 절대적으로 안전하고 친환경적인 대안입니다.
· 인-질소 팽창 시스템: 폴리인산암모늄(APP), 멜라민 유도체(MCA, MPP 등). 원료 중 중금속 불순물(카드뮴, 납 등)에 주의해야 합니다.
· 인 기반: 유기 인산염, 차아인산염 등 열 안정성과 가수분해 안정성을 평가해야 합니다.
· 실리콘계, 질소계 등.
· 기본 수지: 폴리올레핀(PE, PP, EVA, POE), 엘라스토머(TPU, TPE) 및 가교 시스템(XLPE, XLPO)은 본질적으로 RoHS 제한 물질이 없으며 안전한 선택입니다. PVC는 계속 사용할 수 있지만 무연/카드뮴 안정제(칼슘-아연 안정제) 및 비프탈레이트 환경 친화적인 가소제(예: 트리멜리테이트, 구연산염 및 폴리머 기반 가소제)와 함께 사용해야 합니다.
· 착색제 : 납, 카드뮴, 크롬산염이 포함되지 않은 유기안료 또는 특정무기안료(컴플라이언스 처리된 산화철계 색소 등)를 사용하여야 한다.
기타 첨가제: 항산화제, 윤활제, 가교제(예: DCP), 증감제 등은 모두 공급업체가 RoHS 적합성 선언(DoC) 및 지원 테스트 보고서(예: ICP-MS 데이터)를 제공하도록 요구합니다.
목표: IEC 60332-1(단일 수직 연소) 이상 등급(예: IEC 60332-3 묶음 연소)은 물론 IEC 60754-1/2(할로겐이 없는 저부식성 가스) 및 IEC의 난연성 요구 사항을 충족하면서 탁월한 기계적 특성(인장 강도, 파단 연신율, 내마모성) 및 전기적 특성(유전체 강도, 절연 저항)을 보장합니다. 61034-1/2(낮은 연기 밀도).
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케이블 유형 |
권장 기본 재료 시스템 |
핵심 할로겐 프리 난연 시스템 |
핵심 프로세스 및 성과 포인트 |
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건물 배선 절연/피복 |
EVA/PE 합금 또는 EVA/LLDPE/POE 혼합 |
고충진 ATH 시스템(60-65%)은 온도 저항성을 향상시키기 위해 소량의 표면 개질된 MDH와 혼합될 수 있습니다. 탁월한 연기 억제. |
높은 충진 조건에서 압출 가공성과 표면 평활도를 보장합니다. 떨어지는 것을 방지하기 위해 용융 강도를 제어하십시오. 장기간의 열 노화(예: 90℃, 7d) 테스트가 필요합니다. |
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통신 데이터 케이블 피복 |
PE/EVA 또는 TPU 기반 |
ATH/MDH 복합 시스템(총 충전량 50-60%). TPU 시스템은 인질소 액체 난연제를 선택할 수 있습니다. |
유연성과 난연성의 균형; 내마모성과 환경 응력 균열 저항성(ESC)에 주의하십시오. 높은 색상 안정성이 요구됩니다. |
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전원 케이블(XLPE 절연체) |
LDPE 기반 가교 소재 |
높은 열 안정성 MDH가 우세합니다(55-65%). ATH는 분해 온도가 낮기 때문에 과산화물 가교 공정에 적합하지 않습니다. |
MDH는 실란 가교 시스템과 호환되기 위해 특수 실란 처리가 필요합니다. 가교 정도(열 확장)에 영향을 미치지 않는지 확인하십시오. 전기적 성능을 보장하기 위해 불순물 이온을 엄격하게 제어합니다. |
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자동차용 케이블(저전압) |
가교 폴리올레핀 또는 TPE |
고내열성 MDH 또는 인산화질소 복합 시스템. 충전량은 유연성과 난연성(보통 40-55%)의 균형을 맞춰야 합니다. |
자동차 산업의 특정 표준(예: ISO 6722)을 충족합니다. 우수한 내유성, 냉각수 저항성 및 열 순환 저항성이 요구됩니다. 강수량이 적습니다. |
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유연성이 뛰어난 케이블 |
POE/SEBS 기반 엘라스토머 |
초미세 변성 ATH 또는 마이크로캡슐화된 인질소 난연제는 충진량이 적고(<50%) 나노 필러(변형 몬모릴로나이트)와 시너지 효과를 발휘할 수 있습니다. |
핵심은 높은 신율(>300%)과 반복 굽힘 수명을 유지하는 것입니다. 난연제의 표면처리와 분산이 중요합니다. |
1. 표면 처리 및 분산: ATH/MDH가 폴리머 계면과의 상용성을 향상시키고 기계적 특성 및 난연성 효율성을 높이면서 수분 흡수를 줄이려면 스테아르산, 실란 또는 티타네이트 커플링제를 사용한 표면 처리가 필요합니다.
2. 복합 협업 기술:
·ATH+MDH: 넓은 온도 범위에서 열 흡수 시너지 효과를 얻습니다.
·수산화물+실리콘 시스템(예: 실리콘 마스터배치): 용융 강도를 높이고 탄화를 촉진하며 적하를 개선합니다.
·수산화물+인질소 시스템(예: APP/MCA): 팽창 차단층을 구성하면 총 충진량을 적당히 줄일 수 있습니다.
3. 가공 온도 조절 : 특히 ATH 충진 시스템의 경우 압출기 각 구간의 온도 설정을 초기 분해 온도(약 200℃)보다 낮게 설정하여 가공 중 기포 및 수증기 발생을 방지해야 하며, 이로 인해 재료 열화 및 표면 결함이 발생할 수 있습니다.
규정 준수 개발은 기술적인 문제일 뿐만 아니라 관리 시스템의 문제이기도 합니다.
1. 공급업체 자격 검토: 모든 원자재 공급업체는 각 배치에 대해 유효한 RoHS 적합성 선언(DoC) 및 전체 재료 공개(FMD)를 제공해야 합니다.
2. 수입 검사(IQC):
·고위험 물질(색소 마스터배치, 난연제, 안정제, 가소제)에 대해서는 정기적인 불시점검을 실시해야 하며, 검출방법은 IEC 62321 시리즈 표준(중금속은 ICP-OES/MS, 유기제한물질은 GC-MS 등)을 참조해야 한다.
·원자재에 대한 적격 공급업체 목록(AVL)을 구축하고 이를 동적으로 업데이트합니다.
3. 배치 추적성: 원자재 보관, 생산 배치부터 완제품 출고까지 완벽한 추적 시스템을 구축하여 모든 제품을 원래 자재 배치 및 관련 테스트 보고서로 추적할 수 있도록 보장합니다.
개발 중할로겐 프리 전선 및 케이블 재료EU RoHS 2.0 표준을 충족하는 프로젝트는 규제 해석, 재료 과학, 프로세스 엔지니어링, 품질 관리를 통합하는 체계적인 프로젝트입니다.
