1. Introducere
EVA este abrevierea pentru copolimerul etilenă-acetat de vinil, un polimer poliolefinic. Datorită temperaturii sale scăzute de topire, fluidității bune, polarității și elementelor non-halogene, poate fi compatibil cu o varietate de polimeri și pulberi minerale, are o serie de proprietăți mecanice și fizice, proprietăți electrice și performanțe de procesare echilibrate, iar prețul nu este ridicat și oferta de pe piață este suficientă, astfel încât poate fi utilizat atât ca material de izolație pentru cabluri, cât și ca material de umplutură, material de înveliș; poate fi transformat în material termoplastic și poate fi transformat în material reticulat termorezistent.
EVA are o gamă largă de utilizări, împreună cu ignifugarea, poate fi transformată în bariere de combustibil fără halogeni sau halogeni cu emisii reduse de fum; alegerea unui EVA cu conținut ridicat de VA ca material de bază poate fi, de asemenea, transformată în materiale rezistente la ulei; alegerea unui EVA cu indice de topire moderat, adăugarea de 2 până la 3 ori mai multă umplutură pentru ignifugarea EVA poate fi echilibrată pentru performanța procesului de extrudare și prețul, oferind o barieră (umplutură) de oxigen mai echilibrată.
În această lucrare, pornind de la proprietățile structurale ale EVA, introducerea aplicațiilor sale în industria cablurilor și perspectivele de dezvoltare.
2. Proprietăți structurale
În procesul de sinteză, modificarea raportului gradului de polimerizare n/m poate produce un conținut de VA de la 5 la 90% EVA; creșterea gradului total de polimerizare poate produce o greutate moleculară de la zeci de mii la sute de mii de EVA; un conținut de VA sub 40%, datorită prezenței cristalizării parțiale, elasticității slabe, este cunoscut în mod obișnuit sub denumirea de plastic EVA; când conținutul de VA este mai mare de 40%, un elastomer asemănător cauciucului, fără cristalizare, este cunoscut în mod obișnuit sub denumirea de cauciuc EVM.
1. 2 Proprietăți
Lanțul molecular al EVA are o structură liniară saturată, deci are o bună rezistență la îmbătrânire termică, intemperii și ozon.
Lanțul principal al moleculei de EVA nu conține legături duble, inel benzenic, grupări acil, amină și alte grupări ușor fumigene la ardere, lanțurile laterale nu conțin nici grupări metil, fenil, ciano și alte grupări ușor fumigene la ardere. În plus, molecula în sine nu conține elemente halogenate, deci este deosebit de potrivită ca bază de combustibil rezistiv fără halogeni, cu emisii reduse de fum.
Dimensiunea mare a grupării acetat de vinil (VA) din catena laterală a EVA și polaritatea sa medie înseamnă că aceasta inhibă tendința coloanei vertebrale de vinil de a cristaliza și se cuplează bine cu materialele de umplutură minerale, ceea ce creează condițiile pentru combustibili de barieră de înaltă performanță. Acest lucru este valabil în special pentru rezistențele fără halogeni și cu emisii reduse de fum, deoarece trebuie adăugați ignifugi cu un conținut volumetric mai mare de 50% [de exemplu, Al(OH)3, Mg(OH)2 etc.] pentru a îndeplini cerințele standardelor pentru cabluri privind ignifugarea. EVA cu un conținut de VA mediu spre ridicat este utilizat ca bază pentru a produce combustibili ignifugi fără halogeni și cu emisii reduse de fum, cu proprietăți excelente.
Deoarece gruparea acetat de vinil (VA) a lanțului lateral EVA este polară, cu cât conținutul de VA este mai mare, cu atât polimerul este mai polar și cu atât rezistența la ulei este mai bună. Rezistența la ulei necesară în industria cablurilor se referă în principal la capacitatea de a rezista la uleiuri minerale nepolare sau slab polare. Conform principiului compatibilității similare, EVA cu conținut ridicat de VA este utilizat ca material de bază pentru a produce o barieră de combustibil fără fum și halogeni, cu o bună rezistență la ulei.
Moleculele de EVA în atomul de alfa-olefină H au o performanță mai activă, iar radicalii peroxidici sau efectul de radiație electronică de înaltă energie pot prelua ușor H prin reacția de reticulare, devenind plastic sau cauciuc reticulat, putând fi fabricate cu cerințe de performanță ridicate pentru materiale speciale de sârmă și cablu.
Adăugarea grupării acetat de vinil face ca temperatura de topire a EVA să scadă semnificativ, iar numărul de lanțuri laterale scurte VA poate crește curgerea EVA. Prin urmare, performanța sa de extrudare este mult mai bună decât structura moleculară a polietilenei similare, devenind materialul de bază preferat pentru materialele de ecranare semiconductoare și barierele de combustibil cu halogen și fără halogen.
2 Avantajele produsului
2. 1 Performanță extrem de ridicată din punct de vedere al costurilor
Proprietățile fizice și mecanice ale EVA, rezistența la căldură, rezistența la intemperii, rezistența la ozon și proprietățile electrice sunt foarte bune. Selectați gradul corespunzător pentru a asigura rezistența la căldură, ignifugarea, dar și rezistența la ulei și solvenți, în special în materiale speciale pentru cabluri.
Materialul termoplastic EVA este utilizat în mare parte cu un conținut de VA de 15% până la 46%, cu un indice de topire de 0,5 până la 4 grade. EVA are mulți producători, multe mărci, o gamă largă de opțiuni, prețuri moderate, aprovizionare adecvată, utilizatorii trebuie doar să deschidă secțiunea EVA a site-ului web, marca, performanța, prețul, locația de livrare dintr-o privire, pot alege, foarte convenabil.
EVA este un polimer poliolefinic, având în vedere moliciunea și performanța sa în utilizare, materialul din polietilenă (PE) este similar cu cel din clorura de polivinil (PVC) moale pentru cabluri. Însă, cercetări suplimentare vor demonstra că EVA și cele două tipuri de materiale menționate anterior au o superioritate indispensabilă.
2. 2 performanțe excelente de procesare
În aplicațiile de cabluri, EVA este un material de ecranare pentru cabluri de medie și înaltă tensiune, atât în interior, cât și în exterior, extins ulterior la bariere de combustibil fără halogeni. Din punct de vedere al procesării, aceste două tipuri de materiale sunt considerate „materiale cu grad ridicat de umplere”: materialul de ecranare necesită adăugarea unei cantități mari de negru de fum conductiv, ceea ce duce la creșterea vâscozității acestuia, ceea ce duce la o scădere bruscă a lichidității; combustibilul ignifug fără halogeni necesită adăugarea unei cantități mari de ignifug fără halogeni, de asemenea, creșterea vâscozității materialului fără halogeni crește brusc, ceea ce duce la o scădere bruscă a lichidității. Soluția este de a găsi un polimer care poate suporta doze mari de umplutură, dar care are și o vâscozitate la topire scăzută și o fluiditate bună. Din acest motiv, EVA este alegerea preferată.
Vâscozitatea topiturii EVA va crește și va scădea rapid odată cu temperatura de procesare a extrudării și viteza de forfecare. Utilizatorul trebuie doar să ajusteze temperatura extruderului și viteza șurubului, putând obține performanțe excelente ale produselor din sârmă și cablu. Un număr mare de aplicații interne și externe arată că, în cazul materialelor fără halogeni, cu un grad ridicat de umplere și emisii reduse de fum, deoarece vâscozitatea este prea mare, indicele de topitură este prea mic, prin urmare, se utilizează doar extrudare cu șurub cu raport de compresie scăzut (raport de compresie mai mic de 1,3) pentru a asigura o calitate bună a extrudării. Materialele EVM pe bază de cauciuc cu agenți de vulcanizare pot fi extrudate atât pe extruderele de cauciuc, cât și pe extruderele de uz general. Procesul de vulcanizare (reticulare) ulterior poate fi efectuat fie prin reticulare termochimică (peroxid), fie prin reticulare prin iradiere cu accelerator de electroni.
2. 3 Ușor de modificat și adaptat
Firele și cablurile sunt peste tot, de la cer până la pământ, de la munte până la mare. Cerințele utilizatorilor de fire și cabluri sunt, de asemenea, variate și ciudate, deși structura firelor și cablurilor este similară, diferențele de performanță reflectându-se în principal în materialele de izolație și de acoperire a tecii.
Până în prezent, atât în țară, cât și în străinătate, PVC-ul moale reprezintă încă marea majoritate a materialelor polimerice utilizate în industria cablurilor. Cu toate acestea, odată cu creșterea gradului de conștientizare a protecției mediului și a dezvoltării durabile.
Materialele PVC au fost foarte restricționate, oamenii de știință fac tot posibilul pentru a găsi materiale alternative la PVC, cea mai promițătoare dintre acestea fiind EVA.
EVA poate fi amestecat cu o varietate de polimeri, dar și cu o varietate de pulberi minerale și adjuvanți de proces compatibili, produsele amestecate putând fi transformate în plastic termoplastic pentru cabluri din plastic, dar și în cauciuc reticulat pentru cabluri din cauciuc. Designerii de formule se pot baza pe cerințele utilizatorului (sau standardului), folosind EVA ca material de bază, pentru a face ca performanța materialului să îndeplinească cerințele.
3 Gama de aplicații EVA
3.1 Folosit ca material de ecranare semiconductor pentru cablurile de alimentare de înaltă tensiune
După cum știm cu toții, materialul principal al ecranării este negrul de fum conductiv. Adăugarea unei cantități mari de negru de fum în materialul de bază din plastic sau cauciuc va deteriora serios fluiditatea materialului de ecranare și netezimea nivelului de extrudare. Pentru a preveni descărcările parțiale în cablurile de înaltă tensiune, ecranele interioare și exterioare trebuie să fie subțiri, strălucitoare, strălucitoare și uniforme. Comparativ cu alți polimeri, EVA poate face acest lucru mai ușor. Motivul este că procesul de extrudare al EVA este deosebit de bun, are o curgere bună și nu este predispus la fenomenul de rupere prin topire. Materialul de ecranare este împărțit în două categorii: înfășurat în exteriorul conductorului, numit ecran interior - cu materialul ecranului interior; înfășurat în exteriorul izolației, numit ecran exterior - cu materialul ecranului exterior; materialul ecranului interior este în mare parte termoplastic. Materialul ecranului interior este în mare parte termoplastic și este adesea pe bază de EVA cu un conținut de VA de 18% până la 28%; materialul ecranului exterior este în mare parte reticulat și decojit și este adesea pe bază de EVA cu un conținut de VA de 40% până la 46%.
3. 2 Combustibili termoplastici și ignifugi reticulați
Poliolefina termoplastică ignifugă este utilizată pe scară largă în industria cablurilor, în principal pentru cerințele de halogenare sau fără halogen ale cablurilor marine, cablurilor de energie și liniilor de construcții de înaltă calitate. Temperaturile lor de funcționare pe termen lung variază între 70 și 90 °C.
Pentru cablurile de energie de medie și înaltă tensiune de 10 kV și peste, care au cerințe de performanță electrică foarte ridicate, proprietățile ignifuge sunt suportate în principal de mantaua exterioară. În unele clădiri sau proiecte cu cerințe ecologice, cablurile trebuie să aibă proprietăți cu emisii reduse de fum, fără halogeni, toxicitate redusă sau cu emisii reduse de fum și halogeni, astfel încât poliolefinele termoplastice ignifuge reprezintă o soluție viabilă.
Pentru anumite scopuri speciale, diametrul exterior nu este mare, rezistența la temperatură între 105 și 150 ℃ între cablul special este mai mare, mai mult material poliolefinic ignifug reticulat. Reticularea acestuia poate fi aleasă de producătorul cablului în funcție de propriile condiții de producție, fie prin metoda tradițională de abur de înaltă presiune, fie prin baie de sare la temperatură înaltă, dar și prin iradiere reticulată la temperatura camerei cu accelerator de electroni. Temperatura sa de funcționare pe termen lung este împărțită în trei tipuri: 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃, iar instalația de producție poate fi realizată în funcție de diferitele cerințe ale utilizatorilor sau standarde, cu barieră de combustibil fără halogen sau cu conținut de halogen.
Este bine cunoscut faptul că poliolefinele sunt polimeri polari nepolari sau slab polari. Deoarece sunt similare cu uleiul mineral în ceea ce privește polaritatea, poliolefinele sunt în mare parte considerate a fi mai puțin rezistente la ulei, conform principiului compatibilității similare. Cu toate acestea, multe standarde pentru cabluri, atât interne, cât și internaționale, prevăd, de asemenea, că rezistențele reticulate trebuie să aibă o bună rezistență la uleiuri, solvenți și chiar la suspensii de ulei, acizi și alcali. Aceasta este o provocare pentru cercetătorii de materiale; acum, fie în China, fie în străinătate, au fost dezvoltate aceste materiale solicitante, iar materialul lor de bază este EVA.
3. 3 Material de barieră la oxigen
Cablurile multifilare torsadate au numeroase goluri între miezuri care trebuie umplute pentru a asigura un aspect rotunjit al cablului, dacă umplutura din interiorul tecii exterioare este realizată dintr-o barieră de combustibil fără halogeni. Acest strat de umplere acționează ca o barieră împotriva flăcării (oxigenului) atunci când cablul arde și, prin urmare, este cunoscut în industrie sub numele de „barieră de oxigen”.
Cerințele de bază pentru un material de barieră la oxigen sunt: proprietăți bune de extrudare, o bună ignifugare fără halogeni (indicele de oxigen de obicei peste 40) și un cost redus.
Această barieră de oxigen a fost utilizată pe scară largă în industria cablurilor timp de mai bine de un deceniu și a condus la îmbunătățiri semnificative ale rezistenței la flacără a cablurilor. Bariera de oxigen poate fi utilizată atât pentru cabluri ignifuge fără halogeni, cât și pentru cabluri ignifuge fără halogeni (de exemplu, PVC). Multe studii au arătat că cablurile cu barieră de oxigen au o probabilitate mai mare de a trece testele de ardere verticală individuală și de ardere pe fascicul.
Din punctul de vedere al formulării materialului, acest material cu barieră de oxigen este de fapt un „material de umplutură ultra-înalt”, deoarece, pentru a atinge costul redus, este necesară utilizarea unui material de umplutură cu conținut ridicat de oxigen. Pentru a obține un indice de oxigen ridicat, trebuie adăugată și o proporție mare (de 2 până la 3 ori) de Mg(OH)2 sau Al(OH)3, iar pentru o extrudare bună, trebuie ales EVA ca material de bază.
3. 4 Material de înveliș din PE modificat
Materialele de înveliș din polietilenă sunt predispuse la două probleme: în primul rând, sunt predispuse la spargerea prin topire (de exemplu, prin stropire cu pielea de rechin) în timpul extrudării; în al doilea rând, sunt predispuse la fisurare din cauza stresului ambiental. Cea mai simplă soluție este adăugarea unei anumite proporții de EVA în formulă. Utilizat ca EVA modificat, cu un conținut scăzut de VA al acestui tip, indicele său de topire între 1 și 2 este adecvat.
4. Perspective de dezvoltare
(1) EVA a fost utilizat pe scară largă în industria cablurilor, volumul anual înregistrând o creștere treptată și constantă. În special în ultimul deceniu, datorită importanței protecției mediului, rezistența la combustibil pe bază de EVA a cunoscut o dezvoltare rapidă și a înlocuit parțial tendința materialelor pentru cabluri pe bază de PVC. Performanța excelentă a costurilor și performanța excelentă a procesului de extrudare fac dificil de înlocuit cu alte materiale.
(2) Consumul anual de rășină EVA în industria cablurilor este de aproape 100.000 de tone. Se va folosi o varietate de rășini EVA, cu un conținut de VA mai mic sau mai mare, iar dimensiunea întreprinderii de granulație a materialului pentru cabluri nu este mare, distribuția anuală a rășinii EVA în fiecare întreprindere fiind de doar mii de tone, ceea ce nu va atrage atenția gigantului din industria EVA. De exemplu, pentru cea mai mare cantitate de material de bază ignifug fără halogeni, alegerea principală este rășina EVA cu VA/MI = 28/2 ~ 3 (cum ar fi EVA 265# de la DuPont în SUA). Până în prezent, nu există producători interni care să producă și să furnizeze EVA pentru acest grad de specificații. Ca să nu mai vorbim de conținutul de VA mai mare de 28 și indicele de topire mai mic de 3 din producția și furnizarea altor rășini EVA.
(3) Companiile străine produc EVA deoarece nu au concurență internă, iar prețul a fost mult timp ridicat, ceea ce a suprimat serios entuziasmul pentru producția fabricilor de cabluri autohtone. Peste 50% din conținutul de VA al EVM de tip cauciuc este dominat de companii străine, iar prețul este similar cu conținutul de VA al mărcii de 2-3 ori. Aceste prețuri mari, la rândul lor, afectează și cantitatea acestui tip de cauciuc EVM, așa că industria cablurilor solicită producătorilor autohtoni de EVA să îmbunătățească rata de producție internă de EVA. În industria respectivă, producția a fost din ce în ce mai intensă, utilizând rășina EVA.
(4) Bazându-se pe valul de protecție a mediului în era globalizării, EVA este considerat de industria cablurilor cel mai bun material de bază pentru rezistența ecologică la combustibili. Utilizarea EVA crește cu o rată de 15% pe an, iar perspectivele sunt foarte promițătoare. Cantitatea și rata de creștere a producției de materiale de ecranare și cabluri de energie de medie și înaltă tensiune și rata de creștere sunt de aproximativ 8% până la 10%; rezistențele din poliolefine cresc rapid, în ultimii ani rămânând la 15% până la 20%, iar în următorii 5 până la 10 ani previzibili, această rată de creștere ar putea fi menținută.
Data publicării: 31 iulie 2022