1. Uvod
EVA je kratica za etilen vinil acetat kopolimer, poliolefinski polimer. Zbog niske temperature taljenja, dobre fluidnosti, polarnosti i nehalogenih elemenata, kompatibilan je s raznim polimerima i mineralnim prahovima. Ima niz mehaničkih i fizikalnih svojstava, električnih svojstava i uravnotežene performanse obrade, a cijena nije visoka. Tržišna ponuda je dovoljna. Može se koristiti i kao materijal za izolaciju kabela, a može se koristiti i kao punilo, materijal za plašt; može se preraditi u termoplastični materijal i termoreaktivni umreženi materijal.
EVA pjenu koristi se u širokom rasponu primjena, s usporivačima gorenja, te se može pretvoriti u materijale bez halogena s niskim udjelom dima ili bez halogenog goriva; odabirom EVA pjene s visokim udjelom VA kao osnovnog materijala, može se pretvoriti i u materijal otporan na ulje; odabirom EVA pjene s umjerenim indeksom taljenja, dodavanjem 2 do 3 puta veće količine punjenja usporivačima gorenja EVA pjenom, što može poboljšati performanse procesa ekstruzije i cijenu materijala za punjenje (oksigen barijeru).
U ovom radu, od strukturnih svojstava EVA, uvoda u njegovu primjenu u kabelskoj industriji i razvojnih perspektiva.
2. Strukturna svojstva
Prilikom sinteze, promjena omjera stupnja polimerizacije n/m može dovesti do povećanja sadržaja VA od 5 do 90% EVA; povećanje ukupnog stupnja polimerizacije može dovesti do molekularne težine od desetaka tisuća do stotina tisuća EVA; sadržaj VA ispod 40%, zbog prisutnosti djelomične kristalizacije i slabe elastičnosti, obično se naziva EVA plastika; kada je sadržaj VA veći od 40%, elastomer sličan gumi bez kristalizacije obično se naziva EVM guma.
1. 2 Nekretnine
Molekularni lanac EVA je linearna zasićena struktura, tako da ima dobru otpornost na toplinsko starenje, vremenske uvjete i ozon.
Glavni lanac molekule EVA ne sadrži dvostruke veze, benzenski prsten, acil, amino skupine i druge skupine koje se lako dime prilikom gorenja, bočni lanci također ne sadrže metilne, fenilne, cijano i druge skupine koje se lako dime prilikom gorenja. Osim toga, sama molekula ne sadrži halogene elemente, pa je posebno prikladna za bazu goriva s niskim udjelom dima, bez halogena.
Velika veličina vinil acetatne (VA) skupine u bočnom lancu EVA i njezina srednja polarnost znače da inhibira tendenciju kristalizacije vinilnog lanca i dobro se veže s mineralnim punilima, što stvara uvjete za visokoučinkovita barijerna goriva. To se posebno odnosi na otpornike s niskim udjelom dima i bez halogena, jer se usporivači gorenja s više od 50% volumnog udjela [npr. Al(OH)3, Mg(OH)2, itd.] moraju dodati kako bi se zadovoljili zahtjevi standarda za kabele za usporavanje gorenja. EVA sa srednjim do visokim udjelom VA koristi se kao baza za proizvodnju goriva s niskim udjelom dima i bez halogena, koja usporavaju gorenje, s izvrsnim svojstvima.
Budući da je vinil acetatna skupina (VA) bočnog lanca EVA pjene polarna, što je veći sadržaj VA, to je polimer polarniji i to je bolja otpornost na ulje. Otpornost na ulje koju zahtijeva kabelska industrija uglavnom se odnosi na sposobnost podnošenja nepolarnih ili slabo polarnih mineralnih ulja. Prema načelu slične kompatibilnosti, EVA s visokim udjelom VA pjene koristi se kao osnovni materijal za proizvodnju barijere za gorivo s niskim udjelom dima i bez halogena s dobrom otpornošću na ulje.
Molekule EVA u alfa-olefinskim vodikovim atomima imaju aktivnije performanse, a u peroksidnim radikalima ili visokoenergetskom elektronskom zračenju lako se reagira s vodikovim umrežavanjem, postaju umreženim plastikom ili gumom te se mogu prilagoditi posebnim zahtjevima za performanse žica i kabela.
Dodatak vinil acetatne skupine značajno smanjuje temperaturu taljenja EVA, a broj kratkih bočnih lanaca VA može povećati protok EVA. Stoga su njegove ekstruzijske performanse puno bolje od molekularne strukture sličnog polietilena, te postaje preferirani osnovni materijal za poluvodljive zaštitne materijale i halogene i bezhalogene barijere za gorivo.
2 Prednosti proizvoda
2. 1 Iznimno visoka isplativost
EVA ima vrlo dobra fizička i mehanička svojstva, otpornost na toplinu, vremenske uvjete, otpornost na ozon i električna svojstva. Odabirom odgovarajuće klase, može se postići otpornost na toplinu, usporavanje plamena, ali i otpornost na ulje i otapala kao poseban kabelski materijal.
Termoplastični EVA materijal se uglavnom koristi s udjelom VA od 15% do 46%, s indeksom taljenja od 0,5 do 4 stupnja. EVA ima mnogo proizvođača, mnogo marki, širok raspon opcija, umjerene cijene, odgovarajuću ponudu, korisnici samo trebaju otvoriti odjeljak EVA na web stranici, marka, performanse, cijena, lokacija dostave na prvi pogled, možete odabrati, vrlo praktično.
EVA je poliolefinski polimer, od mekoće i upotrebe usporedbi performansi, a polietilenski (PE) materijal i meki polivinilklorid (PVC) kabelski materijal su slični. No, daljnjim istraživanjem, naći ćete EVA i gore navedene dvije vrste materijala u usporedbi s nezamjenjivom superiornošću.
2. 2 izvrsne performanse obrade
EVA se u kabelskoj primjeni koristi od materijala za zaštitu kabela srednjeg i visokog napona, unutar i izvan njih, a kasnije je proširena na barijeru za gorivo bez halogena. Ove dvije vrste materijala s gledišta obrade smatraju se "visoko punjenim materijalom": zaštitni materijal zbog potrebe za dodavanjem velike količine vodljivog ugljičnog crnila, što povećava njegovu viskoznost, te naglo smanjuje likvidnost; bezhalogeno gorivo s usporivačima gorenja zahtijeva dodavanje velike količine bezhalogeno usporivača gorenja, što također naglo povećava likvidnost bezhalogeno materijala. Rješenje je pronaći polimer koji može primiti velike doze punila, ali također ima nisku viskoznost taline i dobru fluidnost. Zbog toga je EVA preferirani izbor.
Viskoznost taline EVA s temperaturom obrade ekstruzijom i brzinom smicanja povećat će se i brzo će se smanjiti. Korisnik samo treba prilagoditi temperaturu ekstrudera i brzinu vijka, što omogućuje izvrsne performanse žičanih i kabelskih proizvoda. Brojne domaće i strane primjene pokazuju da je kod visoko punjenih materijala bez halogena s niskim udjelom dima indeks taline premalen zbog prevelike viskoznosti, pa se za dobru kvalitetu ekstruzije koristi samo ekstruzija s vijkom niskog omjera kompresije (omjer kompresije manji od 1,3). Materijali na bazi gume s vulkanizirajućim sredstvima mogu se ekstrudirati i na ekstruderima za gumu i na ekstruderima opće namjene. Naknadni proces vulkanizacije (umrežavanja) može se provesti termokemijskim (peroksidnim) umrežavanjem ili umrežavanjem zračenjem akceleratora elektrona.
2. 3 Jednostavno za mijenjanje i prilagođavanje
Žice i kabeli su posvuda, od neba do zemlje, od planina do mora. Zahtjevi korisnika za žice i kabele također su raznoliki i neobični, iako je struktura žica i kabela slična, razlike u performansama uglavnom se odražavaju u materijalima izolacije i plašta.
Do sada, kako u zemlji tako i u inozemstvu, meki PVC još uvijek čini veliku većinu polimernih materijala koji se koriste u kabelskoj industriji. Međutim, s rastućom sviješću o zaštiti okoliša i održivom razvoju.
PVC materijali su uvelike ograničeni, znanstvenici čine sve što je moguće kako bi pronašli alternativne materijale za PVC, od kojih je najperspektivnija EVA.
EVA se može miješati s raznim polimerima, ali i s raznim mineralnim prahovima i kompatibilnim pomoćnim sredstvima za obradu. Pomiješani proizvodi mogu se preraditi u termoplastičnu plastiku za plastične kabele, ali i u umreženu gumu za gumene kabele. Dizajneri formulacija mogu se temeljiti na korisničkim (ili standardnim) zahtjevima, koristeći EVA kao osnovni materijal, kako bi performanse materijala zadovoljile zahtjeve.
3 Raspon primjene EVA-e
3. 1 Koristi se kao poluvodljivi zaštitni materijal za visokonaponske energetske kabele
Kao što svi znamo, glavni materijal zaštitnog materijala je vodljivi ugljični čađ. Dodavanje velike količine ugljičnog čađi u osnovni materijal od plastike ili gume ozbiljno će pogoršati fluidnost zaštitnog materijala i glatkoću ekstruzije. Kako bi se spriječila djelomična pražnjenja u visokonaponskim kabelima, unutarnji i vanjski štitovi moraju biti tanki, sjajni, svijetli i ujednačeni. U usporedbi s drugim polimerima, EVA to može učiniti lakše. Razlog tome je što je proces ekstruzije EVA posebno dobar, dobro teče i nije sklon fenomenu pucanja taljenja. Zaštitni materijal podijeljen je u dvije kategorije: omotan vodičem izvana, nazvan unutarnji štit – s unutarnjim materijalom zaslona; omotan izolacijom izvana, nazvan vanjski štit – s vanjskim materijalom zaslona; materijal unutarnjeg zaslona je uglavnom termoplastičan. Unutarnji materijal zaslona je uglavnom termoplastičan i često se temelji na EVA s udjelom VA od 18% do 28%; vanjski materijal zaslona je uglavnom umrežen i ljuštiv te se često temelji na EVA s udjelom VA od 40% do 46%.
3. 2 Termoplastična i umrežena goriva usporivača gorenja
Termoplastični poliolefin usporivač gorenja široko se koristi u kabelskoj industriji, uglavnom za halogene ili bezhalogene zahtjeve brodskih kabela, energetskih kabela i visokokvalitetnih građevinskih vodova. Njihove dugotrajne radne temperature kreću se od 70 do 90 °C.
Za srednjenaponske i visokonaponske energetske kabele od 10 kV i više, koji imaju vrlo visoke zahtjeve za električnim performansama, svojstva usporavanja plamena uglavnom nosi vanjski plašt. U nekim ekološki zahtjevnim zgradama ili projektima, kablovi moraju imati svojstva niskog dimljenja, bez halogena, niske toksičnosti ili niskog dimljenja i niskog halogena, pa su termoplastični poliolefini usporavajući plamen održivo rješenje.
Za neke posebne namjene, vanjski promjer nije velik, temperaturna otpornost između posebnog kabela i umreženog materijala od poliolefina otpornog na plamen kreće se od 105 do 150 ℃. Proizvođač kabela može odabrati umreženje prema vlastitim proizvodnim uvjetima, bilo tradicionalnom visokotlačnom parom ili visokotemperaturnom slanom kupelji, ali i dostupnim zračenjem u akceleratoru elektrona na sobnoj temperaturi. Dugotrajna radna temperatura podijeljena je u tri područja: 105 ℃, 125 ℃ i 150 ℃. Proizvodni pogon može se izraditi prema različitim zahtjevima korisnika ili standardima, s halogenom ili bezhalogenom gorivnom barijerom.
Dobro je poznato da su poliolefini nepolarni ili slabo polarni polarni polimeri. Budući da su po polarnosti slični mineralnom ulju, poliolefini se uglavnom smatraju manje otpornima na ulje prema načelu slične kompatibilnosti. Međutim, mnogi standardi za kabele u zemlji i inozemstvu također propisuju da umreženi otpornici moraju imati i dobru otpornost na ulja, otapala, pa čak i na uljne suspenzije, kiseline i lužine. To je izazov za istraživače materijala, sada su, bilo u Kini ili inozemstvu, razvijeni ovi zahtjevni materijali, a njihov osnovni materijal je EVA.
3. 3 Materijal za zaštitu od kisika
Višežilni kabeli s više žila imaju mnogo praznina između žila koje je potrebno ispuniti kako bi se osigurao zaobljeni izgled kabela, ako je punjenje unutar vanjskog plašta izrađeno od bezhalogene gorljive barijere. Ovaj sloj punjenja djeluje kao barijera protiv plamena (kisika) kada kabel gori i stoga je u industriji poznat kao "kisikova barijera".
Osnovni zahtjevi za materijal koji ne propušta kisik su: dobra svojstva ekstruzije, dobra otpornost na plamen bez halogena (indeks kisika obično iznad 40) i niska cijena.
Ova kisikova barijera se intenzivno koristi u kabelskoj industriji više od desetljeća i dovela je do značajnih poboljšanja usporavanja plamena kabela. Kisikova barijera može se koristiti i za kablove bez halogena koji usporavaju plamen i za kablove bez halogena koji usporavaju plamen (npr. PVC). Velika količina prakse pokazala je da kabeli s kisikovom barijerom imaju veću vjerojatnost da će proći testove pojedinačnog vertikalnog gorenja i gorenja snopa.
S gledišta formulacije materijala, ovaj materijal s kisikovom barijerom zapravo je "ultra visoko punilo", jer je za postizanje niske cijene potrebno koristiti visoko punilo, a za postizanje visokog indeksa kisika potrebno je dodati i visok udio (2 do 3 puta) Mg(OH)2 ili Al(OH)3, a za dobro ekstrudiranje potrebno je odabrati EVA kao osnovni materijal.
3. 4 Modificirani PE materijal za plašt
Polietilenski materijali za plašte skloni su dvama problemima: prvo, skloni su lomljenju taline (npr. "morska koža") tijekom ekstruzije; drugo, skloni su pucanju pod utjecajem okolišnog naprezanja. Najjednostavnije rješenje je dodati određeni udio EVA u formulaciju. Ako se koristi kao modificirani EVA, uglavnom s niskim udjelom VA te vrste, prikladan je njegov indeks taline između 1 i 2.
4. Razvojni izgledi
(1) EVA se široko koristi u kabelskoj industriji, a godišnja količina postupno i stalno raste. Posebno u posljednjem desetljeću, zbog važnosti zaštite okoliša, EVA materijali otporni na gorivo brzo su se razvijali i djelomično su zamijenili PVC materijale za kabele. Zbog izvrsnih troškova i izvrsnih performansi u procesu ekstruzije, teško ih je zamijeniti drugim materijalima.
(2) Godišnja potrošnja EVA smole u kabelskoj industriji iznosi blizu 100.000 tona, a izbor vrsta EVA smole varira od niskog do visokog sadržaja VA. Granulacija kabelskog materijala nije velika, a svako poduzeće godišnje proizvede samo tisuće tona EVA smole, što neće privući veliku pozornost velikih poduzeća u industriji EVA. Na primjer, s najvećom količinom bezhalogenog osnovnog materijala za usporavanje gorenja, glavni izbor je VA/MI = 28/2 ~ 3 EVA smole (kao što je američki DuPont EVA 265#). Do sada domaći proizvođači nisu proizveli i isporučili EVA s ovom specifikacijom. Osim sadržaja VA većeg od 28 i indeksa taljenja manjeg od 3 u usporedbi s drugim EVA smolama koje se proizvode i isporučuju.
(3) Strane tvrtke proizvode EVA zbog nedostatka domaće konkurencije, a cijena je dugo bila visoka, što ozbiljno potiskuje entuzijazam za domaću proizvodnju kabela. Više od 50% sadržaja VA u gumenom EVM-u dominiraju strane tvrtke, a cijena je 2 do 3 puta slična sadržaju VA robne marke. Takve visoke cijene, pak, također utječu na količinu ovog gumenog EVM-a, pa kabelska industrija poziva domaće proizvođače EVA kako bi poboljšali stopu domaće proizvodnje EVA. Veća proizvodnja u industriji je dovela do velike upotrebe EVA smole.
(4) Oslanjajući se na val zaštite okoliša u eri globalizacije, kabelska industrija smatra EVA najboljim osnovnim materijalom za ekološki prihvatljivu otpornost na gorivo. Upotreba EVA raste po stopi od 15% godišnje, a izgledi su vrlo obećavajući. Količina i stopa rasta zaštitnih materijala te proizvodnja i stopa rasta kabela srednjeg i visokog napona kreću se od oko 8% do 10%; otpornosti na poliolefin brzo rastu, posljednjih godina ostaju na 15% do 20%, a u doglednih sljedećih 5 do 10 godina također bi mogle održati ovu stopu rasta.
Vrijeme objave: 31. srpnja 2022.