1. Вступ
EVA – це абревіатура від етиленвінілацетатного сополімеру, поліолефінового полімеру. Завдяки низькій температурі плавлення, добрій текучості, полярності та відсутності галогенних елементів, він сумісний з різноманітними полімерами та мінеральними порошками, має низку механічних та фізичних властивостей, електричні властивості та збалансованість технологічних характеристик, а також невисоку ціну, що забезпечує достатню пропозицію на ринку, тому його можна використовувати як ізоляційний матеріал для кабелів, наповнювач та обшивальний матеріал, а також виготовляти з термопластичних та термореактивних зшивальних матеріалів.
EVA має широкий спектр застосування, завдяки вогнезахисним речовинам може бути перетворена на низькодимний безгалогенний або галогенний паливний бар'єр; якщо вибрати EVA з високим вмістом VA як базовий матеріал, також можна зробити маслостійкий матеріал; якщо вибрати EVA з помірним індексом плавлення, додати в 2-3 рази більше вогнезахисного матеріалу EVA, що може покращити продуктивність процесу екструзії та ціну, що дозволить отримати більш збалансований кисневий бар'єр (наповнювач).
У цій статті розглядаються структурні властивості EVA, впровадження його застосування в кабельній промисловості та перспективи розвитку.
2. Структурні властивості
Під час синтезу зміна співвідношення ступеня полімеризації n/m може призвести до збільшення вмісту VA від 5 до 90% EVA; збільшення загального ступеня полімеризації може призвести до молекулярної маси від десятків тисяч до сотень тисяч EVA; вміст VA нижче 40% через часткову кристалізацію та низьку еластичність зазвичай називають EVA-пластиком; коли вміст VA перевищує 40%, гумоподібний еластомер без кристалізації зазвичай називають EVM-каучуком.
1. 2 Властивості
Молекулярний ланцюг EVA має лінійну насичену структуру, тому він має хорошу стійкість до теплового старіння, атмосферних впливів та озону.
Основний ланцюг молекули EVA не містить подвійних зв'язків, бензольного кільця, ацилу, аміногруп та інших груп, що легко димлять під час горіння, бічні ланцюги також не містять метильних, фенільних, ціаногруп та інших груп, що легко димлять під час горіння. Крім того, сама молекула не містить галогенних елементів, тому вона особливо підходить для низькодимного безгалогенного резистивного палива.
Великий розмір вінілацетатної (ВА) групи в бічному ланцюзі EVA та її середня полярність означають, що вона як пригнічує тенденцію вінілового остова до кристалізації, так і добре взаємодіє з мінеральними наповнювачами, що створює умови для високоефективних бар'єрних палив. Це особливо стосується низькодимних та безгалогенних резистів, оскільки для задоволення вимог стандартів кабелів щодо вогнестійкості необхідно додавати антипірени з вмістом понад 50% об. [наприклад, Al(OH)3, Mg(OH)2 тощо]. EVA із середнім або високим вмістом ВА використовується як основа для виробництва низькодимних та безгалогенних вогнезахисних палив з чудовими властивостями.
Оскільки вінілацетатна група (ВА) бічного ланцюга EVA є полярною, чим вищий вміст ВА, тим полярніший полімер і тим краща його маслостійкість. Маслостійкість, що вимагається кабельною промисловістю, здебільшого стосується здатності протистояти неполярним або слабополярним мінеральним оливам. Відповідно до принципу подібної сумісності, EVA з високим вмістом ВА використовується як базовий матеріал для створення паливного бар'єру з низьким димом та без галогенів з хорошою маслостійкістю.
Молекули EVA в альфа-олефінових атомах H є більш активними, в пероксидних радикалах або високоенергетичному електронному випромінюванні легко зшиваються H, стаючи зшитим пластиком або гумою, можуть бути виготовлені з вимогливими експлуатаційними вимогами до спеціальних дротяних та кабельних матеріалів.
Додавання вінілацетатної групи призводить до значного зниження температури розплаву EVA, а кількість коротких бічних ланцюгів VA може збільшити плинність EVA. Таким чином, його екструзійні характеристики набагато кращі, ніж у молекулярної структури подібного поліетилену, що робить його кращим базовим матеріалом для напівпровідникових захисних матеріалів та галогенних та безгалогенних паливних бар'єрів.
2 Переваги продукту
2. 1 Надзвичайно висока економічна ефективність
Фізико-механічні властивості EVA, термостійкість, стійкість до атмосферних впливів, озоностійкість, електричні властивості дуже хороші. Виберіть відповідний сорт, він може бути виготовлений з термостійкого, вогнестійкого матеріалу, а також стійкого до олій та розчинників.
Термопластичний матеріал EVA здебільшого використовується з вмістом VA від 15% до 46%, з індексом розплаву від 0,5 до 4 балів. EVA має багато виробників, багато брендів, широкий вибір варіантів, помірні ціни, достатню пропозицію, користувачам потрібно лише відкрити розділ EVA на веб-сайті, бренд, продуктивність, ціна, місце доставки з першого погляду, ви можете вибрати, дуже зручно.
ЕВА – це поліолефіновий полімер, м’якість якого та використання порівнюються з продуктивністю, а поліетиленовий (ПЕ) матеріал та м’який полівінілхлорид (ПВХ) кабельний матеріал схожі. Але подальші дослідження виявлять, що ЕВА та два вищезгадані типи матеріалів мають незамінну перевагу.
2. 2 відмінна продуктивність обробки
ЕВА (етиленвінілацетат) у кабельному застосуванні спочатку використовувався як захисний матеріал для кабелів середньої та високої напруги всередині та зовні, а пізніше був поширений на безгалогенний паливний бар'єр. З точки зору обробки ці два типи матеріалів вважаються "високонаповненими матеріалами": захисний матеріал потребує додавання великої кількості провідної сажі, що збільшує його в'язкість, що призводить до різкого зниження плинності; безгалогенний вогнезахисний паливний матеріал потребує додавання великої кількості безгалогенних вогнезахисних речовин, що також призводить до різкого збільшення в'язкості безгалогенного матеріалу, що призводить до різкого зниження плинності. Рішенням є пошук полімеру, який може вмістити велику кількість наповнювача, але водночас має низьку в'язкість розплаву та добру плинність. З цієї причини ЕВА є кращим вибором.
В'язкість розплаву EVA залежно від температури екструзійної обробки та швидкості зсуву призведе до швидкого зниження в'язкості. Користувачеві потрібно лише регулювати температуру екструдера та швидкість шнека, щоб досягти відмінної продуктивності дротяних та кабельних виробів. Велика кількість вітчизняних та зарубіжних застосувань показує, що для високонаповнених низькодимних безгалогенних матеріалів, через занадто високу в'язкість індекс розплаву занадто малий, тому для забезпечення хорошої якості екструзії використовується лише шнекова екструзія з низьким коефіцієнтом стиснення (коефіцієнт стиснення менше 1,3). Матеріали на основі гуми EVM з вулканізуючими агентами можна екструдувати як на гумових екструдерах, так і на екструдерах загального призначення. Подальший процес вулканізації (зшивання) може здійснюватися або термохімічним (пероксидним) зшиванням, або зшиванням опроміненням електронним прискорювачем.
2. 3 Легко модифікувати та адаптувати
Дроти та кабелі є всюди, від неба до землі, від гір до моря. Потреби користувачів до проводів та кабелів також різноманітні та незвичайні, хоча структура проводів та кабелів схожа, їхня різниця в характеристиках головним чином відображається в матеріалах ізоляції та оболонки.
Досі, як у країні, так і за кордоном, м'який ПВХ все ще становить переважну більшість полімерних матеріалів, що використовуються в кабельній промисловості. Однак зі зростанням усвідомлення потреб охорони навколишнього середовища та сталого розвитку.
Використання ПВХ-матеріалів значно обмежене, вчені роблять усе можливе, щоб знайти альтернативні матеріали ПВХ, найперспективнішим з яких є ЕВА.
ЕВА можна змішувати з різноманітними полімерами, а також з різноманітними мінеральними порошками та сумісними технологічними добавками. Змішані продукти можна перетворювати на термопластичний пластик для пластикових кабелів, а також на зшитий каучук для гумових кабелів. Розробники рецептур можуть базуватися на вимогах користувача (або стандарту), використовуючи ЕВА як основний матеріал, щоб забезпечити відповідність характеристик матеріалу вимогам.
3 Діапазон застосування EVA
3. 1 Використовується як напівпровідниковий захисний матеріал для високовольтних силових кабелів
Як усім відомо, основним матеріалом екрануючого матеріалу є електропровідний вуглецевий сажовий матеріал. Додавання великої кількості вуглецевої сажі до пластикової або гумової основи серйозно погіршить плинність екрануючого матеріалу та плавність екструзії. Щоб запобігти частковим розрядам у високовольтних кабелях, внутрішній та зовнішній екрани повинні бути тонкими, блискучими, яскравими та однорідними. Порівняно з іншими полімерами, EVA може зробити це легше. Причина цього полягає в тому, що процес екструзії EVA особливо хороший, має добру текучість і не схильний до розплавлення. Екрануючий матеріал поділяється на дві категорії: обгорнутий провідником зовні, який називається внутрішнім екраном, – з матеріалом внутрішнього екрану; обгорнутий ізоляцією зовні, яка називається зовнішнім екраном, – з матеріалом зовнішнього екрану; матеріал внутрішнього екрану переважно термопластичний. Матеріал внутрішнього екрану переважно термопластичний і часто виготовлений на основі EVA з вмістом VA від 18% до 28%; матеріал зовнішнього екрану переважно зшитий та відшаровується, і часто виготовлений на основі EVA з вмістом VA від 40% до 46%.
3. 2 Термопластичні та зшиті вогнезахисні палива
Термопластичний вогнестійкий поліолефін широко використовується в кабельній промисловості, головним чином для галогенних або безгалогенних вимог до морських кабелів, силових кабелів та високоякісних будівельних ліній. Його тривалі робочі температури коливаються від 70 до 90 °C.
Для силових кабелів середньої та високої напруги 10 кВ і вище, до яких пред'являються дуже високі вимоги до електричних характеристик, вогнестійкі властивості переважно забезпечуються зовнішньою оболонкою. У деяких екологічно вимогливих будівлях або проектах кабелі повинні мати низькодимні, безгалогенні, низькотоксичні або низькодимні та низькгалогенні властивості, тому термопластичні вогнестійкі поліолефіни є життєздатним рішенням.
Для деяких спеціальних цілей зовнішній діаметр невеликий, термостійкість між спеціальним кабелем та більш зшитим вогнестійким поліолефіновим матеріалом становить 105 ~ 150 ℃. Виробник кабелю може вибрати спосіб зшивання відповідно до власних виробничих умов, використовуючи як традиційну пару високого тиску, так і високотемпературну сольову ванну, а також доступний спосіб опромінення в прискорювачі електронів за кімнатної температури. Його тривала робоча температура поділяється на три режими: 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃. Виробництво може бути виконано відповідно до різних вимог користувачів або стандартів, з використанням безгалогенного або галогенвмісного паливного бар'єру.
Загальновідомо, що поліолефіни є неполярними або слабополярними полярними полімерами. Оскільки вони за полярністю подібні до мінеральної оливи, поліолефіни здебільшого вважаються менш стійкими до неї відповідно до принципу подібної сумісності. Однак багато стандартів на кабельні вироби в країні та за кордоном також передбачають, що зшиті резисти також повинні мати добру стійкість до олій, розчинників і навіть до масляних шламів, кислот і лугів. Це є викликом для дослідників матеріалів, і зараз, як у Китаї, так і за кордоном, ці вимогливі матеріали розроблені, а їх основою є EVA.
3. 3 Кисневий бар'єрний матеріал
Багатожильні кабелі з багатожильним з'єднанням мають багато порожнин між жилами, які необхідно заповнити, щоб забезпечити заокруглений вигляд кабелю, якщо заповнення всередині зовнішньої оболонки виготовлене з безгалогенного паливного бар'єру. Цей шар заповнення діє як бар'єр від полум'я (кисню), коли кабель горить, і тому в промисловості відомий як «кисневий бар'єр».
Основні вимоги до матеріалу, що забезпечує бар'єрний вплив на кисень: хороші екструзійні властивості, хороша вогнестійкість без галогенів (кисневий індекс зазвичай вище 40) та низька вартість.
Цей кисневий бар'єр широко використовується в кабельній промисловості вже понад десять років і призвів до значних покращень вогнестійкості кабелів. Кисневий бар'єр можна використовувати як для безгалогенних вогнестійких кабелів, так і для безгалогенних вогнестійких кабелів (наприклад, ПВХ). Велика практика показала, що кабелі з кисневим бар'єром частіше проходять випробування на одиночне вертикальне горіння та горіння пучка.
З точки зору рецептури матеріалу, цей матеріал з кисневим бар'єром фактично є «надвисоконаповнювачем», оскільки для досягнення низької вартості необхідно використовувати високонаповнювач, для досягнення високого кисневого індексу також необхідно додати високу частку (у 2-3 рази) Mg(OH)2 або Al(OH)3, а для отримання хорошої екструзії необхідно вибрати EVA як основний матеріал.
3. 4 Модифікований поліетиленовий обшивальний матеріал
Поліетиленові обшивочні матеріали схильні до двох проблем: по-перше, вони схильні до розриву розплаву (наприклад, «акулячої шкіри») під час екструзії; по-друге, вони схильні до розтріскування під впливом навколишнього середовища під напругою. Найпростішим рішенням є додавання певної частки EVA до рецептури. Якщо EVA використовується як модифікований матеріал, здебільшого з низьким вмістом VA даного сорту, його індекс розплаву становить від 1 до 2.
4. Перспективи розвитку
(1) ЕВА широко використовується в кабельній промисловості, щорічні обсяги поступово та стабільно зростають. Особливо в останнє десятиліття, через важливість захисту навколишнього середовища, паливостійкість ЕВА швидко розвивається та частково замінює кабельні матеріали на основі ПВХ. Його відмінні економічні характеристики та чудові характеристики екструзійного процесу важко замінити будь-якими іншими матеріалами.
(2) Щорічне споживання смоли EVA в кабельній промисловості становить близько 100 000 тонн, вибір різновидів смоли EVA залежить від низького до високого вмісту VA, а розмір підприємства з грануляції кабельного матеріалу невеликий, щорічно кожне підприємство виробляє лише тисячі тонн смоли EVA, тому гігантська галузь EVA не привертає уваги. Наприклад, найбільша кількість безгалогенного вогнезахисного основного матеріалу, основним вибором є смола EVA з VA/MI = 28/2 ~ 3 (наприклад, американська EVA 265# DuPont). Цей специфікаційний клас EVA поки що не виробляється та не постачається вітчизняним виробником. Не кажучи вже про вміст VA вище 28 та індекс розплаву менше 3, ніж у інших вироблених та постачаних смолах EVA.
(3) Іноземні компанії виробляють етиленвінілацетат (ЕВА) через відсутність вітчизняних конкурентів, а ціна на нього вже давно висока, що серйозно пригнічує ентузіазм вітчизняних кабельних заводів щодо виробництва. Більше 50% вмісту VA в каучукових EVM домінують іноземні компанії, а ціна на них у 2-3 рази подібна до вмісту VA бренду. Такі високі ціни, у свою чергу, також впливають на кількість цього каучукового EVM, тому кабельна промисловість закликає вітчизняних виробників EVA підвищити темпи внутрішнього виробництва EVA. У цій галузі широко використовується смола EVA.
(4) Спираючись на хвилю захисту навколишнього середовища в епоху глобалізації, кабельна промисловість вважає EVA найкращим базовим матеріалом для екологічно чистого паливного опору. Використання EVA зростає зі швидкістю 15% на рік, і перспективи дуже обнадійливі. Кількість і темпи зростання виробництва екрануючих матеріалів і силових кабелів середньої та високої напруги становлять приблизно від 8% до 10%; поліолефінові опори швидко зростають, в останні роки залишаються на рівні від 15% до 20%, і в найближчі 5-10 років також можуть підтримувати ці темпи зростання.
Час публікації: 31 липня 2022 р.