1. Uvod
EVA je skraćenica za etilen vinil acetat kopolimer, poliolefinski polimer. Zbog niske temperature topljenja, dobre fluidnosti, polarnosti i nehalogenih elemenata, kompatibilan je s raznim polimerima i mineralnim prahovima. Ima niz mehaničkih i fizičkih svojstava, električnih svojstava i performansi obrade, a cijena nije visoka. Tržišna ponuda je dovoljna. Može se koristiti i kao materijal za izolaciju kablova, 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 spektru upotrebe, s usporivačima plamena, te se može pretvoriti u materijale s niskim udjelom dima, bez halogena 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 topljenja, dodavanjem 2 do 3 puta veće količine punjenja usporivačima plamena EVA pjenom, što može poboljšati performanse procesa ekstruzije i cijenu materijala za punjenje (bonusnu barijeru) kisika.
U ovom radu, od strukturnih svojstava EVA, uvoda u njegovu primjenu u kablovskoj industriji i razvojnih perspektiva.
2. Strukturna svojstva
Prilikom sinteze, promjena odnosa stepena polimerizacije n/m može dovesti do povećanja sadržaja VA od 5 do 90% EVA; povećanje ukupnog stepena polimerizacije može dovesti do povećanja molekularne težine od desetina hiljada do stotina hiljada EVA; sadržaj VA ispod 40%, zbog prisustva djelimične 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 toplotno starenje, vremenske uvjete i ozon.
Glavni lanac molekule EVA ne sadrži dvostruke veze, benzenski prsten, acil, amino grupe i druge grupe koje se lako dime prilikom sagorijevanja, bočni lanci također ne sadrže metil, fenil, cijano i druge grupe koje se lako dime prilikom sagorijevanja. Osim toga, sama molekula ne sadrži halogene elemente, pa je posebno pogodna za bazu goriva bez halogena s niskim udjelom dima.
Velika veličina vinil acetatne (VA) grupe u bočnom lancu EVA i njen srednji polaritet znače da inhibira tendenciju kristalizacije vinilnog lanca i dobro se veže s mineralnim punilima, što stvara uslove za visokoučinkovita barijerna goriva. Ovo se posebno odnosi na otporna goriva s niskim udjelom dima i bez halogena, jer se usporivači gorenja s više od 50% volumskog sadržaja [npr. Al(OH)3, Mg(OH)2, itd.] moraju dodati kako bi se ispunili zahtjevi standarda za kablove 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 odličnim svojstvima.
Budući da je vinil acetatna grupa (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 kablovska industrija uglavnom se odnosi na sposobnost izdržavanja nepolarnih ili slabo polarnih mineralnih ulja. Prema principu slične kompatibilnosti, EVA s visokim sadržajem VA pjene koristi se kao osnovni materijal za proizvodnju barijere za gorivo s niskim sadržajem dima i bez halogena, s dobrom otpornošću na ulje.
Molekule EVA u performansama alfa-olefinskih H atoma su aktivnije, u peroksidnim radikalima ili efektu visokoenergetskog elektronskog zračenja lako se podvrgavaju reakciji umrežavanja H, postaju umreženoj plastici ili gumi, mogu se prilagoditi zahtjevima performansi posebnih žica i kablovskih materijala.
Dodatak vinil acetatne grupe značajno smanjuje temperaturu topljenja EVA, a broj kratkih bočnih lanaca VA može povećati protok EVA. Stoga su njegove ekstruzijske performanse mnogo bolje od molekularne strukture sličnog polietilena, te postaje preferirani osnovni materijal za poluprovodljive zaštitne materijale i halogene i bezhalogene barijere za gorivo.
2 Prednosti proizvoda
2. 1 Izuzetno visoka isplativost
EVA ima vrlo dobra fizička i mehanička svojstva, otpornost na toplotu, vremenske uslove, otpornost na ozon i električna svojstva. Odabirom odgovarajuće klase, može se postići otpornost na toplotu, otpornost na plamen, ali i otpornost na ulje i rastvarače kao specijalni kablovski materijal.
Termoplastični EVA materijal se uglavnom koristi sa sadržajem VA od 15% do 46%, sa indeksom topljenja od 0,5 do 4 stepena. EVA ima mnogo proizvođača, mnogo brendova, širok spektar opcija, umjerene cijene, adekvatnu ponudu, korisnici samo trebaju otvoriti EVA odjeljak na web stranici, brend, performanse, cijena, lokacija isporuke na prvi pogled, možete birati, vrlo praktično.
EVA je poliolefinski polimer, čija se mekoća i upotreba mogu usporediti s performansama polietilena (PE) i mekog polivinilklorida (PVC) kabelskog materijala. Međutim, daljnjim istraživanjem, EVA i gore navedene dvije vrste materijala imaju nezamjenjivu superiornost.
2. 2 odlične performanse obrade
EVA se u primjeni za kablove koristi od materijala za zaštitu kablova srednjeg i visokog napona, kako unutar tako i izvan njih, a kasnije je proširena na barijere za gorivo bez halogena. Ove dvije vrste materijala, sa stanovišta obrade, smatraju se "visoko punjenim materijalom": zaštitni materijal, zbog potrebe za dodavanjem velike količine provodljivog ugljičnog crnila, povećava se njegova viskoznost, te se naglo smanjuje tečnost; bezhalogeno gorivo koje usporava plamen, zbog potrebe za dodavanjem velike količine usporivača plamena bez halogena, također se viskoznost bezhalogenog materijala naglo povećava, te se tečnost naglo smanjuje. Rješenje je pronaći polimer koji može primiti velike doze punila, ali također ima nisku viskoznost topljenja i dobru tečnost. Iz tog razloga, EVA je preferirani izbor.
Viskoznost EVA taline s temperaturom obrade ekstruzijom i brzinom smicanja će se povećati i brzo smanjiti, korisnik treba samo podesiti temperaturu ekstrudera i brzinu puža, čime se mogu postići odlične performanse žičanih i kablovskih proizvoda. Veliki broj domaćih i stranih primjena pokazuje da, za visoko punjene materijale bez halogena s niskim dimom, zbog prevelike viskoznosti, indeks taline je premalen, tako da se koristi samo ekstruzija puža s niskim omjerom kompresije (omjer kompresije manji od 1,3) kako bi se osigurala dobra kvaliteta ekstruzije. EVM 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 termohemijskim (peroksidnim) umrežavanjem ili umrežavanjem zračenjem elektronskog akceleratora.
2. 3 Lako se modificira i prilagođava
Žice i kablovi su svuda, od neba do zemlje, od planina do mora. Zahtjevi korisnika za žice i kablove su također raznoliki i neobični, dok je struktura žica i kablova slična, razlike u performansama se uglavnom ogledaju u materijalima izolacije i plašta.
Do sada, kako u zemlji tako i u inostranstvu, meki PVC i dalje čini veliku većinu polimernih materijala koji se koriste u kablovskoj industriji. Međutim, sa sve većom sviješću o zaštiti okoliša i održivom razvoju.
PVC materijali su uveliko ograničeni, naučnici čine sve što je moguće kako bi pronašli alternativne materijale za PVC, od kojih je najperspektivniji 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 kablove, ali i u umreženu gumu za gumene kablove. Dizajneri formulacija mogu se bazirati na zahtjevima korisnika (ili standarda), koristeći EVA kao osnovni materijal, kako bi performanse materijala ispunile zahtjeve.
3 Područje primjene EVA-e
3. 1 Koristi se kao poluprovodni zaštitni materijal za visokonaponske kablove
Kao što svi znamo, glavni materijal zaštitnog materijala je provodljivi ugljični čađ. Dodavanje velike količine ugljičnog čađi u osnovni materijal od plastike ili gume ozbiljno će pogoršati fluidnost zaštitnog materijala i glatkoću ekstruzije. Da bi se spriječila djelomična pražnjenja u visokonaponskim kablovima, unutrašnji i vanjski štitovi moraju biti tanki, sjajni, svijetli i ujednačeni. U poređenju s drugim polimerima, EVA to može lakše postići. Razlog tome je što je proces ekstruzije EVA posebno dobar, dobro teče i nije sklon fenomenu pucanja topljenja. Zaštitni materijal se dijeli u dvije kategorije: omotani provodnikom izvana, nazvan unutrašnji štit – s materijalom unutrašnjeg ekrana; omotani izolacijom izvana, nazvan vanjski štit – s materijalom vanjskog ekrana; materijal unutrašnjeg ekrana je uglavnom termoplastičan. Materijal unutrašnjeg ekrana je uglavnom termoplastičan i često se bazira na EVA sa sadržajem VA od 18% do 28%; materijal vanjskog ekrana je uglavnom umrežen i ljušti se i često se bazira na EVA sa sadržajem VA od 40% do 46%.
3. 2 Termoplastična i umrežena goriva sa usporivačima gorenja
Termoplastični poliolefin otporan na plamen se široko koristi u kablovskoj industriji, uglavnom za halogene ili bezhalogene zahtjeve za brodske kablove, energetske kablove i visokokvalitetne građevinske vodove. Njihove dugoročne radne temperature kreću se od 70 do 90 °C.
Za srednjenaponske i visokonaponske kablove od 10 kV i više, koji imaju vrlo visoke zahtjeve za električne performanse, svojstva usporavanja plamena uglavnom se odnose na vanjski omotač. U nekim ekološki zahtjevnim zgradama ili projektima, kablovi moraju imati svojstva niskog dimljenja, bez halogena, niske toksičnosti ili niskog dimljenja i niskog halogena, tako da su termoplastični poliolefini usporavajući plamen održivo rješenje.
Za neke posebne namjene, vanjski promjer nije velik, temperaturna otpornost između specijalnog kabela i umreženog materijala od poliolefina otpornog na plamen kreće se između 105 ~ 150 ℃. Proizvođač kabela može odabrati način umrežavanja prema vlastitim proizvodnim uvjetima, bilo tradicionalnom parom visokog pritiska ili visokotemperaturnom slanom kupkom, ali i dostupnim zračenjem u akceleratoru elektrona na sobnoj temperaturi. Dugoročna radna temperatura podijeljena je u tri sloja: 105 ℃, 125 ℃ i 150 ℃. Proizvodni pogon može se prilagoditi različitim zahtjevima korisnika ili standardima, uključujući barijere za gorivo bez halogena ili one koje sadrže halogen.
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 principu slične kompatibilnosti. Međutim, mnogi standardi za kablove u zemlji i inostranstvu također propisuju da umreženi polimeri moraju imati i dobru otpornost na ulja, rastvarače, pa čak i na uljne suspenzije, kiseline i alkalije. Ovo je izazov za istraživače materijala, sada su, bilo u Kini ili inostranstvu, razvijeni ovi zahtjevni materijali, a njihov osnovni materijal je EVA.
3. 3 Materijal za zaštitu od kisika
Višežilni kablovi s više prediva imaju mnogo praznina između žila koje je potrebno popuniti kako bi se osigurao zaobljeni izgled kabla, ako je punjenje unutar vanjskog omotača napravljeno od bezhalogene barijere za gorivo. Ovaj sloj punjenja djeluje kao barijera za plamen (kisik) kada kabl gori i stoga je u industriji poznat kao "kisik barijera".
Osnovni zahtjevi za materijal koji štiti od kisika 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 kablovskoj industriji više od deset godina i dovela je do značajnih poboljšanja usporavanja plamena kablova. Kisikova barijera se može koristiti i za kablove bez halogena koji usporavaju plamen i za kablove bez halogena koji usporavaju plamen (npr. PVC). Velika količina prakse je pokazala da kablovi sa kisikovom barijerom imaju veću vjerovatnoću da prođu testove pojedinačnog vertikalnog gorenja i gorenja snopa.
Sa stanovišta formulacije materijala, ovaj materijal koji štiti od kisika je zapravo "ultra visoko punilo", jer je za postizanje niske cijene potrebno koristiti visoko punilo. Da bi se postigao visok indeks 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 plašt skloni su dvama problemima: prvo, skloni su lomljenju taline (npr. "ajkulina koža") tokom ekstruzije; drugo, skloni su pucanju usljed naprezanja u okolišu. Najjednostavnije rješenje je dodati određeni udio EVA u formulaciju. Ako se koristi kao modificirani EVA, uglavnom se koristi nizak sadržaj VA te klase, a njegov indeks taline između 1 i 2 je prikladan.
4. Razvojne perspektive
(1) EVA se široko koristi u kablovskoj industriji, a godišnja količina postepeno i stalno raste. Posebno u posljednjoj deceniji, zbog važnosti zaštite okoliša, EVA materijali otporni na gorivo brzo su se razvijali i djelimično su zamijenili PVC materijale za kablove. Njegove odlične cjenovne performanse i odlične performanse u procesu ekstruzije teško ih je zamijeniti bilo kojim drugim materijalom.
(2) Godišnja potrošnja EVA smole u kablovskoj industriji je blizu 100.000 tona, izbor vrsta EVA smole, sa niskim i visokim sadržajem VA, zajedno sa veličinom preduzeća za granulaciju kablovskog materijala nije velik, raspoređen u svakom preduzeću svake godine samo u hiljadama tona EVA smole, tako da EVA industrija neće biti u centru pažnje gigantskih preduzeća. Na primjer, najveća količina osnovnog materijala bez halogena, usporivača gorenja, glavni izbor je VA/MI = 28/2 ~ 3 EVA smole (kao što je američki DuPont EVA 265#). I ova specifikacija klase EVA do sada nije proizvedena i isporučena od strane domaćih proizvođača. A da ne spominjemo sadržaj VA veći od 28 i indeks topljenja manji od 3 u poređenju sa drugim EVA smolama koje se proizvode i isporučuju.
(3) Strane kompanije proizvode EVA zbog nedostatka domaće konkurencije, a cijena je dugo bila visoka, što ozbiljno potiskuje entuzijazam domaćih fabrika kablova za proizvodnju. Više od 50% sadržaja VA u gumenom EVM-u dominiraju strane kompanije, a cijena je 2 do 3 puta slična sadržaju VA u brendu. Takve visoke cijene, zauzvrat, utiču i na količinu ovog gumenog EVM-a, pa kablovska industrija poziva domaće proizvođače EVA da poboljšaju 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, kablovska industrija smatra EVA najboljim osnovnim materijalom za ekološki prihvatljivu otpornost na gorivo. Upotreba EVA raste po stopi od 15% godišnje i izgledi su vrlo obećavajući. Količina i stopa rasta zaštitnih materijala i proizvodnje i stope rasta kablova 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 narednih 5 do 10 godina mogu se održati i ova stopa rasta.
Vrijeme objave: 31. jul 2022.