1. Úvod
EVA je skratka pre kopolymér etylénvinylacetátu, polyolefínový polymér. Vďaka nízkej teplote topenia, dobrej tekutosti, polarite a nehalogénovým prvkom je kompatibilný s rôznymi polymérmi a minerálnymi práškami, má množstvo mechanických a fyzikálnych vlastností, elektrických vlastností a vyvážený spracovateľský výkon a nie je vysoká cena. Na trhu je dostatočná ponuka, takže sa môže použiť ako izolačný materiál na káble, ale aj ako výplňový materiál, materiál na plášť; môže sa vyrobiť z termoplastického materiálu a môže sa vyrobiť z termosetového zosieťovacieho materiálu.
EVA má široké využitie a s retardérmi horenia sa dá vyrobiť ako nízkodymivá bezhalogénová alebo palivová bariéra; výberom EVA s vysokým obsahom VA ako základného materiálu sa dá vyrobiť aj materiál odolný voči oleju; výberom EVA s miernym indexom tavenia pridajte 2 až 3-násobok náplne spomaľovačov horenia EVA, čím sa dosiahne výkonnosť extrúzneho procesu a cena vyváženejšieho kyslíkového bariérového (plniaceho) materiálu.
V tomto článku sa venujeme štrukturálnym vlastnostiam EVA, jej využitiu v káblovom priemysle a perspektívam rozvoja.
2. Štrukturálne vlastnosti
Pri syntéze môže zmena pomeru stupňa polymerizácie n/m viesť k zvýšeniu obsahu VA z 5 na 90 % EVA; zvýšenie celkového stupňa polymerizácie môže viesť k molekulovej hmotnosti z desiatok tisíc na stovky tisíc EVA; obsah VA pod 40 % je bežne známy ako EVA plast v dôsledku čiastočnej kryštalizácie a nízkej elasticity; ak je obsah VA vyšší ako 40 %, elastomér podobný gume bez kryštalizácie sa bežne nazýva EVM guma.
1. 2 Nehnuteľnosti
Molekulárny reťazec EVA má lineárnu nasýtenú štruktúru, takže má dobrú odolnosť voči tepelnému starnutiu, poveternostným vplyvom a ozónu.
Hlavný reťazec molekuly EVA neobsahuje dvojité väzby, benzénový kruh, acyl, amínové skupiny a iné skupiny, ktoré sa pri horení ľahko dymia, a bočné reťazce tiež neobsahujú metylové, fenylové, kyano a iné skupiny, ktoré sa pri horení ľahko dymia. Okrem toho samotná molekula neobsahuje halogénové prvky, takže je obzvlášť vhodná pre nízkodymivú bezhalogénovú rezistívnu palivovú bázu.
Veľká veľkosť vinylacetátovej (VA) skupiny v bočnom reťazci EVA a jej stredná polarita znamená, že inhibuje tendenciu vinylového reťazca kryštalizovať a dobre sa viaže s minerálnymi plnivami, čo vytvára podmienky pre vysokoúčinné bariérové palivá. Platí to najmä pre nízkodymivé a bezhalogénové rezisty, pretože na splnenie požiadaviek noriem pre káble na samozhášavosť sa musia pridať spomaľovače horenia s viac ako 50 % objemovým obsahom [napr. Al(OH)3, Mg(OH)2 atď.]. EVA so stredným až vysokým obsahom VA sa používa ako základ na výrobu nízkodymivých a bezhalogénových palív spomaľujúcich horenie s vynikajúcimi vlastnosťami.
Keďže vinylacetátová skupina (VA) bočného reťazca EVA je polárna, čím vyšší je obsah VA, tým je polymér polárnejší a tým lepšia je jeho odolnosť voči olejom. Odolnosť voči olejom požadovaná v káblovom priemysle sa väčšinou vzťahuje na schopnosť odolávať nepolárnym alebo slabo polárnym minerálnym olejom. Podľa princípu podobnej kompatibility sa EVA s vysokým obsahom VA používa ako základný materiál na výrobu palivovej bariéry s nízkym obsahom dymu a bez halogénov s dobrou odolnosťou voči olejom.
Molekuly EVA v alfa-olefínových vodíkových atómoch sú aktívnejšie a v peroxidových radikáloch alebo vysokoenergetickom elektrónovom žiarení ľahko podliehajú reakcii zosieťovania vodíka, čím sa stávajú zosieťovanými plastmi alebo gumami a môžu spĺňať náročné výkonnostné požiadavky na špeciálne drôty a káblové materiály.
Pridanie vinylacetátovej skupiny výrazne znižuje teplotu topenia EVA a počet krátkych bočných reťazcov VA môže zvýšiť tok EVA. Preto je jeho extrúzny výkon oveľa lepší ako molekulárna štruktúra podobného polyetylénu, a stáva sa preferovaným základným materiálom pre polovodivé tieniace materiály a halogénové a bezhalogénové palivové bariéry.
2 Výhody produktu
2. 1 Extrémne vysoká cena/výkon
Fyzikálne a mechanické vlastnosti EVA, tepelná odolnosť, odolnosť voči poveternostným vplyvom, odolnosť voči ozónu a elektrické vlastnosti sú veľmi dobré. Vyberte vhodnú triedu, ktorá môže byť vyrobená ako špeciálny kábel s tepelnou odolnosťou, spomaľovačom horenia, ale aj odolnosťou voči olejom a rozpúšťadlám.
Termoplastický materiál EVA sa používa prevažne s obsahom VA 15 % až 46 % a s indexom tavenia 0,5 až 4 stupne. EVA má veľa výrobcov, veľa značiek, širokú škálu možností, mierne ceny, dostatočnú ponuku, používatelia stačí otvoriť sekciu EVA na webovej stránke, značka, výkon, cena, miesto doručenia sú na prvý pohľad viditeľné, môžete si vybrať, veľmi pohodlné.
EVA je polyolefínový polymér, ktorého mäkkosť a výkon sa porovnávajú s polyetylénovým (PE) materiálom a mäkkým polyvinylchloridom (PVC) káblovým materiálom. Pri ďalšom výskume však zistíte, že EVA a vyššie uvedené dva typy materiálov majú nenahraditeľnú prevahu.
2. 2 vynikajúci výkon spracovania
EVA sa v káblových aplikáciách používa ako tieniaci materiál pre strednonapäťové a vysokonapäťové káble, spočiatku vo vnútri aj zvonku, a neskôr sa rozšíril na bezhalogénové palivové bariéry. Z hľadiska spracovania sa tieto dva typy materiálov považujú za „vysoko plnený materiál“: v prípade tieniaceho materiálu sa kvôli potrebe pridania veľkého množstva vodivého uhlíkového čierneho pigmentu zvyšuje jeho viskozita, čo má za následok prudký pokles tekutosti; v prípade bezhalogénových spomaľovačov horenia sa kvôli potrebe pridania veľkého množstva bezhalogénových spomaľovačov horenia prudko zvyšuje aj ich viskozita, čo má za následok prudký pokles tekutosti. Riešením je nájsť polymér, ktorý dokáže absorbovať veľké množstvo plniva, ale zároveň má nízku viskozitu taveniny a dobrú tekutosť. Z tohto dôvodu je EVA preferovanou voľbou.
Viskozita taveniny EVA sa v závislosti od teploty extrúzie a šmykovej rýchlosti zvýši a prudko klesne. Používateľ stačí nastaviť teplotu extrudéra a rýchlosť závitovky, čím dosiahne vynikajúci výkon pri výrobe drôtov a káblov. Veľké množstvo domácich aj zahraničných aplikácií ukazuje, že pri vysoko plnených materiáloch s nízkym dymom a bez halogénov je index taveniny príliš nízky, pretože viskozita je príliš vysoká, takže na zabezpečenie dobrej kvality extrúzie sa používa iba závitovková extrúzia s nízkym kompresným pomerom (kompresný pomer menší ako 1,3). Materiály na báze gumy EVM s vulkanizačnými činidlami sa môžu extrúdovať na gumových aj univerzálnych extrudéroch. Následný proces vulkanizácie (zosieťovania) sa môže vykonávať buď termochemickým (peroxidovým) zosieťovaním, alebo ožarovaním elektrónovým urýchľovačom.
2. 3 Jednoduchá úprava a prispôsobenie
Drôty a káble sú všade, od neba po zem, od hôr po more. Požiadavky používateľov na drôty a káble sú tiež rôzne a zvláštne, zatiaľ čo štruktúra drôtov a káblov je podobná, rozdiely vo výkone sa odrážajú najmä v izolačných a plášťových materiáloch.
Mäkké PVC doteraz tvorí prevažnú väčšinu polymérnych materiálov používaných v káblovom priemysle, a to doma aj v zahraničí. S rastúcim povedomím o ochrane životného prostredia a trvalo udržateľnom rozvoji sa však zvyšuje aj povedomie o tejto problematike.
PVC materiály boli značne obmedzené, vedci robia všetko pre to, aby našli alternatívne materiály k PVC, z ktorých najsľubnejší je EVA.
EVA sa môže miešať s rôznymi polymérmi, ale aj s rôznymi minerálnymi práškami a kompatibilnými pomocnými látkami pri spracovaní. Zmiešané produkty sa môžu spracovať na termoplastický plast pre plastové káble, ale aj na zosieťovanú gumu pre gumové káble. Návrhári receptúr môžu vychádzať z požiadaviek používateľa (alebo normy) a použiť EVA ako základný materiál, aby sa dosiahli požadované vlastnosti materiálu.
3 Rozsah použitia EVA
3. 1 Používa sa ako polovodivý tieniaci materiál pre vysokonapäťové napájacie káble
Ako všetci vieme, hlavným materiálom tieniaceho materiálu je vodivý uhlíkový čierny materiál. Pridanie veľkého množstva čierneho čierneho materiálu do plastového alebo gumového základného materiálu vážne zhorší tekutosť tieniaceho materiálu a hladkosť extrúzie. Aby sa zabránilo čiastočným výbojom vo vysokonapäťových kábloch, vnútorné a vonkajšie tienenie musia byť tenké, lesklé, svetlé a rovnomerné. V porovnaní s inými polymérmi to EVA dokáže ľahšie. Dôvodom je, že proces extrúzie EVA je obzvlášť dobrý, má dobrý tok a nie je náchylný na prasknutie taveniny. Tieniaci materiál sa delí na dve kategórie: obalený vonkajším vodičom, nazývaný vnútorný štít – s vnútorným materiálom tienenia; obalený vonkajšou izoláciou, nazývanou vonkajší štít – s vonkajším materiálom tienenia; vnútorný materiál tienenia je prevažne termoplastický. Vnútorný materiál tienenia je prevažne termoplastický a často je na báze EVA s obsahom VA 18 % až 28 %; vonkajší materiál tienenia je prevažne zosieťovaný a odlupovateľný a často je na báze EVA s obsahom VA 40 % až 46 %.
3. 2 Termoplastické a zosieťované palivá spomaľujúce horenie
Termoplastický polyolefín s retardérom horenia sa široko používa v káblovom priemysle, najmä pre halogénové alebo bezhalogénové požiadavky na námorné káble, silové káble a vysoko kvalitné stavebné vedenia. Ich dlhodobé prevádzkové teploty sa pohybujú od 70 do 90 °C.
Pri kábloch stredného a vysokého napätia s napätím 10 kV a viac, ktoré majú veľmi vysoké požiadavky na elektrický výkon, sú vlastnosti spomaľujúce horenie zabezpečované najmä vonkajším plášťom. V niektorých environmentálne náročných budovách alebo projektoch sa od káblov vyžaduje, aby mali nízke dymivosť, neobsahovali halogény, boli nízkotoxické alebo nízkodymivé a obsahovali nízke halogény, preto sú termoplastické polyolefíny spomaľujúce horenie vhodným riešením.
Pre niektoré špeciálne účely nie je vonkajší priemer veľký, teplotná odolnosť medzi špeciálnym káblom a viac zosieťovaným polyolefínovým materiálom spomaľujúcim horenie je 105 ~ 150 ℃. Výrobca kábla si môže zosieťovanie zvoliť podľa vlastných výrobných podmienok, a to buď tradičnou vysokotlakovou parou alebo vysokoteplotným soľným kúpeľom, alebo dostupným spôsobom zosieťovania ožarovaním v urýchľovači elektrónov pri izbovej teplote. Jeho dlhodobá pracovná teplota je rozdelená do troch súborov: 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃. Výrobné zariadenie môže byť vyrobené podľa rôznych požiadaviek používateľov alebo noriem, bezhalogénových alebo halogénovo obsahujúcich palivových bariér.
Je dobre známe, že polyolefíny sú nepolárne alebo slabo polárne polyméry. Keďže sú svojou polaritou podobné minerálnym olejom, polyolefíny sa väčšinou považujú za menej odolné voči olejom na základe princípu podobnej kompatibility. Mnohé káblové normy doma aj v zahraničí však tiež stanovujú, že zosieťované rezistory musia mať dobrú odolnosť voči olejom, rozpúšťadlám a dokonca aj voči olejovým suspenziám, kyselinám a zásadám. To je výzva pre výskumníkov materiálov. V súčasnosti, či už v Číne alebo v zahraničí, boli tieto náročné materiály vyvinuté a ich základným materiálom je EVA.
3. 3 Materiál s kyslíkovou bariérou
Viacžilové lankové káble majú medzi žilami veľa dutín, ktoré je potrebné vyplniť, aby sa zabezpečil zaoblený vzhľad kábla, ak je výplň vo vonkajšom plášti vyrobená z bezhalogénovej palivovej bariéry. Táto výplňová vrstva slúži ako bariéra proti plameňu (kyslíku), keď kábel horí, a preto je v priemysle známa ako „kyslíková bariéra“.
Základné požiadavky na materiál s kyslíkovou bariérou sú: dobré extrúzne vlastnosti, dobrá odolnosť voči horeniu bez halogénov (index kyslíka zvyčajne nad 40) a nízke náklady.
Táto kyslíková bariéra sa v káblovom priemysle hojne používa už viac ako desať rokov a viedla k významnému zlepšeniu v samozhášacej odolnosti káblov. Kyslíkovú bariéru možno použiť pre bezhalogénové káble so samozhášacou úpravou aj pre bezhalogénové káble so samozhášacou úpravou (napr. PVC). Veľká prax ukázala, že káble s kyslíkovou bariérou s väčšou pravdepodobnosťou prejdú testami jednostranného vertikálneho horenia a horenia zväzkov.
Z hľadiska zloženia materiálu je tento materiál s kyslíkovou bariérou v skutočnosti „ultra vysoko plnivo“, pretože na dosiahnutie nízkych nákladov je potrebné použiť vysoko plnivo. Na dosiahnutie vysokého kyslíkového indexu je potrebné pridať aj vysoký podiel (2 až 3-násobok) Mg(OH)2 alebo Al(OH)3 a na dobré vytlačenie je potrebné zvoliť EVA ako základný materiál.
3. 4 Modifikovaný PE plášťový materiál
Polyetylénové plášťové materiály sú náchylné na dva problémy: po prvé, sú náchylné na praskanie taveniny (napr. žraločia koža) počas extrúzie; po druhé, sú náchylné na praskanie v dôsledku environmentálneho napätia. Najjednoduchším riešením je pridať do receptúry určitý podiel EVA. Ak sa používa ako modifikovaná EVA, väčšinou s nízkym obsahom VA danej triedy, jej index taveniny je medzi 1 a 2.
4. Perspektívy rozvoja
(1) EVA sa široko používa v káblovom priemysle a jeho ročné množstvo postupne a stabilne rastie. Najmä v poslednom desaťročí sa vzhľadom na dôležitosť ochrany životného prostredia rýchlo rozvíja odolnosť voči palivám na báze EVA, ktorá čiastočne nahradila trend káblových materiálov na báze PVC. Vďaka vynikajúcej cenovej relatívnej hodnote a vynikajúcemu výkonu pri extrúzii je ťažké nahradiť iný materiál.
(2) Ročná spotreba živice EVA v káblovom priemysle sa blíži k 100 000 ton, výber odrôd živice EVA sa pohybuje od nízkeho po vysoký obsah VA, čo spolu s veľkosťou podniku zaoberajúceho sa granuláciou káblového materiálu nie je veľká, každý podnik ročne rozloží iba tisíce ton živice EVA nahor a nadol, a preto nebude záujmom gigantických podnikov v odvetví EVA. Napríklad, najväčší objem bezhalogénového základného materiálu spomaľovača horenia je hlavným výberom živice EVA s pomerom VA/MI = 28/2 ~ 3 (napríklad americká DuPont EVA 265#). A tento stupeň špecifikácie EVA zatiaľ žiadny domáci výrobca nevyrába a nedodáva. Nehovoriac o obsahu VA vyššom ako 28 a indexe tavenia nižšom ako 3 v porovnaní s inou výrobou a dodávkou živice EVA.
(3) Zahraničné spoločnosti vyrábajúce EVA nemajú doma konkurenciu a ceny sú dlhodobo vysoké, čo vážne potláča nadšenie pre výrobu v domácich káblových závodoch. Viac ako 50 % obsahu VA v kaučukovom EVM dominujú zahraničné spoločnosti a cena je 2 až 3-krát podobná obsahu VA značky. Takéto vysoké ceny zase ovplyvňujú aj množstvo tohto kaučukového EVM, takže káblový priemysel vyzýva domácich výrobcov EVA, aby zvýšili tempo domácej produkcie EVA. V tomto odvetví sa výrazne využíva živica EVA.
(4) Vzhľadom na trendy v ochrane životného prostredia v ére globalizácie považuje káblový priemysel EVA za najlepší základný materiál pre ekologickú odolnosť voči palivám. Používanie EVA rastie tempom 15 % ročne a vyhliadky sú veľmi sľubné. Množstvo a tempo rastu výroby tieniacich materiálov a káblov stredného a vysokého napätia a tempo rastu sa pohybujú medzi 8 % až 10 %; odolnosť voči polyolefínom rýchlo rastie, v posledných rokoch sa udržala na úrovni 15 % až 20 % a v dohľadných nasledujúcich 5 až 10 rokoch by sa táto miera rastu mohla udržať.
Čas uverejnenia: 31. júla 2022