1. Въведение
EVA е съкращение от етиленвинилацетатен съполимер, полиолефинов полимер. Поради ниската си температура на топене, добрата си течливост, полярността и липсата на халогенни елементи, той е съвместим с различни полимери и минерални прахове, има редица механични и физични свойства, електрически свойства и балансирана обработка, а цената му не е висока. Предлагането на пазара е достатъчно. Може да се използва както като изолационен материал за кабели, така и като пълнител и обвивка; може да се използва като термопластичен материал и като термореактивен омрежващ материал.
EVA има широк спектър от приложения, със забавители на горенето, може да се превърне в нискодимна безхалогенна или безхалогенна горивна бариера; ако изберете EVA с високо съдържание на VA като основен материал, можете да го превърнете в маслоустойчив материал; ако изберете EVA с умерен индекс на топене, добавете 2 до 3 пъти повече пълнеж от забавители на горенето EVA, което може да доведе до по-балансирана производителност на процеса на екструдиране и цена на кислородната бариера (пълнеж) на по-балансиран материал.
В тази статия, от структурните свойства на EVA, въвеждането на неговото приложение в кабелната индустрия и перспективите за развитие.
2. Структурни свойства
При синтез, промяната на съотношението степен на полимеризация n/m може да доведе до увеличаване на съдържанието на VA от 5 до 90% от EVA; увеличаването на общата степен на полимеризация може да доведе до молекулно тегло от десетки хиляди до стотици хиляди EVA; съдържание на VA под 40%, поради наличието на частична кристализация и лоша еластичност, е известно като EVA пластмаса; когато съдържанието на VA е по-голямо от 40%, каучукоподобен еластомер без кристализация е известен като EVM каучук.
1. 2 Имоти
Молекулярната верига на EVA е линейна наситена структура, така че има добра устойчивост на топлинно стареене, атмосферни влияния и озон.
Главната верига на молекулата на EVA не съдържа двойни връзки, бензолен пръстен, ацил, амино групи и други групи, които лесно се димят при горене, страничните вериги също не съдържат метил, фенил, циано и други групи, които лесно се димят при горене. Освен това, самата молекула не съдържа халогенни елементи, така че е особено подходяща за нискодимна резистивна горивна основа без халогени.
Големият размер на винилацетатната (VA) група в страничната верига на EVA и средната ѝ полярност означават, че тя едновременно инхибира тенденцията на виниловия скелет да кристализира и се свързва добре с минерални пълнители, което създава условия за високоефективни бариерни горива. Това е особено вярно за нискодимни и безхалогенни резисти, тъй като забавителите на горенето с над 50% обемно съдържание [напр. Al(OH)3, Mg(OH)2 и др.] трябва да се добавят, за да се отговорят на изискванията на кабелните стандарти за забавяне на горенето. EVA със средно до високо съдържание на VA се използва като основа за производство на нискодимни и безхалогенни забавители на горенето горива с отлични свойства.
Тъй като винилацетатната група (VA) на страничната верига на EVA е полярна, колкото по-високо е съдържанието на VA, толкова по-полярен е полимерът и толкова по-добра е маслоустойчивостта. Маслоустойчивостта, изисквана от кабелната индустрия, се отнася най-вече до способността за устойчивост на неполярни или слабо полярни минерални масла. Съгласно принципа на подобна съвместимост, EVA с високо съдържание на VA се използва като основен материал за производство на горивна бариера с ниско съдържание на дим и халогени с добра маслоустойчивост.
Молекулите на EVA в алфа-олефиновия водороден атом са по-активни, а в пероксидните радикали или високоенергийното електронно излъчване лесно се приемат водородни реакции на омрежване, превръщайки се в омрежена пластмаса или гума, което може да се използва за специални кабелни и проводни материали, отговарящи на изискванията за производителност.
Добавянето на винилацетатната група води до значително понижаване на температурата на топене на EVA, а броят на късите странични вериги на VA може да увеличи течливостта на EVA. Следователно, неговите екструдиращи характеристики са много по-добри от молекулярната структура на подобен полиетилен, превръщайки се в предпочитан основен материал за полупроводникови екраниращи материали и халогенни и безхалогенни горивни бариери.
2 Предимства на продукта
2. 1 Изключително високо съотношение цена-качество
Физическите и механичните свойства на EVA, устойчивостта на топлина, устойчивостта на атмосферни влияния, устойчивостта на озон и електрическите свойства са много добри. Изберете подходящ клас, който може да осигури устойчивост на топлина, огнеупорност, както и устойчивост на масло и разтворители като специален кабелен материал.
Термопластичният EVA материал се използва най-вече със съдържание на VA от 15% до 46%, с индекс на топене от 0,5 до 4 градуса. EVA има много производители, много марки, широка гама от опции, умерени цени, достатъчно предлагане, потребителите трябва само да отворят секцията EVA на уебсайта, марката, производителността, цената, мястото за доставка са накратко, можете да изберете, много удобно.
EVA е полиолефинов полимер, чиято мекота и употреба са сравними с производителността на полиетилен (PE) материала и мекия поливинилхлорид (PVC) кабелен материал. Но при по-нататъшно проучване ще откриете, че EVA и горните два вида материали са с незаменимо превъзходство.
2. 2 отлична производителност при обработка
EVA (витамин C) в кабелното приложение първоначално се използва като екраниращ материал за кабели със средно и високо напрежение, както вътре, така и извън тях, а по-късно се разширява до безхалогенни горивни бариери. От гледна точка на обработката, тези два вида материали се считат за „силно запълнени материали“: при екраниращите материали е необходимо да се добави голямо количество проводими сажди, което води до повишаване на вискозитета им, а течливостта им рязко спада; при безхалогенните горива, които изискват добавяне на голямо количество безхалогенни забавители на горенето, вискозитетът им също се увеличава рязко, а течливостта им също рязко спада. Решението е да се намери полимер, който може да поеме големи дози пълнител, но същевременно има нисък вискозитет на топене и добра течливост. Поради тази причина EVA е предпочитаният избор.
Вискозитетът на стопилката EVA в зависимост от температурата на екструдиране и скоростта на срязване ще се увеличи и ще се понижи бързо. Потребителят трябва само да регулира температурата на екструдера и скоростта на шнека, за да постигне отлични резултати при телени и кабелни продукти. Голям брой местни и чуждестранни приложения показват, че при високопълнежни, нискодимни и безхалогенни материали, вискозитетът е твърде висок, а индексът на стопилка е твърде малък. Затова е необходимо само екструдиране с шнек с ниско съотношение на компресия (коефициент на компресия по-малък от 1,3), за да се осигури добро качество на екструдиране. Материалите на основата на каучук EVM с вулканизиращи агенти могат да се екструдират както с екструдери за каучук, така и с екструдери за общо предназначение. Последващият процес на вулканизация (омрежване) може да се осъществи или чрез термохимично (пероксидно) омрежване, или чрез облъчване с електронен ускорител.
2. 3 Лесен за модифициране и адаптиране
Проводници и кабели са навсякъде, от небето до земята, от планините до морето. Изискванията на потребителите към проводници и кабели също са разнообразни и странни, макар структурата на проводниците и кабелите да е сходна, разликите в техните характеристики се отразяват главно в изолационните и обвивните покривни материали.
Досега, както в страната, така и в чужбина, мекият PVC все още представлява по-голямата част от полимерните материали, използвани в кабелната индустрия. Въпреки това, с нарастващото осъзнаване на опазването на околната среда и устойчивото развитие.
PVC материалите са силно ограничени, учените правят всичко възможно, за да намерят алтернативни материали на PVC, най-обещаващият от които е EVA.
EVA може да се смесва с различни полимери, но също така и с различни минерални прахове и съвместими помощни средства за обработка. Смесените продукти могат да бъдат превърнати в термопластична пластмаса за пластмасови кабели, но също така и в омрежена гума за гумени кабели. Дизайнерите на формули могат да се основават на потребителските (или стандартните) изисквания, като EVA като основен материал, за да се постигнат необходимите характеристики на материала.
3 Диапазон на приложение на EVA
3. 1 Използва се като полупроводников екраниращ материал за високоволтови силови кабели
Както всички знаем, основният материал на екраниращия материал е проводим въглероден черен. Добавянето на голямо количество въглероден черен в пластмасовия или каучуковия основен материал сериозно ще влоши течливостта на екраниращия материал и гладкостта на екструдирането. За да се предотвратят частични разряди във високоволтови кабели, вътрешният и външният екран трябва да бъдат тънки, лъскави, ярки и равномерни. В сравнение с други полимери, EVA може да постигне това по-лесно. Причината за това е, че процесът на екструдиране на EVA е особено добър, има добра течливост и не е склонен към разкъсване от стопяване. Екраниращият материал се разделя на две категории: обвит в проводника отвън, наречен вътрешен екран – с материала на вътрешния екран; обвит в изолацията отвън, наречен външен екран – с материала на външния екран; материалът на вътрешния екран е предимно термопластичен. Вътрешният екран е предимно термопластичен и често е базиран на EVA със съдържание на VA от 18% до 28%; външният екран е предимно омрежен и отлепващ се и често е базиран на EVA със съдържание на VA от 40% до 46%.
3. 2 Термопластични и омрежени горива, забавящи горенето
Термопластичният огнеупорен полиолефин се използва широко в кабелната индустрия, главно за халогенни или безхалогенни изисквания за морски кабели, силови кабели и висококачествени строителни линии. Дългосрочните им работни температури варират от 70 до 90 °C.
За силови кабели за средно и високо напрежение от 10 kV и повече, които имат много високи изисквания за електрически характеристики, свойствата на забавяне на горенето се носят главно от външната обвивка. В някои екологично взискателни сгради или проекти се изисква кабелите да имат свойства с ниско съдържание на дим, без халогени, ниска токсичност или с ниско съдържание на дим и ниско съдържание на халогени, така че термопластичните полиолефини, забавящи горенето, са жизнеспособно решение.
За някои специални цели външният диаметър не е голям, температурната устойчивост между специалния кабел е между 105 ~ 150 ℃ и по-скоро омрежен, огнеупорен полиолефинов материал. Омрежването може да се избере от производителя на кабела според неговите собствени производствени условия, както чрез традиционна пара под високо налягане или високотемпературна солена баня, така и чрез облъчване с електронен ускорител при стайна температура. Дългосрочната му работна температура е разделена на три режима: 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃. Производственото предприятие може да бъде произведено според различните изисквания на потребителите или стандарти, безхалогенно или съдържащо халоген гориво.
Добре известно е, че полиолефините са неполярни или слабо полярни полярни полимери. Тъй като по полярност са подобни на минералното масло, полиолефините се считат за по-малко устойчиви на масло, съгласно принципа на подобна съвместимост. Много стандарти за кабели в страната и чужбина обаче постановяват, че омрежените резисторни материали трябва да имат и добра устойчивост на масла, разтворители и дори на маслени суспензии, киселини и основи. Това е предизвикателство за изследователите на материали. Сега, независимо дали в Китай или в чужбина, тези взискателни материали са разработени, а основният им материал е EVA.
3. 3 Кислородно-бариерен материал
Многожилните кабели с много жила имат много кухини между жилата, които трябва да бъдат запълнени, за да се осигури заоблен вид на кабела, ако пълнежът във външната обвивка е направен от безхалогенна горивна бариера. Този пълнежен слой действа като бариера срещу пламък (кислород), когато кабелът гори и затова е известен като „кислородна бариера“ в индустрията.
Основните изисквания към кислородно-бариерен материал са: добри екструдиращи свойства, добра огнеупорност без халогени (кислороден индекс обикновено над 40) и ниска цена.
Тази кислородна бариера се използва широко в кабелната индустрия повече от десетилетие и е довела до значителни подобрения в огнеустойчивостта на кабелите. Кислородната бариера може да се използва както за безхалогенни огнеупорни кабели, така и за безхалогенни огнеупорни кабели (напр. PVC). Голяма част от практиката показва, че кабелите с кислородна бариера е по-вероятно да преминат тестове за единично вертикално горене и снопчево горене.
От гледна точка на формулировката на материала, този кислородно-бариерен материал всъщност е „ултра висок пълнител“, защото за да се постигне ниска цена, е необходимо да се използва висок пълнител. За да се постигне висок кислороден индекс, трябва да се добави и голямо количество (2 до 3 пъти) Mg(OH)2 или Al(OH)3, а за да се получи добро екструдиране, трябва да се избере EVA като основен материал.
3. 4 Модифициран PE обвивка
Полиетиленовите обвивни материали са предразположени към два проблема: първо, те са склонни към счупване на стопилката (т.е. образуване на „акула кожа“) по време на екструдиране; второ, те са склонни към напукване от напрежение в околната среда. Най-простото решение е да се добави определена част от EVA във формулата. Използва се като модифициран EVA, най-често с ниско съдържание на VA от даден клас, като индексът на топене между 1 и 2 е подходящ.
4. Перспективи за развитие
(1) EVA се използва широко в кабелната индустрия, като годишното количество нараства постепенно и стабилно. Особено през последното десетилетие, поради важността на опазването на околната среда, горивната устойчивост на базата на EVA се развива бързо и частично замества тенденцията за кабелни материали на базата на PVC. Отличните му разходи и отличните характеристики на процеса на екструдиране правят трудно заменяем с други материали.
(2) Годишната консумация на EVA смола в кабелната индустрия е близо 100 000 тона. Изборът на сортове EVA смола варира от ниско до високо съдържание на VA. Размерът на гранулирания материал за кабели не е голям. Разпределението на количеството EVA смола във всяко предприятие е само хиляди тона, което не е от голямо значение за индустрията на EVA. Например, най-голямото количество безхалогенен огнеупорен основен материал е VA/MI = 28/2 ~ 3 от EVA смолата (като например американската DuPont EVA 265#). Досега няма местен производител, който да произвежда и доставя този клас EVA. Съдържанието на VA е по-високо от 28, а индексът на топене е по-малък от 3 в сравнение с други производители на EVA смоли.
(3) Чуждестранните компании, произвеждащи EVA, поради липсата на местни конкуренти и дългосрочното високо производство на EVA, сериозно потискат ентусиазма на местните кабелни заводи. Повече от 50% от съдържанието на VA в каучуковия EVM е доминирано от чуждестранни компании, а цената е 2 до 3 пъти подобна на съдържанието на VA на марката. Такива високи цени от своя страна влияят и върху количеството на този каучуков EVM, така че кабелната индустрия призовава местните производители на EVA да подобрят темповете на местно производство на EVA. Производството на EVA е довело до значително увеличаване на производството в индустрията.
(4) Въз основа на тенденциите за опазване на околната среда в ерата на глобализацията, EVA се счита от кабелната индустрия за най-добрия основен материал за екологично съпротивление на горивата. Употребата на EVA нараства с 15% годишно и перспективите са много обещаващи. Количеството и темпът на растеж на производството на екраниращи материали и кабели за средно и високо напрежение и темпът на растеж са около 8% до 10%; полиолефиновите съпротивления нарастват бързо, като през последните години се задържат на ниво от 15% до 20% и през следващите 5 до 10 години може да се запази този темп на растеж.
Време на публикуване: 31 юли 2022 г.