1. Úvod
EVA je zkratka pro kopolymer ethylenvinylacetátu, což je polyolefinový polymer. Díky nízké teplotě tání, dobré tekutosti, polaritě a nehalogenovaným prvkům je kompatibilní s různými polymery a minerálními prášky, řadě mechanických a fyzikálních vlastností, elektrickým vlastnostem a vyváženému zpracování a nízké ceně je na trhu dostatečná nabídka, takže jej lze použít jak jako izolační materiál pro kabely, tak i jako výplňový a plášťový materiál; lze jej zpracovat na termoplastický materiál a termosetový síťovací materiál.
EVA má široké využití, s přísadami zpomalujícími hoření lze z nízká kouř, bez halogenů nebo jako palivovou bariéru; pokud zvolíte EVA s vysokým obsahem VA jako základní materiál, můžete ji také zpracovat na materiál odolný vůči olejům; pokud zvolíte EVA se středním indexem tavení, přidáním 2 až 3krát většího množství zpomalovačů hoření EVA lze dosáhnout lepšího výkonu a ceny materiálu pro kyslíkovou bariéru (plnivo).
V tomto článku se zabýváme strukturálními vlastnostmi EVA, jejím využitím v kabelovém průmyslu a perspektivami rozvoje.
2. Strukturální vlastnosti
Při syntéze může změna poměru stupně polymerace n/m vést k obsahu VA od 5 do 90 % EVA; zvýšení celkového stupně polymerace může vést k molekulové hmotnosti od desítek tisíc do stovek tisíc EVA; obsah VA pod 40 % je způsoben částečnou krystalizací a špatnou elasticitou, běžně známý jako EVA plast; pokud je obsah VA vyšší než 40 %, jedná se o pryžový elastomer bez krystalizace, běžně známý jako EVM kaučuk.
1. 2 Nemovitosti
Molekulární řetězec EVA má lineární nasycenou strukturu, takže má dobrou odolnost vůči tepelnému stárnutí, povětrnostním vlivům a ozonu.
Hlavní řetězec molekuly EVA neobsahuje dvojné vazby, benzenový kruh, acyl, aminoskupiny a další skupiny, které se při hoření snadno kouří, a postranní řetězce také neobsahují methyl, fenyl, kyano a další skupiny, které se při hoření snadno kouří. Kromě toho samotná molekula neobsahuje halogenové prvky, takže je obzvláště vhodná pro nízkokouřné bezhalogenové rezistivní palivo.
Velká velikost vinylacetátové (VA) skupiny v postranním řetězci EVA a její střední polarita znamená, že inhibuje tendenci vinylového řetězce ke krystalizaci a dobře se viaže s minerálními plnivy, což vytváří podmínky pro vysoce výkonná bariérová paliva. To platí zejména pro nízkokouřové a bezhalogenové rezisty, protože pro splnění požadavků kabelových norem na zpomalení hoření je nutné přidat zpomalovače hoření s více než 50 % objemu [např. Al(OH)3, Mg(OH)2 atd.]. EVA se středním až vysokým obsahem VA se používá jako základ pro výrobu nízkokouřových a bezhalogenových paliv zpomalujících hoření s vynikajícími vlastnostmi.
Protože vinylacetátová skupina (VA) postranního řetězce EVA je polární, čím vyšší je obsah VA, tím je polymer polární a tím lepší je odolnost vůči olejům. Odolnost vůči olejům požadovaná v kabelovém průmyslu se většinou vztahuje ke schopnosti odolávat nepolárním nebo slabě polárním minerálním olejům. Podle principu podobné kompatibility se EVA s vysokým obsahem VA používá jako základní materiál k výrobě palivové bariéry s nízkým obsahem kouře a bez halogenů s dobrou odolností vůči olejům.
Molekuly EVA v alfa-olefinovém atomu vodíku jsou aktivnější a v peroxidových radikálech nebo vysokoenergetickém elektronovém záření snadno podléhají zesíťovací reakci s vodíkem, čímž se stávají zesíťovanými plasty nebo gumami a mohou splňovat náročné výkonnostní požadavky na speciální drátové a kabelové materiály.
Přidání vinylacetátové skupiny výrazně snižuje teplotu tavení EVA a počet krátkých postranních řetězců VA může zvýšit tok EVA. Proto je jeho extruzní výkon mnohem lepší než molekulární struktura podobného polyethylenu, a stává se preferovaným základním materiálem pro polovodivé stínící materiály a halogenové a bezhalogenové palivové bariéry.
2 Výhody produktu
2. 1 Extrémně vysoký poměr ceny a výkonu
Fyzikální a mechanické vlastnosti EVA, tepelná odolnost, odolnost vůči povětrnostním vlivům, odolnost vůči ozonu a elektrické vlastnosti jsou velmi dobré. Vyberte vhodnou jakost, lze ji vyrobit jako speciální kabelový materiál odolný vůči teplu, zpomalující hoření, ale také odolný vůči olejům a rozpouštědlům.
Termoplastický materiál EVA se nejčastěji používá s obsahem VA 15 % až 46 % a indexem taveniny 0,5 až 4 stupně. EVA má mnoho výrobců, mnoho značek, širokou škálu možností, mírné ceny, dostatečnou nabídku, uživatelé stačí otevřít sekci EVA na webových stránkách, značka, výkon, cena, místo dodání jsou na první pohled viditelné, můžete si vybrat, velmi pohodlné.
EVA je polyolefinový polymer, jehož měkkost a výkonnost se srovnávají s polyethylenovým (PE) materiálem a měkkým polyvinylchloridem (PVC) kabelovým materiálem. Dalším výzkumem však zjistíte, že EVA a výše uvedené dva typy materiálů mají nenahraditelnou převahu.
2. 2 vynikající výkon zpracování
EVA v kabelových aplikacích se zpočátku používá jako stínící materiál pro kabely středního a vysokého napětí uvnitř i vně, později se rozšířil na bezhalogenové palivové bariéry. Z hlediska zpracování jsou tyto dva typy materiálů považovány za „vysoce plněné materiály“: u stínícího materiálu je nutné přidat velké množství vodivé saze, což zvyšuje jeho viskozitu a tím prudce klesá jeho tekutost; u bezhalogenového paliva s nehořlavou přísadou je nutné přidat velké množství bezhalogenových zpomalovačů hoření, což také prudce zvyšuje jeho viskozitu a snižuje jeho tekutost. Řešením je najít polymer, který dokáže pojmout velké množství plniva, ale zároveň má nízkou viskozitu taveniny a dobrou tekutost. Z tohoto důvodu je EVA preferovanou volbou.
Viskozita taveniny EVA se s teplotou extruzního zpracování a smykovou rychlostí zvýší a prudce klesne. Uživatel stačí upravit teplotu extruderu a rychlost šneku, čímž dosáhne vynikajícího výkonu u drátových a kabelových výrobků. Velké množství domácích i zahraničních aplikací ukazuje, že u vysoce plněných nízkokouřivých bezhalogenových materiálů je index taveniny příliš nízký, protože viskozita je příliš vysoká, takže pro zajištění dobré kvality extruze se používá pouze šneková extruze s nízkým kompresním poměrem (kompresní poměr menší než 1,3). Pryžové materiály EVM s vulkanizačními činidly lze extrudovat jak na pryžových, tak na univerzálních extruderech. Následný proces vulkanizace (zesíťování) lze provést buď termochemickým (peroxidovým) zesíťováním, nebo ozařováním elektronovým urychlovačem.
2. 3 Snadná úprava a přizpůsobení
Dráty a kabely jsou všude, od nebe k zemi, od hor k moři. Požadavky uživatelů na dráty a kabely jsou také rozmanité a zvláštní, zatímco struktura drátů a kabelů je sice podobná, ale rozdíly ve výkonu se odrážejí především v izolačních a plášťových krycích materiálech.
Měkké PVC dosud tvoří v tuzemsku i v zahraničí drtivou většinu polymerních materiálů používaných v kabelovém průmyslu. S rostoucím povědomím o ochraně životního prostředí a udržitelném rozvoji však...
PVC materiály byly značně omezeny, vědci dělají vše pro to, aby našli alternativní materiály k PVC, z nichž nejslibnější je EVA.
EVA lze míchat s různými polymery, ale také s různými minerálními prášky a kompatibilními pomocnými látkami. Smíchané produkty lze zpracovat na termoplastické plasty pro plastové kabely, ale také na zesítěnou pryž pro pryžové kabely. Návrháři receptur mohou vycházet z požadavků uživatele (nebo normy) a použít EVA jako základní materiál, aby vlastnosti materiálu splňovaly požadavky.
3 Rozsah použití EVA
3. 1 Používá se jako polovodivý stínící materiál pro vysokonapěťové silové kabely
Jak všichni víme, hlavním materiálem stínicího materiálu je vodivá saze. Přidání velkého množství sazí do plastového nebo pryžového základního materiálu vážně zhorší tekutost stínicího materiálu a hladkost extruze. Aby se zabránilo částečným výbojům ve vysokonapěťových kabelech, musí být vnitřní a vnější stínění tenké, lesklé, jasné a rovnoměrné. Ve srovnání s jinými polymery to EVA dosahuje snadněji. Důvodem je, že proces extruze EVA je obzvláště dobrý, má dobrou tekutost a není náchylný k prasknutí taveniny. Stínicí materiál se dělí do dvou kategorií: obalený vodičem na vnější straně, nazývaný vnitřní stínění – s materiálem vnitřní stínění; obalený izolací na vnější straně, nazývaný vnější stínění – s materiálem vnější stínění; materiál vnitřní stínění je většinou termoplastický. Materiál vnitřní stínění je většinou termoplastický a často je na bázi EVA s obsahem VA 18 % až 28 %; materiál vnějšího stínění je většinou zesítěný a odlupovatelný a často je na bázi EVA s obsahem VA 40 % až 46 %.
3. 2 Termoplastická a zesítěná paliva zpomalující hoření
Termoplastický polyolefin s nehořlavou úpravou se široce používá v kabelovém průmyslu, zejména pro halogenové nebo bezhalogenové požadavky na lodní kabely, silové kabely a vysoce kvalitní stavební vedení. Jeho dlouhodobé provozní teploty se pohybují od 70 do 90 °C.
U středněnapěťových a vysokonapěťových silových kabelů o napětí 10 kV a vyšším, které mají velmi vysoké požadavky na elektrický výkon, jsou vlastnosti zpomalující hoření neseny hlavně vnějším pláštěm. V některých ekologicky náročných budovách nebo projektech se od kabelů vyžaduje, aby měly nízkou kouřivost, byly bezhalogenové, s nízkou toxicitou nebo nízkou kouřivost a nízký obsah halogenů, proto jsou termoplastické polyolefiny zpomalující hoření vhodným řešením.
Pro některé speciální účely není vnější průměr velký a teplotní odolnost mezi speciálním kabelem a více zesítěným polyolefinovým materiálem zpomalujícím hoření je 105 ~ 150 ℃. Výrobce kabelu si může zvolit způsob zesíťování podle vlastních výrobních podmínek, a to jak tradičním vysokotlakým párem nebo vysokoteplotní solnou lázní, tak i dostupným způsobem zesíťování v urychlovači elektronů při pokojové teplotě. Jeho dlouhodobá pracovní teplota je rozdělena do tří rozsahů: 105 ℃, 125 ℃ a 150 ℃. Výrobní závod může být vyroben podle různých požadavků uživatelů nebo norem, bezhalogenový nebo halogen-obsahující palivový bariérový systém.
Je dobře známo, že polyolefiny jsou nepolární nebo slabě polární polymery. Vzhledem k tomu, že se svou polaritou podobají minerálnímu oleji, jsou polyolefiny většinou považovány za méně odolné vůči olejům na základě principu podobné kompatibility. Mnoho kabelových norem v tuzemsku i v zahraničí však také stanoví, že zesítěné rezistory musí mít také dobrou odolnost vůči olejům, rozpouštědlům a dokonce i olejovým suspenzím, kyselinám a zásadám. To je výzva pro výzkumníky materiálů. V současné době, ať už v Číně nebo v zahraničí, byly tyto náročné materiály vyvinuty a jejich základním materiálem je EVA.
3. 3 Materiál s kyslíkovou bariérou
Vícežilové lankové kabely mají mezi žilami mnoho dutin, které je třeba vyplnit, aby se zajistil zaoblený vzhled kabelu, pokud je výplň uvnitř vnějšího pláště vyrobena z bezhalogenové palivové bariéry. Tato výplňová vrstva funguje jako bariéra proti plameni (kyslíku), když kabel hoří, a proto je v průmyslu známá jako „kyslíková bariéra“.
Základní požadavky na materiál s kyslíkovou bariérou jsou: dobré extruzní vlastnosti, dobrá nehořlavost bez halogenů (kyslíkový index obvykle nad 40) a nízké náklady.
Tato kyslíková bariéra se v kabelovém průmyslu hojně používá již více než deset let a vedla k významnému zlepšení v nehořlavosti kabelů. Kyslíkovou bariéru lze použít jak pro bezhalogenové kabely se zpomalovači hoření, tak pro bezhalogenové kabely se zpomalovači hoření (např. PVC). Velká praxe ukázala, že kabely s kyslíkovou bariérou s větší pravděpodobností obstojí v testech svislého hoření jednoho kusu a hoření svazků.
Z hlediska složení materiálu je tento materiál s kyslíkovou bariérou ve skutečnosti „ultravysokým plnivem“, protože pro dosažení nízkých nákladů je nutné použít plnivo s vysokým obsahem. Pro dosažení vysokého kyslíkového indexu je nutné přidat také vysoký podíl (2 až 3krát) Mg(OH)2 nebo Al(OH)3 a pro dobré vytlačování je nutné zvolit jako základní materiál EVA.
3. 4 Modifikovaný PE plášťový materiál
Polyethylenové plášťové materiály jsou náchylné ke dvěma problémům: za prvé, jsou náchylné k praskání taveniny (např. žraločí kůže) během extruze; za druhé, jsou náchylné k praskání v důsledku působení environmentálního napětí. Nejjednodušším řešením je přidat do receptury určitý podíl EVA. Pokud se používá jako modifikovaná EVA, většinou s nízkým obsahem VA dané třídy, je vhodný její index taveniny mezi 1 a 2.
4. Perspektivy rozvoje
(1) EVA se široce používá v kabelovém průmyslu a její roční množství postupně a stabilně roste. Zejména v posledním desetiletí se kvůli důležitosti ochrany životního prostředí rychle rozvíjí odolnost vůči palivům na bázi EVA, která částečně nahradila trend kabelových materiálů na bázi PVC. Jeho vynikající cenová dostupnost a vynikající vlastnosti při extruzi je obtížné nahradit jiným materiálem.
(2) Roční spotřeba pryskyřice EVA v kabelovém průmyslu se blíží 100 000 tunám, výběr odrůd pryskyřice EVA se pohybuje od nízkého po vysoký obsah VA. Velikost granulačního materiálu v kabelovém průmyslu není velká a každý podnik ročně spotřebuje pouze tisíce tun pryskyřice EVA, takže se nejedná o velký podnik v odvětví EVA. Například největší množství bezhalogenového základního materiálu zpomalujícího hoření je hlavní volbou pryskyřice EVA s poměrem VA/MI = 28/2 ~ 3 (například americká DuPont EVA 265#). Tuto specifikaci jakosti EVA zatím žádný domácí výrobce nevyrábí a nedodává. Obsah VA je vyšší než 28 a index tavení je nižší než 3 u jiných vyráběných a dodávaných pryskyřic EVA.
(3) Zahraniční společnosti vyrábějící EVA nemají doma konkurenci a ceny jsou dlouhodobě vysoké, což vážně potlačuje nadšení pro výrobu v domácích kabelových závodech. Více než 50 % obsahu VA v pryžovém EVM dominují zahraniční společnosti a cena je 2 až 3krát podobná obsahu VA značky. Takto vysoké ceny zase ovlivňují množství tohoto pryžového EVM, takže kabelový průmysl volá po domácích výrobcích EVA, aby zvýšili tempo domácí produkce EVA. Průmysl využívá více pryskyřice EVA.
(4) Vzhledem k trendům ochrany životního prostředí v době globalizace je EVA v kabelovém průmyslu považována za nejlepší základní materiál pro ekologickou odolnost vůči palivům. Používání EVA roste tempem 15 % ročně a vyhlídky jsou velmi slibné. Množství a tempo růstu stínící techniky a výroby a tempo růstu kabelů středního a vysokého napětí se pohybují mezi 8 % a 10 %; odolnost vůči polyolefinům rychle roste, v posledních letech se udržuje na 15 % až 20 % a v dohledných příštích 5 až 10 letech by si toto tempo růstu mohlo udržet.
Čas zveřejnění: 31. července 2022