1. Introdución
EVA é a abreviatura de copolímero de etileno e acetato de vinilo, un polímero de poliolefina. Debido á súa baixa temperatura de fusión, boa fluidez, polaridade e elementos non halóxenos, pode ser compatible cunha variedade de polímeros e pos minerais, unha serie de propiedades mecánicas e físicas, propiedades eléctricas e equilibrio de rendemento de procesamento, e o prezo non é alto, a oferta do mercado é suficiente, polo que se pode usar tanto como material de illamento de cables, como material de recheo, material de revestimento; pódese converter en material termoplástico e pódese converter en material de reticulación termoendurecible.
O EVA ten unha ampla gama de usos, cos retardantes de chama, e pódese converter en barreiras de combustible halóxenas ou sen halóxenos de baixa emisión de fume; se se escolle un EVA con alto contido de VA como material base, tamén se pode converter en material resistente ao aceite; se se escolle un EVA cun índice de fusión moderado, engádese de 2 a 3 veces o recheo de EVA. Os retardantes de chama pódense converter nun material de barreira de osíxeno (recheo) máis equilibrado para o rendemento do proceso de extrusión e o prezo.
Neste artigo, a partir das propiedades estruturais do EVA, a introdución da súa aplicación na industria dos cables e as perspectivas de desenvolvemento.
2. Propiedades estruturais
Ao producir síntese, cambiar a proporción do grao de polimerización n/m pode producir un contido de VA do 5 ao 90 % de EVA; aumentar o grao de polimerización total pode producir un peso molecular de decenas de miles a centos de miles de EVA; un contido de VA inferior ao 40 %, debido á presenza de cristalización parcial e baixa elasticidade, coñécese comunmente como plástico EVA; cando o contido de VA é superior ao 40 %, un elastómero similar á goma sen cristalización coñécese comunmente como goma EVM.
1. 2 Propiedades
A cadea molecular do EVA ten unha estrutura lineal saturada, polo que ten boa resistencia ao envellecemento térmico, ás inclemencias meteorolóxicas e á capa de ozono.
A cadea principal da molécula de EVA non contén dobres enlaces, aneis de benceno, grupos acilo, amino e outros grupos que sexan fáciles de fumar ao queimar, as cadeas laterais tampouco conteñen grupos metilo, fenilo, ciano e outros que sexan fáciles de fumar ao queimar. Ademais, a propia molécula non contén elementos halóxenos, polo que é especialmente axeitada para unha base de combustible resistiva libre de halóxenos e baixa emisión de fume.
O gran tamaño do grupo de acetato de vinilo (VA) na cadea lateral do EVA e a súa polaridade media significan que inhibe a tendencia da cadea principal do vinilo a cristalizar e se acopla ben cos recheos minerais, o que crea as condicións para combustibles de barreira de alto rendemento. Isto é especialmente certo para as resistencias sen halóxenos e con baixa emisión de fume, xa que se deben engadir retardantes de chama cun contido en volume superior ao 50 % [por exemplo, Al(OH)3, Mg(OH)2, etc.] para cumprir os requisitos das normas de cables para a ignifugación. O EVA cun contido de VA de medio a alto utilízase como base para producir combustibles retardantes de chama sen halóxenos e con baixa emisión de fume con excelentes propiedades.
Como o grupo de acetato de vinilo (VA) da cadea lateral de EVA é polar, canto maior sexa o contido de VA, máis polar será o polímero e mellor será a resistencia ao aceite. A resistencia ao aceite requirida pola industria dos cables refírese principalmente á capacidade de soportar aceites minerais non polares ou de polares febles. De acordo co principio de compatibilidade similar, o EVA cun alto contido de VA utilízase como material base para producir unha barreira de combustible libre de fume e halóxenos con boa resistencia ao aceite.
As moléculas de EVA teñen un rendemento máis activo no átomo de H de alfa-olefina. Nos radicais de peróxido ou no efecto de radiación de electróns de alta enerxía, é doado que a reacción de reticulación de H tome lugar, converténdose en plástico ou goma reticulados, o que pode facerse con requisitos de rendemento esixentes para materiais especiais de fíos e cables.
A adición do grupo acetato de vinilo fai que a temperatura de fusión do EVA diminúa significativamente e o número de cadeas laterais curtas de VA pode aumentar o fluxo de EVA. Polo tanto, o seu rendemento de extrusión é moito mellor que a estrutura molecular de polietileno similar, converténdose no material base preferido para materiais de blindaxe semicondutores e barreiras de combustible halóxenas e libres de halóxenos.
2 Vantaxes do produto
2. 1 Rendemento de custos extremadamente alto
As propiedades físicas e mecánicas do EVA, a súa resistencia á calor, ás inclemencias do tempo, á ozono e ás propiedades eléctricas son moi boas. Se se selecciona o grao axeitado, pódese obter resistencia á calor, rendemento ignífugo e tamén un material especial para cables resistente ao aceite e aos solventes.
O material termoplástico EVA úsase principalmente cun contido de VA do 15 % ao 46 %, cun índice de fusión de 0,5 a 4 graos. O EVA ten moitos fabricantes, moitas marcas, unha ampla gama de opcións, prezos moderados, subministración axeitada; os usuarios só precisan abrir a sección de EVA do sitio web. A marca, o rendemento, o prezo e o lugar de entrega poden elixir dunha ollada. É moi cómodo.
O EVA é un polímero de poliolefina, que se compara pola súa suavidade e rendemento, e o material de polietileno (PE) e o material de cable de cloruro de polivinilo (PVC) brando son similares. Pero investigando máis a fondo, atoparás que o EVA e os dous tipos de materiais anteriores teñen unha superioridade irremplazable.
2. 2 excelente rendemento de procesamento
O EVA na aplicación de cables provén do material de blindaxe de cables de media e alta tensión, tanto no interior como no exterior, e posteriormente ampliouse á barreira de combustible libre de halóxenos. Desde o punto de vista do procesamento, estes dous tipos de materiais considéranse "materiais altamente recheos": o material de blindaxe, debido á necesidade de engadir unha gran cantidade de negro de carbono condutor e aumentar a súa viscosidade, diminúe drasticamente a liquidez; o combustible ignífugo libre de halóxenos necesita engadir unha gran cantidade de retardantes de chama libres de halóxenos, tamén aumenta a viscosidade do material libre de halóxenos, diminúe drasticamente a liquidez. A solución é atopar un polímero que poida admitir grandes doses de recheo, pero que tamén teña unha baixa viscosidade de fusión e boa fluidez. Por esta razón, o EVA é a opción preferida.
A viscosidade da masa fundida do EVA coa temperatura de procesamento de extrusión e a velocidade de cizallamento aumentará e diminuirá rapidamente. O usuario só precisa axustar a temperatura da extrusora e a velocidade do parafuso, para obter un excelente rendemento dos produtos de arame e cable. Un gran número de aplicacións nacionais e estranxeiras mostran que, para o material libre de halóxenos con baixa emisión de fume, debido a que a viscosidade é demasiado grande, o índice de fusión é demasiado pequeno, polo que só se usa unha extrusión de parafuso con baixa relación de compresión (relación de compresión inferior a 1,3) para garantir unha boa calidade de extrusión. Os materiais EVM a base de caucho con axentes vulcanizantes pódense extruir tanto en extrusoras de caucho como en extrusoras de uso xeral. O proceso de vulcanización (reticulación) posterior pódese levar a cabo mediante reticulación termoquímica (peróxido) ou mediante reticulación por irradiación con acelerador de electróns.
2. 3 Fácil de modificar e adaptar
Os cables e arames están en todas partes, dende o ceo ata a terra, dende as montañas ata o mar. Os requisitos dos usuarios de arames e cables tamén son variados e estraños, aínda que a estrutura do arame e cable é similar, as súas diferenzas de rendemento reflíctense principalmente nos materiais de illamento e revestimento.
Ata o de agora, tanto no país como no estranxeiro, o PVC brando aínda representa a gran maioría dos materiais poliméricos empregados na industria dos cables. Non obstante, coa crecente concienciación sobre a protección ambiental e o desenvolvemento sostible.
Os materiais de PVC foron moi restrinxidos e os científicos están a facer todo o posible para atopar materiais alternativos ao PVC, sendo o máis prometedor o EVA.
O EVA pódese mesturar cunha variedade de polímeros, pero tamén se pode combinar cunha variedade de pós minerais e axentes auxiliares de procesamento. Os produtos mesturados pódense converter en plástico termoplástico para cables de plástico, pero tamén en caucho reticulado para cables de goma. Os deseñadores de formulacións poden basearse nos requisitos do usuario (ou estándar), co EVA como material base, para que o rendemento do material cumpra os requisitos.
3 Rango de aplicación de EVA
3.1 Úsase como material de blindaxe semicondutor para cables de alimentación de alta tensión
Como todos sabemos, o material principal do material de blindaxe é o negro de carbono condutor. Engadir unha gran cantidade de negro de carbono ao material de base de plástico ou goma deteriorará seriamente a fluidez do material de blindaxe e a suavidade do nivel de extrusión. Para evitar descargas parciais en cables de alta tensión, as blindaxes interior e exterior deben ser finas, brillantes e uniformes. En comparación con outros polímeros, o EVA pode facelo máis facilmente. A razón disto é que o proceso de extrusión do EVA é particularmente bo, ten boa fluidez e non é propenso ao fenómeno de rotura por fusión. O material de blindaxe divídese en dúas categorías: envolto no condutor exterior chamado blindaxe interior, co material de pantalla interior; envolto no illamento exterior chamado blindaxe exterior, co material de pantalla exterior; o material de pantalla interior é maioritariamente termoplástico. O material de pantalla interior é maioritariamente termoplástico e adoita estar baseado en EVA cun contido de VA do 18% ao 28%; o material de pantalla exterior é maioritariamente reticulado e desprendeble e adoita estar baseado en EVA cun contido de VA do 40% ao 46%.
3. 2 Combustibles termoplásticos e ignífugos reticulados
A poliolefina termoplástica ignífuga úsase amplamente na industria dos cables, principalmente para os requisitos de halóxenos ou libres de halóxenos de cables mariños, cables de alimentación e liñas de construción de alta calidade. As súas temperaturas de funcionamento a longo prazo oscilan entre os 70 e os 90 °C.
Para os cables de alimentación de media e alta tensión de 10 kV e superiores, que teñen requisitos de rendemento eléctrico moi elevados, as propiedades ignífugas son soportadas principalmente pola cuberta exterior. Nalgúns edificios ou proxectos con esixencias ambientais, os cables deben ter propiedades de baixa emisión de fume, libres de halóxenos, baixa toxicidade ou baixa emisión de fume e baixa emisión de halóxenos, polo que as poliolefinas termoplásticas ignífugas son unha solución viable.
Para algúns fins especiais, o diámetro exterior non é grande, a resistencia á temperatura entre 105 e 150 ℃ entre o cable especial, o material de poliolefina ignífugo máis reticulado, a súa reticulación pode ser seleccionada polo fabricante do cable segundo as súas propias condicións de produción, tanto o vapor de alta presión tradicional como o baño de sal de alta temperatura, pero tamén está dispoñible o método de reticulación por irradiación a temperatura ambiente do acelerador de electróns. A súa temperatura de traballo a longo prazo divídese en tres ficheiros de 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃, a planta de produción pode fabricarse segundo os diferentes requisitos dos usuarios ou estándares, barreira de combustible libre de halóxenos ou que conteñan halóxenos.
É ben sabido que as poliolefinas son polímeros polares non polares ou de polaridade débil. Debido á súa polaridade similar ao aceite mineral, as poliolefinas considéranse maioritariamente menos resistentes ao aceite segundo o principio de compatibilidade similar. Non obstante, moitas normas de cables, tanto nacionais como internacionais, tamén estipulan que as resistencias reticuladas tamén deben ter unha boa resistencia aos aceites, solventes e mesmo ás suspensións de aceite, ácidos e álcalis. Isto supón un reto para os investigadores de materiais. Agora, tanto na China como no estranxeiro, desenvolvéronse estes materiais esixentes, cuxo material base é o EVA.
3. 3 Material de barreira de osíxeno
Os cables multifilares trenzados teñen moitos ocos entre os núcleos que cómpre encher para garantir unha aparencia redondeada do cable, se o recheo dentro da cuberta exterior está feito dunha barreira de combustible libre de halóxenos. Esta capa de recheo actúa como unha barreira contra as chamas (osíxeno) cando o cable arde e, polo tanto, coñécese como "barreira de osíxeno" na industria.
Os requisitos básicos dun material de barreira contra o osíxeno son: boas propiedades de extrusión, boa ignifugación libre de halóxenos (índice de osíxeno xeralmente superior a 40) e baixo custo.
Esta barreira de osíxeno utilizouse amplamente na industria dos cables durante máis dunha década e levou a melloras significativas na ignifugación dos cables. A barreira de osíxeno pódese usar tanto para cables ignífugos libres de halóxenos como para cables ignífugos libres de halóxenos (por exemplo, PVC). Unha gran cantidade de práctica demostrou que os cables cunha barreira de osíxeno teñen máis probabilidades de superar as probas de combustión vertical individual e de combustión de feixe.
Desde o punto de vista da formulación do material, este material de barreira de osíxeno é en realidade un "recheo ultra alto", porque para cumprir co baixo custo é necesario usar un recheo alto. Para conseguir un índice de osíxeno alto, tamén se debe engadir unha alta proporción (de 2 a 3 veces) de Mg (OH) 2 ou Al (OH) 3, e para extruír ben, débese elixir EVA como material base.
3. 4 Material de revestimento de PE modificado
Os materiais de revestimento de polietileno son propensos a dous problemas: en primeiro lugar, son propensos á rotura por fusión (é dicir, pel de tiburón) durante a extrusión; en segundo lugar, son propensos a fisuras por tensión ambiental. A solución máis sinxela é engadir unha certa proporción de EVA á formulación. Usado como EVA modificado principalmente cun baixo contido de VA do grao, o seu índice de fusión entre 1 e 2 é axeitado.
4. Perspectivas de desenvolvemento
(1) O EVA utilizouse amplamente na industria dos cables e experimentou un crecemento gradual e constante da cantidade anual. Especialmente na última década, debido á importancia da protección ambiental, a resistencia ao combustible baseada en EVA experimentou un rápido desenvolvemento e substituíu en parte a tendencia dos materiais para cables baseados en PVC. O seu excelente rendemento en termos de custos e o seu excelente rendemento no proceso de extrusión fan que sexa difícil substituílo por outros materiais.
(2) O consumo anual de resina EVA na industria do cable é próximo ás 100.000 toneladas. A selección de variedades de resina EVA empregarase cun contido de VA de menor a maior, xunto co tamaño da granulación do material de cable da empresa, que non é grande, e cada ano cada empresa só distribuíu miles de toneladas de resina EVA, polo que non chamará a atención das empresas xigantes da industria EVA. Por exemplo, a maior cantidade de material base ignífugo libre de halóxenos, a principal elección é de resina EVA con VA/MI = 28/2 ~ 3 (como o EVA 265# de DuPont nos Estados Unidos). E ata o de agora non hai fabricantes nacionais que produzan e subministren este grao de especificación de EVA. Por non mencionar que o contido de VA é superior a 28 e o índice de fusión é inferior a 3 doutras resinas EVA producen e subministran.
(3) As empresas estranxeiras producen EVA porque non teñen competidores nacionais e o prezo leva sendo alto durante moito tempo, o que suprime seriamente o entusiasmo pola produción de plantas de cables nacionais. Máis do 50 % do contido de VA das EVM de tipo caucho está dominado por empresas estranxeiras, e o prezo é de 2 a 3 veces similar ao contido de VA da marca. Estes prezos elevados, á súa vez, tamén afectan á cantidade desta EVM de tipo caucho, polo que a industria do cable pide aos fabricantes nacionais de EVA que melloren a taxa de produción nacional de EVA. A maior produción da industria utilizou moito a resina EVA.
(4) Baseándose na onda de protección ambiental na era da globalización, a industria do cable considera o EVA o mellor material base para a resistencia aos combustibles respectuosa co medio ambiente. O uso de EVA está a medrar a unha taxa do 15 % ao ano e as perspectivas son moi prometedoras. A cantidade e a taxa de crecemento da produción de materiais de blindaxe e cables de alimentación de media e alta tensión e a taxa de crecemento son de aproximadamente o 8 % ao 10 % entre ambos os dous; as resistencias das poliolefinas están a medrar rapidamente e nos últimos anos mantivéronse no 15 % ao 20 % entre ambos, e nos próximos 5 a 10 anos tamén poderían manter esta taxa de crecemento.
Data de publicación: 31 de xullo de 2022