1. Inleiding
EVA is de afkorting voor ethyleenvinylacetaatcopolymeer, een polyolefinepolymeer. Door de lage smelttemperatuur, goede vloeibaarheid, polariteit en halogeenvrije elementen is EVA compatibel met diverse polymeren en minerale poeders. Een aantal mechanische en fysische eigenschappen, elektrische eigenschappen en verwerkingsprestaties zijn in balans. De prijs is laag. Het marktaanbod is voldoende en kan daarom zowel worden gebruikt als kabelisolatiemateriaal, als vulstof, als mantelmateriaal, als thermoplastisch materiaal en als thermohardend vernettingsmateriaal.
EVA heeft een breed scala aan toepassingen, kan met vlamvertragers worden gebruikt en kan worden verwerkt tot halogeenvrije of halogeenbrandstofbarrière met een lage rookontwikkeling. Kies EVA met een hoog VA-gehalte als basismateriaal en kan ook worden verwerkt tot oliebestendig materiaal. Kies EVA met een matige smeltindex en voeg 2 tot 3 keer de vulling van EVA-vlamvertragers toe. Deze kunnen worden gebruikt om de prestaties van het extrusieproces te verbeteren en de prijs van een meer uitgebalanceerd zuurstofbarrièremateriaal (vulling) te bepalen.
In dit artikel worden de structurele eigenschappen van EVA besproken, evenals de introductie van de toepassing ervan in de kabelindustrie en de ontwikkelingsperspectieven.
2. Structurele eigenschappen
Bij synthese kan door het veranderen van de verhouding van de polymerisatiegraad n/m een VA-gehalte van 5 tot 90% van EVA worden bereikt; door het verhogen van de totale polymerisatiegraad kan het molecuulgewicht van tienduizenden tot honderdduizenden EVA's worden bereikt; het VA-gehalte is lager dan 40% vanwege de aanwezigheid van gedeeltelijke kristallisatie en slechte elasticiteit, algemeen bekend als EVA-kunststof; wanneer het VA-gehalte hoger is dan 40%, is er sprake van een rubberachtig elastomeer zonder kristallisatie, algemeen bekend als EVM-rubber.
1. 2 Eigenschappen
De moleculaire keten van EVA is een lineaire, verzadigde structuur en is daarom goed bestand tegen hitte, weersinvloeden en ozon.
De hoofdketen van het EVA-molecuul bevat geen dubbele bindingen, benzeenringen, acylgroepen, aminegroepen en andere gemakkelijk te roken groepen tijdens verbranding. De zijketens bevatten ook geen gemakkelijk te roken methyl-, fenyl-, cyano- en andere groepen. Bovendien bevat het molecuul zelf geen halogeenelementen, waardoor het bijzonder geschikt is voor halogeenvrije resistieve brandstof met een lage rookontwikkeling.
De grote omvang van de vinylacetaat (VA)-groep in de EVA-zijketen en de gemiddelde polariteit ervan zorgen ervoor dat het de neiging van de vinylruggengraat tot kristallisatie remt en goed koppelt met minerale vulstoffen, wat de voorwaarden schept voor hoogwaardige barrièrebrandstoffen. Dit geldt met name voor rookarme en halogeenvrije brandvertragers, aangezien vlamvertragers met een volumeaandeel van meer dan 50% [bijv. Al(OH)3, Mg(OH)2, enz.] moeten worden toegevoegd om te voldoen aan de eisen van kabelnormen voor vlamvertraging. EVA met een gemiddeld tot hoog VA-gehalte wordt gebruikt als basis voor de productie van rookarme en halogeenvrije vlamvertragende brandstoffen met uitstekende eigenschappen.
Omdat de vinylacetaatgroep (VA) in de EVA-zijketen polair is, geldt: hoe hoger het VA-gehalte, hoe polairder het polymeer en hoe beter de oliebestendigheid. De oliebestendigheid die de kabelindustrie vereist, verwijst meestal naar de bestendigheid tegen apolaire of zwak polaire minerale oliën. Volgens het principe van vergelijkbare compatibiliteit wordt EVA met een hoog VA-gehalte gebruikt als basismateriaal voor de productie van een rookarme en halogeenvrije brandstofbarrière met een goede oliebestendigheid.
EVA-moleculen in het alfa-olefine H-atoom presteren actiever, in de peroxideradicalen of het effect van hoogenergetische elektronenstraling is het gemakkelijk om H-crosslinkingreactie te ondergaan, vernet plastic of rubber te worden, en kunnen aan veeleisende prestatie-eisen van speciale draad- en kabelmaterialen voldoen.
De toevoeging van de vinylacetaatgroep zorgt voor een aanzienlijke daling van de smelttemperatuur van EVA, en het aantal korte VA-zijketens kan de vloei van EVA verhogen. De extrusieprestaties zijn daardoor veel beter dan die van vergelijkbaar polyethyleen, waardoor het het voorkeursbasismateriaal wordt voor halfgeleidende afschermingsmaterialen en halogeen- en halogeenvrije brandstofbarrières.
2 Productvoordelen
2. 1 Extreem hoge kostenprestatie
De fysieke en mechanische eigenschappen van EVA, zoals hittebestendigheid, weersbestendigheid, ozonbestendigheid en elektrische eigenschappen, zijn zeer goed. Selecteer de juiste kwaliteit, het materiaal kan hittebestendig en vlamvertragend zijn, maar ook olie- en oplosmiddelbestendig, speciaal kabelmateriaal.
Thermoplastisch EVA-materiaal wordt meestal gebruikt met een VA-gehalte van 15% tot 46% en een smeltindex van 0,5 tot 4 graden. EVA is verkrijgbaar bij veel fabrikanten, merken, met een breed scala aan opties, gematigde prijzen en voldoende aanbod. Gebruikers hoeven alleen maar naar de EVA-sectie van de website te gaan. Het merk, de prestaties, de prijs en de afleverlocatie zijn in één oogopslag te zien, u kunt kiezen, heel handig.
EVA is een polyolefinepolymeer. De zachtheid en prestaties van polyethyleen (PE) en zacht polyvinylchloride (PVC) zijn vergelijkbaar. Maar verder onderzoek zal uitwijzen dat EVA en de bovengenoemde twee materiaalsoorten onvervangbaar superieur zijn.
2. 2 uitstekende verwerkingsprestaties
EVA in kabeltoepassingen is van oorsprong een afschermingsmateriaal voor midden- en hoogspanningskabels, zowel aan de binnen- als buitenkant, en is later uitgebreid met halogeenvrije brandstofbarrière. Vanuit verwerkingsoogpunt worden deze twee materiaalsoorten beschouwd als "hooggevuld materiaal": afschermingsmateriaal vanwege de noodzaak om een grote hoeveelheid geleidend roet toe te voegen en de viscositeit te verhogen, waardoor de vloeibaarheid sterk daalde; halogeenvrije brandvertragende brandstof vereist de toevoeging van een grote hoeveelheid halogeenvrije vlamvertragers, waardoor de viscositeit van halogeenvrij materiaal sterk toenam en de vloeibaarheid sterk daalde. De oplossing is om een polymeer te vinden dat grote hoeveelheden vulstof kan verwerken, maar ook een lage smeltviscositeit en een goede vloeibaarheid heeft. Om deze reden is EVA de voorkeurskeuze.
De smeltviscositeit van EVA neemt snel af bij een extrusieprocestemperatuur en afschuifsnelheid. De gebruiker hoeft alleen de extrudertemperatuur en schroefsnelheid aan te passen om uitstekende prestaties te leveren met draad- en kabelproducten. Een groot aantal binnenlandse en buitenlandse toepassingen toont aan dat voor het hooggevulde, rookarme halogeenvrije materiaal de viscositeit te hoog is en de smeltindex te laag. Daarom is extrusie met een schroef met een lage compressieverhouding (compressieverhouding van minder dan 1,3) voldoende om een goede extrusiekwaliteit te garanderen. EVM-materialen op rubberbasis met vulkanisatiemiddelen kunnen worden geëxtrudeerd op zowel rubberextruders als universele extruders. Het daaropvolgende vulkanisatieproces (crosslinking) kan worden uitgevoerd door thermochemische (peroxide) crosslinking of door middel van elektronenversnellerbestraling.
2. 3 Gemakkelijk aan te passen en te wijzigen
Draden en kabels zijn overal, van de lucht tot de grond, van de bergen tot de zee. De gebruikers van draden en kabels zijn ook divers en divers. Hoewel de structuur van draden en kabels vergelijkbaar is, komen de prestatieverschillen vooral tot uiting in de isolatie- en mantelmaterialen.
Zacht PVC vormt tot nu toe, zowel in binnen- als buitenland, nog steeds het overgrote deel van de polymeermaterialen die in de kabelindustrie worden gebruikt. Echter, met de toenemende aandacht voor milieubescherming en duurzame ontwikkeling.
Er zijn grote beperkingen op het gebruik van PVC-materialen, maar wetenschappers doen er alles aan om alternatieve materialen voor PVC te vinden. Het meest veelbelovende alternatief is EVA.
EVA kan worden gemengd met diverse polymeren, maar ook met diverse minerale poeders en compatibele verwerkingshulpmiddelen. De gemengde producten kunnen worden verwerkt tot thermoplastische kunststoffen voor kunststofkabels, maar ook tot vernet rubber voor rubberkabels. Formuleontwerpers kunnen zich baseren op de eisen van de gebruiker (of norm), met EVA als basismateriaal, om de prestaties van het materiaal aan de eisen te laten voldoen.
3 EVA-toepassingsbereik
3. 1 Gebruikt als halfgeleidend afschermingsmateriaal voor hoogspanningskabels
Zoals we allemaal weten, is het hoofdmateriaal van het afschermingsmateriaal geleidend koolstofzwart. Het toevoegen van een grote hoeveelheid koolstofzwart aan het plastic of rubberen basismateriaal zal de vloeibaarheid van het afschermingsmateriaal en de gladheid van het extrusieniveau ernstig verslechteren. Om gedeeltelijke ontladingen in hoogspanningskabels te voorkomen, moeten de binnen- en buitenafscherming dun, glanzend, helder en uniform zijn. Vergeleken met andere polymeren kan EVA dit gemakkelijker doen. De reden hiervoor is dat het extrusieproces van EVA bijzonder goed is, een goede vloei heeft en niet vatbaar is voor smeltbreukverschijnselen. Het afschermingsmateriaal is onderverdeeld in twee categorieën: gewikkeld in de geleider aan de buitenkant, de binnenafscherming genoemd - met het binnenschermmateriaal; gewikkeld in de isolatie aan de buitenkant, de buitenafscherming genoemd - met het buitenschermmateriaal; het binnenschermmateriaal is meestal thermoplastisch. Het binnenschermmateriaal is meestal thermoplastisch en is vaak gebaseerd op EVA met een VA-gehalte van 18% tot 28%; het buitenschermmateriaal is meestal vernet en afpelbaar en is vaak gebaseerd op EVA met een VA-gehalte van 40% tot 46%.
3. 2 Thermoplastische en vernette vlamvertragende brandstoffen
Thermoplastisch vlamvertragend polyolefine wordt veel gebruikt in de kabelindustrie, met name voor halogeen- of halogeenvrije toepassingen in maritieme kabels, stroomkabels en hoogwaardige constructielijnen. De bedrijfstemperaturen op lange termijn variëren van 70 tot 90 °C.
Voor midden- en hoogspanningskabels van 10 kV en hoger, die zeer hoge elektrische prestatie-eisen stellen, worden de brandvertragende eigenschappen voornamelijk gedragen door de buitenmantel. In sommige milieuvriendelijke gebouwen of projecten moeten de kabels rookarm, halogeenvrij, laag toxisch of rookarm en halogeenarm zijn. Thermoplastische vlamvertragende polyolefinen zijn daarom een geschikte oplossing.
Voor sommige speciale doeleinden is de buitendiameter niet groot en is de temperatuurbestendigheid tussen 105 en 150 °C tussen de speciale kabel en het vlamvertragende polyolefinemateriaal groter. De kabelfabrikant kan de vernettingsmethode kiezen op basis van hun eigen productieomstandigheden. Dit kan traditionele hogedrukstoom of een zoutbad met hoge temperatuur zijn, maar ook een elektronenversneller met vernetting bij kamertemperatuur. De werktemperatuur op lange termijn is verdeeld in drie niveaus: 105 °C, 125 °C en 150 °C. De productie-installatie kan worden gebouwd volgens de verschillende eisen van gebruikers of normen, met halogeenvrije of halogeenbevattende brandstofbarrière.
Het is algemeen bekend dat polyolefinen apolaire of zwak polaire polymeren zijn. Omdat ze qua polariteit vergelijkbaar zijn met minerale olie, worden polyolefinen over het algemeen beschouwd als minder oliebestendig volgens het principe van vergelijkbare compatibiliteit. Veel kabelnormen in binnen- en buitenland bepalen echter ook dat vernette materialen ook goed bestand moeten zijn tegen oliën, oplosmiddelen en zelfs olieslurries, zuren en logen. Dit is een uitdaging voor materiaalonderzoekers, nu deze veeleisende materialen, zowel in China als in het buitenland, zijn ontwikkeld en het basismateriaal is EVA.
3. 3 Zuurstofbarrièremateriaal
Meeraderige geslagen kabels hebben veel openingen tussen de aders die opgevuld moeten worden om een afgeronde kabel te garanderen, mits de vulling in de buitenmantel bestaat uit halogeenvrije brandstofbarrière. Deze vullaag fungeert als vlambarrière (zuurstofbarrière) wanneer de kabel verbrandt en wordt daarom in de industrie een "zuurstofbarrière" genoemd.
De basisvereisten voor een zuurstofbarrièremateriaal zijn: goede extrusie-eigenschappen, goede halogeenvrije vlamvertraging (zuurstofindex meestal boven 40) en lage kosten.
Deze zuurstofbarrière wordt al meer dan tien jaar op grote schaal gebruikt in de kabelindustrie en heeft geleid tot aanzienlijke verbeteringen in de vlamvertraging van kabels. De zuurstofbarrière kan worden gebruikt voor zowel halogeenvrije vlamvertragende kabels als halogeenvrije vlamvertragende kabels (bijv. PVC). Uit uitgebreide praktijkervaring is gebleken dat kabels met een zuurstofbarrière beter slagen voor tests met enkelvoudige verticale verbranding en bundelverbranding.
Vanuit het oogpunt van materiaalformulering is dit zuurstofbarrièremateriaal eigenlijk een "ultrahoge vulstof", omdat het om de lage kosten te halen noodzakelijk is om een hoge vulstof te gebruiken, om een hoge zuurstofindex te bereiken moet ook een hoog aandeel (2 tot 3 keer) Mg (OH) 2 of Al (OH) 3 worden toegevoegd, en om goed te extruderen moet EVA als basismateriaal worden gekozen.
3. 4 Gewijzigd PE-mantelmateriaal
Polyethyleen omhulselmaterialen zijn gevoelig voor twee problemen: ten eerste zijn ze gevoelig voor smeltbreuk (bijvoorbeeld haaienhuid) tijdens extrusie; ten tweede zijn ze gevoelig voor scheurvorming door omgevingsspanning. De eenvoudigste oplossing is om een bepaald percentage EVA aan de formulering toe te voegen. Als gemodificeerd EVA wordt meestal een laag VA-gehalte van de kwaliteit gebruikt, met een smeltindex van 1 tot 2.
4. Ontwikkelingsperspectieven
(1) EVA wordt veel gebruikt in de kabelindustrie, met een jaarlijkse groei die geleidelijk en gestaag toeneemt. Vooral in het afgelopen decennium, vanwege het belang van milieubescherming, heeft EVA-gebaseerde brandstofbestendigheid zich snel ontwikkeld en de trend van PVC-gebaseerde kabelmaterialen gedeeltelijk vervangen. Door de uitstekende prijs-kwaliteitverhouding en uitstekende extrusieprestaties is het moeilijk om andere materialen te vervangen.
(2) De jaarlijkse consumptie van EVA-hars in de kabelindustrie bedraagt bijna 100.000 ton. De keuze aan EVA-harsvariëteiten, met een VA-gehalte van laag tot hoog, zal worden gebruikt. De granulatie van kabelmateriaal is niet groot en de productie per bedrijf loopt slechts in duizenden tonnen per jaar op en neer. De aandacht van de gigantische bedrijven in de EVA-industrie zal daarom niet worden getrokken. De grootste hoeveelheid halogeenvrij brandvertragend basismateriaal, bijvoorbeeld, is de belangrijkste keuze voor EVA-hars met een VA/MI = 28 / 2 ~ 3 (zoals EVA 265 # van DuPont in de VS). Tot nu toe is er geen binnenlandse fabrikant die deze specificatieklasse EVA kan produceren en leveren. Om nog maar te zwijgen van het VA-gehalte hoger dan 28 en de smeltindex lager dan 3 van andere EVA-harsproductie en -levering.
(3) Buitenlandse bedrijven produceren EVA omdat er geen binnenlandse concurrenten zijn en de prijs al lange tijd hoog is, wat het enthousiasme van de binnenlandse kabelfabrieken voor de productie ernstig onderdrukt. Meer dan 50% van het VA-gehalte van rubberachtige EVM wordt gedomineerd door buitenlandse bedrijven en de prijs is twee tot drie keer zo hoog als het VA-gehalte van het merk. Zulke hoge prijzen hebben op hun beurt ook invloed op de hoeveelheid van dit rubberachtige EVM. Daarom roept de kabelindustrie binnenlandse EVA-fabrikanten op om de binnenlandse productie van EVA te verbeteren. De industrie maakt steeds meer gebruik van EVA-hars en verhoogt de productie.
(4) Dankzij de golf van milieubescherming in het tijdperk van globalisering wordt EVA door de kabelindustrie beschouwd als het beste basismateriaal voor milieuvriendelijke brandstofbestendigheid. Het gebruik van EVA groeit met 15% per jaar en de vooruitzichten zijn veelbelovend. De hoeveelheid en de groeisnelheid van afschermingsmaterialen en de productie van midden- en hoogspanningskabels liggen tussen de 8% en 10%; de weerstand tegen polyolefinen groeit snel; de afgelopen jaren is dit percentage tussen de 15% en 20% gebleven, en in de komende 5 tot 10 jaar zal dit groeipercentage mogelijk ook aanhouden.
Plaatsingstijd: 31-07-2022