1. Johdanto
EVA on lyhenne etyleenivinyyliasetaattikopolymeeristä, polyolefiinipolymeeristä. Alhaisen sulamislämpötilansa, hyvän juoksevuutensa, polaarisuuden ja halogeenittomien elementtien ansiosta se on yhteensopiva useiden polymeerien ja mineraalijauheiden kanssa. Sen mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet, sähköiset ominaisuudet ja prosessointiominaisuudet ovat tasapainossa, ja hinta ei ole korkea. Markkinoiden tarjonta on riittävää, joten sitä voidaan käyttää sekä kaapelien eristysmateriaalina että täyteaineena ja vaippamateriaalina. Sitä voidaan valmistaa termoplastiseksi materiaaliksi ja lämpökovettuvaksi ristisilloitusmateriaaliksi.
EVA:lla on laaja käyttöalue, palonsuoja-aineiden ansiosta siitä voidaan tehdä vähän savua tuottava, halogeeniton tai halogeeniton polttoainesulku; valitse pohjamateriaaliksi korkean vaniljapitoisuuden omaava EVA, josta voidaan tehdä myös öljynkestävä materiaali; valitse kohtalaisen sulaindeksin omaava EVA, lisää 2–3 kertaa EVA-palonsuoja-aineiden määrää, mikä parantaa suulakepuristusprosessin suorituskykyä ja tasapainottaa happisulku- (täyte-) materiaalin hintaa.
Tässä artikkelissa EVA:n rakenteellisista ominaisuuksista esitellään sen soveltaminen kaapeliteollisuudessa ja kehitysnäkymät.
2. Rakenteelliset ominaisuudet
Synteesiä valmistettaessa polymeroitumisasteen n/m suhteen muuttaminen voi tuottaa VA-pitoisuuden 5–90 %:sta EVA:ta; kokonaispolymeroitumisasteen nostaminen voi tuottaa molekyylipainon kymmenistä tuhansista satoihin tuhansiin EVA:ta; VA-pitoisuus alle 40 % johtuu osittaisesta kiteytymisestä ja heikosta elastisuudesta, jota kutsutaan yleisesti EVA-muovikseksi; kun VA-pitoisuus on yli 40 %, kyseessä on kumin kaltainen elastomeeri ilman kiteytymistä, jota kutsutaan yleisesti EVM-kumeiksi.
1. 2 Kiinteistöt
EVA:n molekyyliketju on lineaarinen tyydyttynyt rakenne, joten sillä on hyvä lämmön vanhenemisen, sään ja otsonin kestävyys.
EVA-molekyylin pääketju ei sisällä kaksoissidoksia, bentseenirengasta, asyyli- ja amiiniryhmiä, jotka helposti savuavat palaessaan. Sivuketjut eivät myöskään sisällä metyyli-, fenyyli- ja syanoryhmiä, jotka helposti savuavat palaessaan. Lisäksi itse molekyyli ei sisällä halogeeneja, joten se soveltuu erityisen hyvin vähän savua tuottavaan halogeenittomaan resistiiviseen polttoainepohjaan.
EVA-sivuketjun vinyyliasetaattiryhmän (VA) suuri koko ja sen keskikokoinen polaarisuus tarkoittavat, että se sekä estää vinyylirungon kiteytymistä että sopii hyvin yhteen mineraalitäyteaineiden kanssa, mikä luo olosuhteet korkean suorituskyvyn omaaville sulkuaineille. Tämä pätee erityisesti vähän savua tuottaviin ja halogeenittomiin resisteihin, koska yli 50 tilavuusprosenttia sisältäviä palonestoaineita [esim. Al(OH)3, Mg(OH)2 jne.] on lisättävä kaapelistandardien palonestokykyvaatimusten täyttämiseksi. Keskitason tai korkean VA-pitoisuuden omaavaa EVA:ta käytetään pohjana vähän savua tuottavien ja halogeenittomien palonestoaineiden valmistukseen, joilla on erinomaiset ominaisuudet.
Koska EVA-sivuketjun vinyyliasetaattiryhmä (VA) on polaarinen, mitä suurempi VA-pitoisuus on, sitä polaarisempi polymeeri on ja sitä parempi öljynkestävyys. Kaapeliteollisuuden vaatima öljynkestävyys viittaa enimmäkseen kykyyn kestää poolittomia tai heikosti polaarisia mineraaliöljyjä. Samankaltaisen yhteensopivuuden periaatteen mukaisesti korkean VA-pitoisuuden omaavaa EVA:ta käytetään perusmateriaalina vähäsavuisen ja halogeenittoman polttoainesuojan valmistukseen, jolla on hyvä öljynkestävyys.
EVA-molekyylien alfa-olefiini-vetyatomin suorituskyky on aktiivisempi, peroksidiradikaalien tai suurenergisten elektronisäteilyvaikutusten ansiosta ne voivat helposti ristisilloittaa vetyatomin ja muodostaa ristisilloitettuja muoveja tai kumia, mikä mahdollistaa vaativien suorituskykyvaatimusten täyttämisen erityisillä lanka- ja kaapelimateriaaleilla.
Vinyyliasetaattiryhmän lisääminen laskee EVA:n sulamislämpötilaa merkittävästi, ja VA:n lyhyiden sivuketjujen määrä voi lisätä EVA:n virtausta. Siksi sen ekstruusiokyky on paljon parempi kuin vastaavan polyeteenin molekyylirakenteen, ja siitä tulee ensisijainen perusmateriaali puolijohtaville suojamateriaaleille sekä halogeeni- ja halogeenittomille polttoaineesteille.
2 Tuotteen edut
2. 1 Erittäin korkea kustannustehokkuus
EVA:n fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, lämmönkestävyys, säänkestävyys, otsoninkestävyys ja sähköiset ominaisuudet ovat erittäin hyvät. Valitsemalla sopivan laatuluokan voit valmistaa lämmönkestävyyttä, palonestokykyä, mutta myös öljyä ja liuottimia kestävää erikoiskaapelimateriaalia.
Termoplastista EVA-materiaalia käytetään enimmäkseen 15–46 %:n VA-pitoisuudella ja 0,5–4 luokan sulaindeksillä. EVA:lla on monia valmistajia, useita tuotemerkkejä, laaja valikoima vaihtoehtoja, kohtuulliset hinnat ja riittävä tarjonta. Käyttäjien tarvitsee vain avata verkkosivuston EVA-osio, jolloin tuotemerkki, suorituskyky, hinta ja toimituspaikka näkyvät yhdellä silmäyksellä. Erittäin kätevää.
EVA on polyolefiinipolymeeri, jonka pehmeyden ja suorituskyvyn vertailujen perusteella polyeteeni (PE) ja pehmeä polyvinyylikloridi (PVC) -kaapelimateriaali ovat samankaltaisia. Mutta lisätutkimuksissa huomaat, että EVA ja edellä mainitut kaksi materiaalityyppiä ovat korvaamattomia paremmuuksia.
2. 2 erinomaista prosessointitehoa
EVA-materiaalia käytetään kaapelisovelluksissa keski- ja korkeajännitekaapeleissa suojausmateriaalina sisä- ja ulkopuolella, ja sitä on myöhemmin laajennettu halogeenittomaan polttoainesuojaan. Näitä kahta materiaalityyppiä pidetään prosessoinnin näkökulmasta "erittäin täyteainepitoisina materiaaleina": suojausmateriaaliin on lisättävä paljon johtavaa hiilimustaa, mikä nostaa viskositeettia ja laskee juoksevuutta jyrkästi; halogeenittomaan palonsuoja-aineeseen on lisättävä paljon halogeenittomia palonsuoja-aineita, ja halogeenittoman materiaalin viskositeetin noustessa jyrkästi juoksevuus laskee jyrkästi. Ratkaisuna on löytää polymeeri, joka kestää suuria täyteainemääriä, mutta jolla on myös alhainen sulaviskositeetti ja hyvä juoksevuus. Tästä syystä EVA on ensisijainen valinta.
EVA-sulaviskositeetti laskee nopeasti ekstruusiokäsittelyn lämpötilan ja leikkausnopeuden mukaan. Käyttäjän tarvitsee vain säätää ekstruuderin lämpötilaa ja ruuvin nopeutta, mikä mahdollistaa erinomaisen suorituskyvyn omaavien lanka- ja kaapelituotteiden valmistuksen. Lukuisat kotimaiset ja ulkomaiset sovellukset osoittavat, että erittäin täyteainepitoisten, vähän savua tuottavien ja halogeenittomien materiaalien viskositeetti on liian suuri ja sulaindeksi liian pieni. Siksi hyvän ekstruusiolaadun varmistamiseksi tarvitaan vain matalapuristussuhteinen ruuviekstruusio (puristussuhde alle 1,3). Kumipohjaisia EVM-materiaaleja, joissa on vulkanointiaineita, voidaan ekstrudoida sekä kumiekstruudereilla että yleiskäyttöisillä ekstruudereilla. Seuraava vulkanointi (silloitus) voidaan suorittaa joko termokemiallisella (peroksidi) ristisilloituksella tai elektronikiihdyttimen säteilytyssilloituksella.
2. 3 Helppo muokata ja mukauttaa
Johtoja ja kaapeleita on kaikkialla, taivaasta maahan, vuorilta mereen. Käyttäjien johdoille ja kaapeleille asettamat vaatimukset ovat myös vaihtelevia ja outoja. Vaikka johdon ja kaapelin rakenne on samanlainen, sen suorituskykyerot heijastuvat pääasiassa eristys- ja vaippamateriaaleissa.
Tähän mennessä sekä kotimaassa että ulkomailla pehmeä PVC muodostaa edelleen valtaosan kaapeliteollisuudessa käytetyistä polymeerimateriaaleista. Ympäristönsuojelun ja kestävän kehityksen tietoisuuden kasvaessa.
PVC-materiaaleja on rajoitettu huomattavasti, ja tutkijat tekevät kaikkensa löytääkseen vaihtoehtoisia materiaaleja PVC:lle, joista lupaavin on EVA.
EVAa voidaan sekoittaa useiden polymeerien, mutta myös erilaisten mineraalijauheiden ja jalostuksen apuaineiden kanssa yhteensopiviksi. Sekoitetuista tuotteista voidaan valmistaa termoplastisia muoveja muovikaapeleille tai ristisilloitettua kumia kumikaapeleille. Formulaatioiden suunnittelijat voivat perustua käyttäjän (tai standardin) vaatimuksiin, EVAa pohjamateriaalina, jotta materiaalin suorituskyky vastaisi vaatimuksia.
3 EVA-sovellusalue
3. 1 Käytetään puolijohtavana suojausmateriaalina suurjännitekaapeleissa
Kuten tiedämme, suojausmateriaalin päämateriaali on johtava hiilimusta. Suuren määrän hiilimustaa lisääminen muovi- tai kumipohjaiseen materiaaliin heikentää vakavasti suojausmateriaalin juoksevuutta ja suulakepuristuksen tasaisuutta. Korkeajännitekaapeleiden osittaispurkausten estämiseksi sisä- ja ulkosuojan on oltava ohuita, kiiltäviä, kirkkaita ja tasaisia. EVA pystyy tähän helpommin kuin muut polymeerit. Syynä tähän on EVA:n suulakepuristusprosessi, hyvä virtaus ja vähäinen sulamisrepeämä. Suojausmateriaalit jaetaan kahteen tyyppiin: johtimen ulkopuolelle kääritty sisäsuoja, jossa on sisäsuoja; eristeen ulkopuolelle kääritty ulkosuoja, jossa on ulkosuoja; sisäsuojan materiaali on enimmäkseen termoplastinen. Sisäsuojan materiaali on enimmäkseen termoplastinen ja perustuu usein EVA:han, jonka vaneripitoisuus on 18–28 %; ulkosuojan materiaali on enimmäkseen silloitettu ja kuorittava, ja se perustuu usein EVA:han, jonka vaneripitoisuus on 40–46 %.
3. 2 Termoplastiset ja silloitetut palonestoaineet
Termoplastista palonestoainetta sisältävää polyolefiinia käytetään laajalti kaapeliteollisuudessa, pääasiassa halogeeni- tai halogeenittomuuteen liittyvissä laivakaapeleissa, voimakaapeleissa ja korkealaatuisissa rakennuslinjoissa. Niiden pitkäaikainen käyttölämpötila vaihtelee 70–90 °C:n välillä.
Keski- ja suurjännitekaapeleissa, joiden sähköinen suorituskyky on erittäin korkea, 10 kV:n ja sitä korkeammissa, palonesto-ominaisuudet tulevat pääasiassa ulkovaipasta. Joissakin ympäristöllisesti vaativissa rakennuksissa tai projekteissa kaapeleiden on oltava vähäsavuisia, halogeenittomia, myrkyllisiä tai vähäsavuisia ja vähähalogeenisia, joten termoplastiset palonestoaineella varustetut polyolefiinit ovat käyttökelpoinen ratkaisu.
Joissakin erikoistarkoituksissa ulkohalkaisija ei ole suuri, ja sen lämpötilankesto on 105–150 ℃ erikoiskaapelin ja silloitetun palonestoaineella varustetun polyolefiinimateriaalin välillä. Kaapelin valmistaja voi valita silloitusmenetelmän omien tuotanto-olosuhteidensa mukaan. Käytettävissä on joko perinteinen korkeapainehöyry tai korkean lämpötilan suolakylpy, mutta myös elektronikiihdytin huoneenlämmössä säteilytetty silloitusmenetelmä. Sen pitkäaikainen käyttölämpötila on jaettu 105 ℃, 125 ℃ ja 150 ℃:n kolmeen ryhmään. Tuotantolaitos voi valmistaa sen käyttäjän tai standardin mukaisen halogeenittomana tai halogeenittomana polttoainesuojana.
On hyvin tunnettua, että polyolefiinit ovat poolittomia tai heikosti polaarisia polaarisia polymeerejä. Koska ne ovat polaarisuudeltaan samanlaisia kuin mineraaliöljy, polyolefiineja pidetään enimmäkseen vähemmän öljynkestävinä samankaltaisen yhteensopivuuden periaatteen mukaisesti. Monet kaapelistandardit kotimaassa ja ulkomailla edellyttävät kuitenkin myös, että silloitettujen vastusten on kestettävä hyvin myös öljyjä, liuottimia ja jopa öljylietteitä, happoja ja emäksiä. Tämä on haaste materiaalitutkijoille, sillä nyt, olipa kyseessä sitten Kiina tai ulkomailla, nämä vaativat materiaalit on kehitetty, ja niiden perusmateriaali on EVA.
3. 3 Happisulkumateriaali
Kerratuissa monijohtimisissa kaapeleissa on johtimien välissä paljon tyhjiä tiloja, jotka on täytettävä pyöreän kaapelin ulkonäön varmistamiseksi, jos ulkovaipan täyte on halogeenitonta polttoainesululla. Tämä täytekerros toimii liekinestona (hapena) kaapelin palaessa ja siksi sitä kutsutaan teollisuudessa "happisuluksi".
Happisulkumateriaalin perusvaatimukset ovat: hyvät pursotusominaisuudet, hyvä halogeeniton palonestokyky (happi-indeksi yleensä yli 40) ja alhaiset kustannukset.
Tätä happisulkua on käytetty laajasti kaapeliteollisuudessa yli vuosikymmenen ajan, ja se on johtanut merkittäviin parannuksiin kaapeleiden palonsuoja-aineessa. Happisulkua voidaan käyttää sekä halogeenittomissa palonsuoja-aineella varustetuissa kaapeleissa että halogeenittomissa palonsuoja-aineella varustetuissa kaapeleissa (esim. PVC). Laaja käytäntö on osoittanut, että happisululla varustetut kaapelit läpäisevät todennäköisemmin yksittäiset pystysuuntaiset poltto- ja nippupolttotestit.
Materiaalikoostumuksen näkökulmasta tämä happisulkumateriaali on itse asiassa "erittäin korkea täyteainepitoisuus", koska alhaisten kustannusten saavuttamiseksi on käytettävä korkeaa täyteainetta, korkean happi-indeksin saavuttamiseksi on myös lisättävä suuri osuus (2–3 kertaa) Mg(OH)2:ta tai Al(OH)3:a ja hyvän pursotuksen saavuttamiseksi on valittava EVA perusmateriaaliksi.
3.4 Modifioitu PE-vaippamateriaali
Polyeteenistä valmistetut vaippamateriaalit ovat alttiita kahdelle ongelmalle: ensinnäkin ne ovat alttiita sulamurtumille (eli hainnahalle) pursotuksen aikana; toiseksi ne ovat alttiita ympäristön aiheuttamalle jännityshalkeilulle. Yksinkertaisin ratkaisu on lisätä tietty määrä EVA:ta koostumukseen. Käytettäessä modifioitua EVA:ta, jossa on enimmäkseen alhainen VA-pitoisuus, sen sulaindeksi on sopiva 1–2.
4. Kehitysnäkymät
(1) EVA:ta on käytetty laajalti kaapeliteollisuudessa, ja sen vuosittainen käyttö on kasvanut asteittain ja tasaisesti. Erityisesti viimeisen vuosikymmenen aikana ympäristönsuojelun tärkeyden vuoksi EVA-pohjainen polttoaineenkestävyys on kehittynyt nopeasti ja osittain korvannut PVC-pohjaisen kaapelimateriaalitrendin. Sen erinomaisen kustannustehokkuuden ja erinomaisen suulakepuristusprosessin suorituskyvyn ansiosta sitä on vaikea korvata millään muulla materiaalilla.
(2) Kaapeliteollisuuden EVA-hartsin vuotuinen kulutus on lähes 100 000 tonnia. Valittavana on useita eri EVA-hartsilajikkeita, joiden VA-pitoisuus vaihtelee alhaisesta korkeaan. Kaapelimateriaalin rakeistusyritysten koko ei ole suuri. Jokaisella yrityksellä on vuosittain vain tuhansia tonneja EVA-hartsia, joten se ei ole EVA-teollisuuden jättiyritysten huomion kohteena. Esimerkiksi halogeenittomien palonestoainepohjaisten perusmateriaalien suurin määrä on VA/MI = 28/2 ~ 3 EVA-hartsia (kuten Yhdysvaltain DuPontin EVA 265 #). Tämän spesifikaation mukaista EVA-hartsia ei ole vielä kotimaisilla valmistajilla, jotka sitä tuottaisivat ja toimittaisivat. Puhumattakaan siitä, että VA-pitoisuus on yli 28 ja sulamisindeksi alle 3 verrattuna muiden EVA-hartsien tuotantoon ja toimitukseen.
(3) Ulkomaiset yritykset tuottavat EVA-hartsia, koska kotimaisilla kilpailijoilla ei ole sijaa, ja hinta on pitkään ollut korkea, mikä on vakavasti tukahduttanut kotimaisten kaapelitehtaiden tuotantointoa. Yli 50 % kumityyppisten EVM-hartsien VA-pitoisuudesta on ulkomaisten yritysten hallitsemaa, ja hinta on 2–3 kertaa sama kuin tuotemerkin VA-pitoisuus. Tällaiset korkeat hinnat puolestaan vaikuttavat myös tämän kumityyppisen EVM:n määrään, joten kaapeliteollisuus vaatii kotimaisilta EVA-valmistajilta EVA:n kotimaisen tuotannon lisäämistä. Alan tuotannossa on käytetty paljon EVA-hartsia.
(4) Globalisaation aikakauden ympäristönsuojeluaallon ansiosta kaapeliteollisuus pitää EVA:ta parhaana pohjamateriaalina ympäristöystävälliselle polttoainevastukselle. EVA:n käyttö kasvaa 15 prosentin vuosivauhdilla, ja näkymät ovat erittäin lupaavat. Suojausmateriaalien ja keski- ja suurjännitekaapeleiden tuotannon määrä ja kasvuvauhti ovat noin 8–10 prosenttia; polyolefiinivastukset kasvavat nopeasti, viime vuosina ne ovat pysyneet 15–20 prosentissa, ja lähivuosina se saattaa pitää tämän kasvuvauhdin yllä.
Julkaisun aika: 31.7.2022