1. Введение
ЭВА (этиленвинилацетат) – это аббревиатура сополимера этилена и винилацетата, полиолефинового полимера. Благодаря низкой температуре плавления, хорошей текучести, полярности и отсутствию галогенов, он совместим с различными полимерами и минеральными порошками, обладает сбалансированным набором механических, электрических и технологических свойств, а также невысокой ценой, что обеспечивает его достаточное предложение на рынке. ЭВА может использоваться как в качестве изоляционного материала для кабелей, так и в качестве наполнителя и материала для оболочки; может быть переработан в термопластичный и термореактивный сшивающий материал.
Широкий спектр применения ЭВА, с антипиренами, может быть превращен в малодымный безгалогенный или галогенированный топливный барьер; выбор высокого содержания ВА в качестве базового материала ЭВА также может быть превращен в маслостойкий материал; выбор умеренного индекса расплава ЭВА, добавление в 2-3 раза большего количества наполнителя антипиренов ЭВА может привести к более сбалансированным эксплуатационным характеристикам и цене процесса экструзии кислородного барьера (наполнителя).
В данной статье рассмотрены структурные свойства ЭВА, начало его применения в кабельной промышленности и перспективы развития.
2. Структурные свойства
При синтезе изменение соотношения степени полимеризации n/m может обеспечить содержание ВА от 5 до 90% ЭВА; увеличение общей степени полимеризации может обеспечить молекулярную массу ЭВА от десятков тысяч до сотен тысяч; при содержании ВА ниже 40% из-за частичной кристаллизации получается плохая эластичность, обычно называемая ЭВА-пластиком; при содержании ВА более 40% получается резиноподобный эластомер без кристаллизации, обычно называемый ЭВМ-каучуком.
1. 2 объекта недвижимости
Молекулярная цепь ЭВА представляет собой линейную насыщенную структуру, поэтому она обладает хорошей устойчивостью к тепловому старению, атмосферным воздействиям и озону.
Основная цепь молекулы ЭВА не содержит двойных связей, бензольных колец, ацильных, аминогрупп и других групп, образующих дым при горении. Боковые цепи также не содержат метильных, фенильных, цианогрупп и других групп, образующих дым при горении. Кроме того, сама молекула не содержит галогенов, поэтому она особенно подходит для создания малодымящей безгалогеновой резистивной топливной основы.
Большой размер винилацетатной (ВА) группы в боковой цепи ЭВА и её средняя полярность позволяют ей не только подавлять кристаллизацию виниловой цепи, но и хорошо сочетаться с минеральными наполнителями, что создаёт условия для создания высокоэффективных барьерных топлив. Это особенно актуально для малодымных и безгалогеновых резистов, поскольку для соответствия требованиям стандартов на кабели по огнестойкости необходимо добавлять антипирены с объёмным содержанием более 50% [например, Al(OH)3, Mg(OH)2 и т.д.]. ЭВА со средним и высоким содержанием ВА используется в качестве основы для производства малодымных и безгалогеновых антипиренов с превосходными свойствами.
Поскольку винилацетатная группа (ВА) в боковой цепи ЭВА полярна, чем выше содержание ВА, тем более полярным является полимер и тем выше его маслостойкость. Маслостойкость, требуемая в кабельной промышленности, в основном определяется способностью противостоять неполярным или слабополярным минеральным маслам. Согласно принципу совместимости, ЭВА с высоким содержанием ВА используется в качестве базового материала для создания топливного барьера с низким дымовыделением, без галогенов и высокой маслостойкостью.
Молекулы ЭВА в альфа-олефинах обладают более высокой активностью атома H, под действием пероксидных радикалов или высокоэнергетического электронного излучения легко вступают в реакцию сшивания H, превращаясь в сшитый пластик или резину, из которых можно изготавливать специальные материалы для проводов и кабелей, отвечающие высоким эксплуатационным требованиям.
Добавление винилацетатной группы значительно снижает температуру плавления ЭВА, а количество коротких боковых цепей ВА может увеличить текучесть ЭВА. Таким образом, его экструзионные характеристики значительно превосходят характеристики аналогичного полиэтилена с молекулярной структурой, что делает его предпочтительным базовым материалом для полупроводящих экранирующих материалов, а также галогенных и безгалогеновых топливных барьеров.
2 Преимущества продукта
2. 1 Чрезвычайно высокая стоимость и производительность
ЭВА обладает отличными физико-механическими свойствами, такими как термостойкость, атмосферостойкость, озоностойкость и электрические характеристики. Выбор подходящей марки позволяет изготовить специальный кабельный материал с высокими термостойкостью, огнестойкостью, а также стойкостью к воздействию масел и растворителей.
В основном используется термопластичный материал ЭВА с содержанием ВА от 15% до 46% и индексом расплава от 0,5 до 4. ЭВА представлен многими производителями, брендами, широким ассортиментом, умеренными ценами и достаточным предложением. Пользователям достаточно открыть раздел ЭВА на сайте, чтобы сразу увидеть марку, характеристики, цену и место доставки. Очень удобно.
ЭВА — это полиолефиновый полимер, который по мягкости и эксплуатационным характеристикам схож с полиэтиленом (ПЭ) и мягким поливинилхлоридом (ПВХ). Однако дальнейшее исследование показывает, что ЭВА и два вышеперечисленных материала обладают неоспоримым превосходством.
2. 2 отличные характеристики обработки
Применение ЭВА в кабельной промышленности началось с использования в качестве внутреннего и внешнего защитного материала для кабелей среднего и высокого напряжения, а затем распространилось на безгалогеновый топливный барьер. Эти два типа материалов с точки зрения переработки считаются «высоконаполненными материалами»: для защитного материала требуется добавление большого количества проводящей сажи, что приводит к резкому снижению его вязкости; для безгалогенового огнестойкого топлива требуется добавление большого количества безгалогеновых антипиренов, что также приводит к резкому повышению вязкости безгалогенового материала и резкому снижению его текучести. Решение заключается в поиске полимера, способного вмещать большие дозы наполнителя, но при этом обладающего низкой вязкостью расплава и хорошей текучестью. По этой причине ЭВА является предпочтительным выбором.
Вязкость расплава ЭВА с температурой экструзии и скоростью сдвига будет быстро снижаться, пользователю нужно только отрегулировать температуру экструдера и скорость шнека, вы можете добиться превосходной производительности проводной и кабельной продукции. Большое количество отечественных и зарубежных применений показывают, что для высоконаполненного малодымного безгалогенного материала, поскольку вязкость слишком велика, индекс расплава слишком мал, поэтому для обеспечения хорошего качества экструзии следует использовать только экструзию со шнеком с низкой степенью сжатия (степень сжатия менее 1,3). Материалы ЭВМ на основе каучука с вулканизующими агентами можно экструдировать как на экструдерах для резины, так и на экструдерах общего назначения. Последующий процесс вулканизации (сшивания) может быть осуществлен либо путем термохимической (пероксидной) сшивки, либо путем сшивки под действием электронного ускорителя.
2. 3 Легко модифицировать и адаптировать
Провода и кабели повсюду: от неба до земли, от гор до моря. Потребности потребителей проводов и кабелей также разнообразны и необычны. Хотя конструкция проводов и кабелей схожа, различия в их эксплуатационных характеристиках в основном заключаются в материалах изоляции и оболочки.
До сих пор, как в стране, так и за рубежом, мягкий ПВХ по-прежнему составляет подавляющее большинство полимерных материалов, используемых в кабельной промышленности. Однако это происходит с ростом внимания к вопросам охраны окружающей среды и устойчивого развития.
Материалы из ПВХ подверглись серьезным ограничениям, ученые делают все возможное, чтобы найти альтернативные материалы ПВХ, наиболее перспективным из которых является ЭВА.
ЭВА можно смешивать с различными полимерами, а также с различными минеральными порошками и технологическими добавками. Из смеси можно производить термопластичный пластик для пластиковых кабелей, а также сшитую резину для резиновых кабелей. Разработчики рецептур могут основываться на требованиях пользователя (или стандартах), используя ЭВА в качестве базового материала, чтобы обеспечить соответствие эксплуатационных характеристик материала этим требованиям.
3 Область применения ЭВА
3. 1 Используется в качестве полупроводящего экранирующего материала для высоковольтных силовых кабелей.
Как мы все знаем, основным материалом экранирующего материала является проводящий технический углерод, в пластиковой или резиновой основе материала, чтобы добавить большое количество технического углерода, серьезно ухудшится текучесть экранирующего материала и гладкость уровня экструзии. Для предотвращения частичных разрядов в высоковольтных кабелях внутренние и внешние экраны должны быть тонкими, блестящими, яркими и однородными. По сравнению с другими полимерами, ЭВА может сделать это более легко. Причина этого заключается в том, что процесс экструзии ЭВА особенно хорош, имеет хорошую текучесть и не склонен к явлению разрыва расплава. Экранирующий материал делится на две категории: обернутый снаружи проводником, называемым внутренним экраном, - с материалом внутреннего экрана; обернутый снаружи изоляцией, называемым внешним экраном, - с материалом внешнего экрана; материал внутреннего экрана в основном термопластичный Материал внутреннего экрана в основном термопластичный и часто основан на ЭВА с содержанием ВА от 18% до 28%; Материал внешнего экрана в основном сшитый и легко расслаивается, часто на основе ЭВА с содержанием ВА от 40% до 46%.
3. 2 Термопластичные и сшитые огнестойкие топлива
Термопластичный огнестойкий полиолефин широко используется в кабельной промышленности, в основном для производства морских кабелей, силовых кабелей и высококачественных строительных линий, требующих наличия галогенов или без галогенов. Диапазон их длительной эксплуатации составляет от 70 до 90 °C.
Для силовых кабелей среднего и высокого напряжения (10 кВ и выше), предъявляющих очень высокие требования к электрическим характеристикам, огнезащитные свойства обеспечиваются главным образом внешней оболочкой. В некоторых зданиях и проектах с повышенными экологическими требованиями к кабелям предъявляются требования к малодымности, отсутствию галогенов, низкой токсичности или малодымности и низкому выделению галогенов, поэтому термопластичные огнестойкие полиолефины являются эффективным решением.
Для некоторых специальных целей наружный диаметр кабеля невелик, а термостойкость составляет от 105 до 150 ℃. Изготовленный из полиолефина с повышенной огнестойкостью, сшитый кабель может быть выбран производителем кабеля в соответствии с условиями производства. Кабель может быть сшит как традиционным способом с помощью пара высокого давления или высокотемпературной соляной ванны, так и методом сшивания с помощью электронного ускорителя при комнатной температуре. Диапазон рабочих температур составляет 105 ℃, 125 ℃ и 150 ℃. Производственная линия может быть изготовлена в соответствии с различными требованиями или стандартами, безгалогеновым или галогенсодержащим топливным барьером.
Хорошо известно, что полиолефины – это неполярные или слабополярные полимеры. Поскольку их полярность близка к полярности минерального масла, полиолефины, как правило, считаются менее стойкими к воздействию масел, согласно принципу совместимости. Однако многие отечественные и зарубежные стандарты на кабели также предусматривают, что сшитые кабели также должны обладать хорошей стойкостью к маслам, растворителям и даже масляным шламам, кислотам и щелочам. Это сложная задача для исследователей материалов, и в настоящее время, как в Китае, так и за рубежом, эти требовательные материалы разработаны, и их основой является сополимер этилена и винилацетата (EVA).
3. 3 Материал, препятствующий проникновению кислорода
В многожильных кабелях с многожильным кабелем имеется множество пустот между жилами, которые необходимо заполнить, чтобы обеспечить округлую форму кабеля. Если заполнитель внутри внешней оболочки выполнен из безгалогенового топливного барьера, то он служит барьером для пламени (кислорода) при горении кабеля и поэтому в отрасли называется «кислородным барьером».
Основными требованиями к кислородонепроницаемому материалу являются: хорошие экструзионные свойства, хорошая безгалогеновая огнестойкость (кислородный индекс обычно выше 40) и низкая стоимость.
Этот кислородный барьер широко используется в кабельной промышленности уже более десяти лет и привёл к значительному повышению огнестойкости кабелей. Кислородный барьер может использоваться как для безгалогенных огнестойких кабелей, так и для безгалогенных огнестойких кабелей (например, ПВХ). Многочисленные исследования показали, что кабели с кислородным барьером с большей вероятностью выдерживают испытания на горение одиночных жил в вертикальном положении и испытания на горение пучка жил.
С точки зрения состава материала этот кислородонепроницаемый материал на самом деле является «сверхвысоконаполненным», поскольку для достижения низкой стоимости необходимо использовать высоконаполнительный материал, для достижения высокого кислородного индекса необходимо также добавлять большую долю (в 2–3 раза) Mg(OH)2 или Al(OH)3, а для хорошей экструзии необходимо выбрать ЭВА в качестве основного материала.
3. 4 Модифицированный полиэтиленовый материал оболочки
Полиэтиленовые оболочки подвержены двум проблемам: во-первых, они склонны к разрыву расплава (так называемая «акулья кожа») при экструзии; во-вторых, они склонны к растрескиванию под воздействием окружающей среды. Простейшее решение — добавление определённой доли ЭВА в рецептуру. В качестве модифицированного ЭВА, как правило, используется марка с низким содержанием ВА, индекс расплава которой составляет от 1 до 2.
4. Перспективы развития
(1) ЭВА широко используется в кабельной промышленности, и его ежегодный объём постепенно и стабильно растёт. Особенно в последнее десятилетие, в связи с важностью защиты окружающей среды, топливостойкость ЭВА стремительно развивается, и он частично вытеснил ПВХ из кабельных материалов. Благодаря превосходным экономическим показателям и превосходным характеристикам процесса экструзии, его сложно заменить другими материалами.
(2) Годовое потребление смолы ЭВА в кабельной промышленности приближается к 100 000 тонн. Выбор сортов смолы ЭВА, содержание ВА от низкого до высокого, будет использоваться в сочетании с размером предприятия по грануляции кабельного материала, невелик, каждое предприятие ежегодно распределяет только тысячи тонн смолы ЭВА вверх и вниз, и, таким образом, не будет крупным предприятием по производству ЭВА. Например, наибольшее количество безгалогенового огнестойкого базового материала, основной выбор смолы ЭВА с ВА / МИ = 28 / 2 ~ 3 (например, EVA 265 # от американской компании DuPont). И эта спецификация марки ЭВА до сих пор не существует отечественного производителя для производства и поставки. Не говоря уже о содержании ВА выше 28 и индексе расплава менее 3, характерных для других видов производства и поставок смолы ЭВА.
(3) Иностранные компании, производящие ЭВА, не имеют конкурентов на внутреннем рынке, а цены на них долгое время были высокими, что серьёзно подавляло энтузиазм отечественных производителей кабельной продукции. Более 50% ВА в каучуковом ЭВА производятся иностранными компаниями, а цена в 2-3 раза превышает содержание ВА в каучуковом ЭВА. Высокая цена, в свою очередь, влияет на объёмы производства ЭВА, поэтому кабельная промышленность призывает отечественных производителей ЭВА повысить темпы внутреннего производства ЭВА. Расширение производства ЭВА в отрасли привело к значительному увеличению использования смолы ЭВА.
(4) Благодаря волне заботы об окружающей среде в эпоху глобализации, кабельная промышленность рассматривает ЭВА как лучший базовый материал для экологически безопасных материалов, устойчивых к воздействию топлива. Использование ЭВА растет на 15% в год, и перспективы весьма многообещающие. Объем и темпы роста производства экранирующих материалов и силовых кабелей среднего и высокого напряжения составляют около 8–10%. Производство полиолефинов, устойчивых к воздействию, быстро растет, в последние годы темпы роста составляли 15–20%, и в обозримом будущем, возможно, сохранятся на этом уровне в течение следующих 5–10 лет.
Время публикации: 31 июля 2022 г.