1. Bevezetés
Az EVA az etilén-vinil-acetát kopolimer rövidítése, amely egy poliolefin polimer. Alacsony olvadáspontjának, jó folyékonyságának, polaritásának és nem halogénes elemeinek köszönhetően számos polimerrel és ásványi porral kompatibilis, számos mechanikai és fizikai tulajdonsággal, elektromos tulajdonságokkal és feldolgozási teljesítmény-egyensúlyral rendelkezik, és az ára sem magas, a piaci kínálat elegendő, így mind kábelszigetelő anyagként, mind töltőanyagként, burkolóanyagként is használható; hőre lágyuló anyaggá és hőre keményedő térhálósító anyaggá alakítható.
Az EVA széles körben felhasználható, égésgátlókkal együtt alacsony füstkibocsátású, halogénmentes vagy halogén üzemanyag-záró anyaggá alakítható; a magas VA-tartalmú EVA alapanyag olajálló anyaggá is alakítható; a mérsékelt olvadáspontú EVA kiválasztása, az EVA töltet 2-3-szorosának hozzáadása az égésgátló anyagok extrudálási folyamatának teljesítményét és árát kiegyensúlyozottabb oxigénzáró (töltő) anyaggá alakítható.
Ebben a cikkben az EVA szerkezeti tulajdonságaitól kezdve a kábeliparban való alkalmazásának bemutatásán és a fejlesztési kilátásokon áttekintjük.
2. Szerkezeti tulajdonságok
Szintézis előállításakor a polimerizációs fok n/m arányának változtatásával az EVA-tartalom 5-ről 90%-ra növelhető; a teljes polimerizációs fok növelésével az EVA molekulatömege tízezrekről százezrekre nőhet; a 40% alatti VA-tartalom a részleges kristályosodás és a gyenge rugalmasság miatt következik be, ezt általában EVA műanyagnak nevezik; ha a VA-tartalom 40%-nál nagyobb, akkor a kristályosodás nélküli gumiszerű elasztomerről beszélünk, ezt általában EVM guminak nevezik.
1. 2 Ingatlanok
Az EVA molekuláris lánca lineáris telített szerkezetű, így jó hőállósággal, időjárásállósággal és ózonállósággal rendelkezik.
Az EVA molekula főlánca nem tartalmaz kettős kötéseket, benzolgyűrűt, acil-, aminocsoportokat és más, égéskor könnyen füstölgő csoportokat, az oldalláncok pedig nem tartalmaznak metil-, fenil-, ciano- és más csoportokat égéskor könnyen füstölögnek. Ezenkívül maga a molekula nem tartalmaz halogén elemeket, így különösen alkalmas alacsony füstkibocsátású, halogénmentes rezisztív üzemanyag alaphoz.
Az EVA oldalláncában található vinil-acetát (VA) csoport nagy mérete és közepes polaritása azt jelenti, hogy egyrészt gátolja a vinil gerinc kristályosodási hajlamát, másrészt jól illeszkedik az ásványi töltőanyagokhoz, ami megteremti a feltételeket a nagy teljesítményű záró üzemanyagok előállításához. Ez különösen igaz az alacsony füstkibocsátású és halogénmentes rezisztekre, mivel a kábelszabványok lángállóságra vonatkozó követelményeinek teljesítéséhez 50 térfogatszázaléknál nagyobb mennyiségű égésgátlókat [pl. Al(OH)3, Mg(OH)2 stb.] kell hozzáadni. A közepes vagy magas VA-tartalmú EVA-t kiváló tulajdonságokkal rendelkező, alacsony füstkibocsátású és halogénmentes égésgátló üzemanyagok előállításához használják.
Mivel az EVA oldallánc vinil-acetát csoportja (VA) poláris, minél nagyobb a VA-tartalom, annál polárisabb a polimer, és annál jobb az olajállósága. A kábelipar által megkövetelt olajállóság többnyire a nem poláris vagy gyengén poláris ásványolajokkal szembeni ellenállásra vonatkozik. A hasonló kompatibilitás elve szerint a magas VA-tartalmú EVA-t alapanyagként használják alacsony füstkibocsátású és halogénmentes üzemanyag-záróréteg előállítására, jó olajállósággal.
Az EVA molekulák az alfa-olefin H atomban aktívabbak, a peroxidgyökök vagy a nagy energiájú elektronsugárzás hatására könnyen térhálósíthatók, műanyaggá vagy gumivá alakulnak, és speciális vezeték- és kábelanyagokból igényes teljesítménykövetelményeket tudnak előállítani.
A vinil-acetát csoport hozzáadása jelentősen csökkenti az EVA olvadási hőmérsékletét, és a VA rövid oldalláncainak száma növelheti az EVA áramlását. Ezért extrudálási teljesítménye sokkal jobb, mint a hasonló polietilének molekulaszerkezete, így a félvezető árnyékoló anyagok, valamint a halogén és halogénmentes üzemanyag-gátak előnyben részesített alapanyagává válik.
2 Termékelőnyök
2. 1 Rendkívül magas költséghatékonyság
Az EVA fizikai és mechanikai tulajdonságai, hőállósága, időjárásállósága, ózonállósága és elektromos tulajdonságai nagyon jók. A megfelelő minőség kiválasztásával hőálló, lángálló, de olaj- és oldószerálló speciális kábelanyaggal is előállítható.
A hőre lágyuló EVA anyagot többnyire 15% és 46% közötti VA-tartalommal, 0,5-4 fokozatú olvadási indexszel használják. Az EVA-nak számos gyártója, számos márkája, széles választéka, mérsékelt árai, megfelelő kínálata van, a felhasználóknak csak meg kell nyitniuk a weboldal EVA részét, a márka, a teljesítmény, az ár, a szállítási hely egy pillantással kiválaszthatók, nagyon kényelmes.
Az EVA egy poliolefin polimer, amely puhaság és teljesítmény tekintetében összehasonlítható a polietilén (PE) anyaggal és a lágy polivinil-klorid (PVC) kábelanyaggal. További kutatások során azonban az EVA és a fenti két anyagtípus összehasonlítva felbecsülhetetlen fölényt mutat.
2. 2 kiváló feldolgozási teljesítmény
Az EVA-t kábelalkalmazásokban kezdetben közép- és nagyfeszültségű kábelek árnyékoló anyagként használták belül és kívül, majd később kiterjesztették halogénmentes üzemanyag-gátakra. A feldolgozás szempontjából ezt a két anyagtípust „magasan töltött anyagnak” tekintik: az árnyékoló anyaghoz nagy mennyiségű vezetőképes korom hozzáadása szükséges, ami növeli a viszkozitását, és jelentősen csökkenti a folyékonyságát; a halogénmentes égésgátló üzemanyaghoz nagy mennyiségű halogénmentes égésgátló hozzáadása szükséges, és a halogénmentes anyag viszkozitásának növekedésével a folyékonysága is jelentősen csökken. A megoldás az, hogy olyan polimert találjunk, amely nagy mennyiségű töltőanyagot képes befogadni, ugyanakkor alacsony olvadékviszkozitással és jó folyékonysággal rendelkezik. Ezért az EVA az előnyben részesített választás.
Az EVA olvadék viszkozitása az extrudálási feldolgozási hőmérséklettel és nyírási sebességgel együtt gyorsan csökken, a felhasználónak csak az extruder hőmérsékletét és a csiga sebességét kell beállítani, így kiváló teljesítményű huzal- és kábeltermékeket lehet előállítani. Számos hazai és külföldi alkalmazás azt mutatja, hogy a magas töltésű, alacsony füstkibocsátású, halogénmentes anyagok esetében a viszkozitás túl nagy, az olvadási index túl kicsi, ezért csak alacsony tömörítési arányú csiga extrudálás (1,3-nál kisebb tömörítési arány) szükséges a jó extrudálási minőség biztosítása érdekében. A vulkanizálószerrel ellátott gumi alapú EVM anyagok mind gumi extrudereken, mind általános célú extrudereken extrudálhatók. A következő vulkanizálási (térhálósítási) folyamatot termokémiai (peroxid) térhálósítással vagy elektrongyorsító besugárzásos térhálósítással lehet elvégezni.
2. 3 Könnyen módosítható és adaptálható
A vezetékek és kábelek mindenhol megtalálhatók, az égtől a földig, a hegyektől a tengerig. A vezetékekkel és kábelekkel szembeni felhasználói igények is változatosak és különösek, bár a vezetékek és kábelek szerkezete hasonló, teljesítménybeli különbségeik főként a szigetelésben és a burkolat anyagaiban tükröződnek.
Eddig, mind belföldön, mind külföldön, a lágy PVC továbbra is a kábeliparban használt polimer anyagok túlnyomó többségét teszi ki. Azonban a környezetvédelem és a fenntartható fejlődés iránti növekvő tudatosság miatt.
A PVC anyagok felhasználása jelentősen korlátozott, a tudósok mindent megtesznek alternatív anyagok megtalálása érdekében, amelyek közül a legígéretesebb az EVA.
Az EVA keverhető különféle polimerekkel, de különféle ásványi porokkal és feldolgozási segédanyagokkal is kompatibilis, a kevert termékekből hőre lágyuló műanyag készülhet műanyag kábelekhez, de térhálósított gumi is készülhet gumi kábelekhez. A receptúra tervezői a felhasználói (vagy szabványos) követelmények alapján, az EVA-t alapanyagként használva, alakíthatják ki az anyag teljesítményét a követelményeknek megfelelően.
3 EVA alkalmazási tartomány
3. 1 Félvezető árnyékoló anyagként használják nagyfeszültségű kábelekhez
Mint mindannyian tudjuk, az árnyékolóanyag fő anyaga a vezetőképes korom. A műanyag vagy gumi alapanyaghoz nagy mennyiségű korom hozzáadása komolyan rontja az árnyékolóanyag folyékonyságát és az extrudálás simaságát. A nagyfeszültségű kábelek részleges kisüléseinek elkerülése érdekében a belső és külső árnyékolásnak vékonynak, fényesnek, világosnak és egyenletesnek kell lennie. Más polimerekhez képest az EVA ezt könnyebben meg tudja tenni. Ennek az az oka, hogy az EVA extrudálási eljárása különösen jó, jó folyási tulajdonságokkal rendelkezik, és nem hajlamos az olvadéktörésre. Az árnyékolóanyag két kategóriába sorolható: a vezetőbe tekercselt, belső árnyékolásnak nevezett anyag, amely belső árnyékolást tartalmaz; a szigetelésbe tekercselt, külső árnyékolásnak nevezett anyag, amely külső árnyékolást tartalmaz; a belső árnyékolás anyaga többnyire hőre lágyuló műanyag. A belső árnyékolás anyaga többnyire hőre lágyuló műanyag, és gyakran 18–28%-os VA-tartalmú EVA-ból készül; a külső árnyékolás anyaga többnyire térhálósított és lehúzható, és gyakran 40–46%-os VA-tartalmú EVA-ból készül.
3. 2 Hőre lágyuló és térhálósított égésgátló üzemanyagok
A hőre lágyuló, égésgátló poliolefint széles körben használják a kábeliparban, főként a tengeri kábelek, erősáramú kábelek és magas minőségű építési vezetékek halogén- vagy halogénmentes követelményeinek kielégítésére. Hosszú távú üzemi hőmérsékletük 70 és 90 °C között mozog.
A 10 kV-os és annál nagyobb feszültségű, nagyon magas elektromos teljesítménykövetelményekkel rendelkező közép- és nagyfeszültségű kábelek lángálló tulajdonságait főként a külső burkolat viseli. Egyes környezetileg igényes épületekben vagy projektekben a kábeleknek alacsony füstkibocsátású, halogénmentes, alacsony toxicitású vagy alacsony füst- és alacsony halogéntartalmú tulajdonságokkal kell rendelkezniük, így a hőre lágyuló lángálló poliolefinek életképes megoldást jelentenek.
Bizonyos speciális célokra a külső átmérő nem nagy, a hőállóság 105 ~ 150 ℃ között van, a speciális kábel térhálósított, lángálló poliolefin anyagból készül, a térhálósítás módját a kábelgyártó a saját gyártási körülményei szerint választhatja ki, mind a hagyományos nagynyomású gőzzel, mind a magas hőmérsékletű sófürdővel, de elektrongyorsítóval, szobahőmérsékletű besugárzással térhálósított módon is elérhető. Hosszú távú üzemi hőmérséklete 105 ℃, 125 ℃ és 150 ℃ között három tartományban oszlik meg, a gyártóüzem a felhasználók vagy szabványok eltérő igényei szerint, halogénmentes vagy halogéntartalmú üzemanyag-záró kivitelben is gyártható.
Köztudott, hogy a poliolefinek nem poláris vagy gyengén poláris poláris polimerek. Mivel polaritásukban hasonlóak az ásványolajhoz, a hasonló kompatibilitás elve alapján a poliolefineket többnyire kevésbé olajállónak tekintik. Számos hazai és külföldi kábelszabvány azonban előírja, hogy a térhálósított ellenállásoknak jól kell ellenállniuk az olajoknak, oldószereknek, sőt az olajszuszpenzióknak, savaknak és lúgoknak is. Ez kihívást jelent az anyagkutatók számára, most, akár Kínában, akár külföldön, ezeket az igényes anyagokat kifejlesztették, és alapanyaguk az EVA.
3. 3 Oxigénzáró anyag
A sodrott, többeres kábelek erei között sok üreg található, amelyeket ki kell tölteni a lekerekített kábel megjelenésének biztosítása érdekében, ha a külső köpenyben lévő töltet halogénmentes üzemanyag-zárórétegből készül. Ez a töltetréteg lángzáróként (oxigénként) működik, amikor a kábel ég, ezért az iparban „oxigénzárórétegnek” nevezik.
Az oxigénzáró anyaggal szemben támasztott alapvető követelmények: jó extrudálási tulajdonságok, jó halogénmentes égésgátlás (oxigénindex általában 40 felett) és alacsony költség.
Ezt az oxigénzáró réteget több mint egy évtizede széles körben alkalmazzák a kábeliparban, és jelentős javuláshoz vezetett a kábelek lángállóságában. Az oxigénzáró réteg mind halogénmentes lángálló kábelekhez, mind halogénmentes lángálló kábelekhez (pl. PVC) használható. A nagyszámú gyakorlat azt mutatja, hogy az oxigénzáró réteggel ellátott kábelek nagyobb valószínűséggel mennek át az egyszeres függőleges égési és a kötegégetési vizsgálatokon.
Az anyagösszetétel szempontjából ez az oxigénzáró anyag valójában „ultramagas töltőanyag”, mivel az alacsony költség eléréséhez magas töltőanyagot kell használni, a magas oxigénindex eléréséhez pedig nagy arányban (2-3-szorosan) Mg(OH)2-t vagy Al(OH)3-at kell hozzáadni, és jó minőségű anyag előállításához EVA-t kell választani alapanyagként.
3. 4 Módosított PE burkolatanyag
A polietilén burkolóanyagok két problémával küzdenek: egyrészt hajlamosak az olvadéktörésre (azaz a cápabőr kialakulására) extrudálás során; másrészt környezeti feszültségrepedésekre. A legegyszerűbb megoldás az EVA bizonyos arányú hozzáadása a készítményhez. Módosított EVA-ként használják, többnyire alacsony VA-tartalmú, 1 és 2 közötti olvadási indexű változat esetén a megfelelő.
4. Fejlődési kilátások
(1) Az EVA-t széles körben használják a kábeliparban, az éves mennyiség fokozatos és folyamatos növekedést mutat. Különösen az elmúlt évtizedben, a környezetvédelem fontossága miatt, az EVA alapú üzemanyag-állóság gyors fejlődésen ment keresztül, és részben felváltotta a PVC alapú kábelanyagok trendjét. Kiváló költséghatékonyságának és extrudálási folyamatának köszönhetően nehezen helyettesíthető más anyagokkal.
(2) A kábelipar éves EVA gyantafogyasztása közel 100 000 tonna, az EVA gyanta fajták választéka alacsonytól magas VA-tartalomig terjed, a kábelanyag granulációs vállalatmérete pedig nem nagy, az egyes vállalatoknál évente csak több ezer tonna EVA gyanta eloszlása növekvő és csökkentő, így nem vonja magára az EVA iparág óriásvállalatainak figyelmét. Például a legnagyobb mennyiségű halogénmentes égésgátló alapanyag esetében a fő választás a VA/MI = 28/2 ~ 3 arányú EVA gyanta (mint például az amerikai DuPont EVA 265#). És ezt a specifikációs EVA minőséget eddig egyetlen hazai gyártó sem gyártotta és szállította. Nem is beszélve arról, hogy a VA-tartalma meghaladja a 28-at, az olvadási indexe pedig kevesebb, mint 3, mint más EVA gyanták gyártása és szállítása.
(3) A külföldi vállalatok EVA-t gyártanak, mivel nincsenek hazai versenytársaik, és az árak régóta magasak, ami komolyan elnyomja a hazai kábelgyár-gyártás lelkesedését. A gumi típusú EVM VA-tartalmának több mint 50%-át külföldi vállalatok dominálják, és az árak 2-3-szorosára nőnek a márka VA-tartalmához képest. Az ilyen magas árak viszont befolyásolják az ilyen típusú gumi EVM mennyiségét is, ezért a kábelipar felszólítja a hazai EVA-gyártókat, hogy növeljék az EVA hazai termelésének ütemét. Az iparág egyre nagyobb termelést produkál az EVA gyanta felhasználásával.
(4) A globalizáció korában a környezetvédelem hullámára támaszkodva az EVA-t a kábelipar a környezetbarát üzemanyag-ellenállások legjobb alapanyagának tekinti. Az EVA használata évi 15%-os ütemben növekszik, és a kilátások nagyon biztatóak. Az árnyékoló anyagok, valamint a közép- és nagyfeszültségű erősáramú kábelek gyártásának mennyisége és növekedési üteme, valamint a növekedési ütem körülbelül 8% és 10% között van; a poliolefin ellenállások gyorsan növekednek, az elmúlt években 15% és 20% között maradtak, és a belátható következő 5-10 évben is fenntarthatják ezt a növekedési ütemet.
Közzététel ideje: 2022. július 31.