1. Sissejuhatus
EVA on lühend etüleenvinüülatsetaatkopolümeerist ja on polüolefiinpolümeer. Tänu madalale sulamistemperatuurile, heale voolavusele, polaarsusele ja halogeenivabadele elementidele sobib see kokku mitmesuguste polümeeride ja mineraalpulbritega. Sellel on mitmeid mehaanilisi ja füüsikalisi omadusi, elektrilisi omadusi ja töötlemisvõimsust ning see on tasakaalus madala hinnaga. Turupakkumine on piisav. Seda saab kasutada nii kaabliisolatsioonimaterjalina kui ka täiteainena ja kattematerjalina. Seda saab valmistada termoplastilisest materjalist ja termoreaktiivsest ristseotud materjalist.
EVA-l on lai kasutusala, tänu leegiaeglustile saab seda valmistada madala suitsutasemega halogeenivabaks või halogeenkütusetõkkeks; kõrge vanüülisisaldusega EVA baasmaterjalina saab seda kasutada ka õlikindla materjalina; mõõduka sulamisindeksiga EVA valimisel ja 2–3-kordse EVA leegiaeglusti täiteaine lisamisel saab parandada ekstrusiooniprotsessi jõudlust ja hinda tasakaalustatuma hapnikutõkke (täidise) materjalina.
Selles artiklis käsitleme EVA struktuurilisi omadusi, selle rakendusi kaablitööstuses ja arenguväljavaateid.
2. Struktuurilised omadused
Sünteesi tootmisel võib polümerisatsiooniastme n/m suhte muutmine anda VA sisalduse 5–90% EVA-st; kogu polümerisatsiooniastme suurendamine võib anda molekulmassi kümnetest tuhandetest sadade tuhandete EVA-deni; VA sisaldus alla 40% osalise kristallisatsiooni ja halva elastsuse tõttu on üldtuntud kui EVA plastik; kui VA sisaldus on üle 40%, on tegemist kummilaadse elastomeermaterjaliga ilma kristallisatsioonita, mida üldtuntud kui EVM kummi.
1. 2 Kinnisvara
EVA molekulaarahel on lineaarne küllastunud struktuur, seega on sellel hea kuumuskindlus, ilmastikukindlus ja osoonikindlus.
EVA molekuli peaahel ei sisalda kaksiksidemeid, benseenitsüklit, atsüül-, amiinirühmi ja muid rühmi, mis põlemisel kergesti suitsevad, ning külgahelad ei sisalda põlemisel kergesti suitsevaid metüül-, fenüül-, tsüano- ja muid rühmi. Lisaks ei sisalda molekul ise halogeenelemente, seega sobib see eriti hästi madala suitsuga halogeenivaba takistusliku kütuse baasil.
EVA külgahelas oleva vinüülatsetaadi (VA) rühma suur suurus ja selle keskmine polaarsus tähendavad, et see nii pärsib vinüülselgroo kalduvust kristalliseeruda kui ka sobib hästi mineraalsete täiteainetega, mis loob tingimused kõrgjõudlusega barjäärkütuste valmistamiseks. See kehtib eriti madala suitsusisaldusega ja halogeenivabade resistide kohta, kuna kaablistandardite leegiaeglustuse nõuete täitmiseks tuleb lisada üle 50% mahuprotsendilisi leegiaeglusteid [nt Al(OH)3, Mg(OH)2 jne]. Keskmise kuni kõrge VA sisaldusega EVA-d kasutatakse alusena suurepäraste omadustega madala suitsusisaldusega ja halogeenivabade leegiaeglustikütuste tootmiseks.
Kuna EVA külgahela vinüülatsetaatrühm (VA) on polaarne, siis mida suurem on VA sisaldus, seda polaarsem on polümeer ja seda parem on õlikindlus. Kaablitööstuses nõutav õlikindlus viitab enamasti võimele taluda mittepolaarseid või nõrgalt polaarseid mineraalõlisid. Sarnase ühilduvuse põhimõtte kohaselt kasutatakse kõrge VA sisaldusega EVA-d alusmaterjalina madala suitsu ja halogeenivaba kütusetõkke tootmiseks, millel on hea õlikindlus.
EVA molekulid alfa-olefiini H-aatomis on aktiivsemad ja peroksiidiradikaalide või suure energiaga elektronkiirguse mõjul toimuvad ristseotud reaktsioonid kergesti. Need muutuvad ristseotud plastikuks või kummiks ning neid saab valmistada nõudlike jõudlusnõuetega spetsiaalsetest juhtme- ja kaablimaterjalidest.
Vinüülatsetaatrühma lisamine põhjustab EVA sulamistemperatuuri märkimisväärset langust ja VA lühikeste külgahelate arv võib suurendada EVA voolavust. Seetõttu on selle ekstrusiooniomadused palju paremad kui sarnase polüetüleeni molekulaarstruktuur, saades eelistatud alusmaterjaliks pooljuhtivatele varjestusmaterjalidele ning halogeen- ja halogeenivabadele kütusetõketele.
2 Toote eelised
2. 1 Äärmiselt kõrge hinna ja kvaliteedi suhe
EVA füüsikalised ja mehaanilised omadused, kuumakindlus, ilmastikukindlus, osoonikindlus ja elektrilised omadused on väga head. Valige sobiv klass, mis võimaldab kuumuskindlust, leegiaeglustit, aga ka õli- ja lahustikindlat spetsiaalset kaablimaterjali.
Termoplastset EVA materjali kasutatakse enamasti VA sisaldusega 15–46% ja sulamisindeksiga 0,5–4 klassi. EVA-l on palju tootjaid, palju kaubamärke, lai valik valikuid, mõõdukad hinnad, piisav pakkumine, kasutajatel tuleb vaid avada veebisaidi EVA osa, bränd, jõudlus, hind ja tarnekoht on ühe pilguga nähtavad, väga mugav.
EVA on polüolefiinpolümeer, mis on pehmuse ja kasutusomaduste poolest sarnane polüetüleenist (PE) materjalile ja pehmele polüvinüülkloriidist (PVC) kaablimaterjalile. Kuid edasine uurimine näitab, et EVA ja ülaltoodud kaks materjali on omavahel võrreldes asendamatult paremad.
2. 2 suurepärane töötlemisvõime
EVA-d kasutatakse kaablirakendustes algselt kesk- ja kõrgepingekaablite varjestusmaterjalina nii sees kui ka väljas ning hiljem laiendati seda halogeenivaba kütusebarjääriks. Neid kahte tüüpi materjali peetakse töötlemise seisukohast "kõrge täiteaine sisaldusega materjaliks": varjestusmaterjalile tuleb lisada suur hulk juhtivat süsinikmusta, mis suurendab viskoossust ja vähendab järsult voolavust; halogeenivabale leegiaeglustavale kütusele tuleb lisada suur hulk halogeenivabu leegiaeglusteid ning kuna halogeenivaba materjali viskoossus suureneb järsult, väheneb voolavus järsult, on lahenduseks leida polümeer, mis mahutab suuri täiteaine annuseid, kuid millel on madal sulamisviskoossus ja hea voolavus. Sel põhjusel on EVA eelistatud valik.
EVA sulaviskoossus väheneb järsult ekstrusiooniprotsessi temperatuuri ja nihkekiirusega. Kasutajal on vaja reguleerida ainult ekstruuderi temperatuuri ja kruvikiirust, mis võimaldab luua suurepäraseid traat- ja kaablitooteid. Suur hulk kodumaiseid ja välismaiseid rakendusi näitab, et suure täidisega, madala suitsusisaldusega ja halogeenivaba materjali puhul on viskoossuse ja sulamisindeksi liiga väikese tõttu hea ekstrusioonikvaliteedi tagamiseks vaja kasutada madala surveastmega kruviekstrusiooni (survesuhe alla 1,3). Kummipõhiseid EVM-materjale saab vulkaniseerivate ainetega ekstrudeerida nii kummist kui ka üldotstarbelistel ekstruuderitel. Järgnevat vulkaniseerimist (ristsidumist) saab läbi viia kas termokeemilise (peroksiid) ristsidestamise või elektronkiirendi kiiritusristsidestamise teel.
2. 3 Lihtne muuta ja kohandada
Juhtmeid ja kaableid on kõikjal, taevast maapinnani, mägedest mereni. Juhtmete ja kaablite nõuded kasutajatele on samuti mitmekesised ja kummalised. Kuigi juhtmete ja kaablite struktuur on sarnane, kajastuvad nende jõudluse erinevused peamiselt isolatsiooni- ja kattematerjalides.
Siiani moodustab pehme PVC nii kodu- kui ka välismaal kaablitööstuses kasutatavatest polümeermaterjalidest valdava enamuse. Kuid keskkonnakaitse ja säästva arengu teadlikkuse kasvades.
PVC materjalide kasutamine on oluliselt piiratud ja teadlased teevad kõik endast oleneva, et leida PVC-le alternatiivseid materjale, millest kõige lootustandvam on EVA.
EVA-d saab segada mitmesuguste polümeeridega, aga ka mitmesuguste mineraalpulbrite ja töötlemisabiainetega, mis sobivad kokku. Segatud toodetest saab valmistada termoplastilist plastikut plastkaablite jaoks või ristseotud kummi kummikaablite jaoks. Formulatsiooni disainerid saavad lähtuda kasutaja (või standardi) nõuetest, kasutades EVA-d alusmaterjalina, et muuta materjali toimivus vastavaks nõuetele.
3 EVA rakendusala
3. 1 Kasutatakse pooljuhtiva varjestusmaterjalina kõrgepingekaablitele
Nagu me kõik teame, on varjestusmaterjali peamine materjal juhtiv süsinikmust. Suure koguse süsinikmusta lisamine plast- või kummimaterjalile halvendab oluliselt varjestusmaterjali voolavust ja ekstrusioonitaseme sujuvust. Kõrgepingekaablite osalise tühjenemise vältimiseks peavad sisemine ja välimine varjestus olema õhukesed, läikivad, heledad ja ühtlased. Võrreldes teiste polümeeridega on EVA-l see lihtsam. Selle põhjuseks on EVA ekstrusiooniprotsess, hea voolavus ja mitte altid sulamisrebenemise nähtusele. Varjestusmaterjal jaguneb kahte kategooriasse: väljastpoolt juhi sisse mähitud sisemine varjestus – sisemise varjestusmaterjaliga; väljastpoolt isolatsiooni sisse mähitud välimine varjestus – välimise varjestusmaterjaliga; sisemine varjestusmaterjal on enamasti termoplastne. Sisemine varjestusmaterjal on enamasti termoplastne ja põhineb sageli EVA-l, mille VA-sisaldus on 18–28%; välimine varjestusmaterjal on enamasti ristseotud ja kooritav ning põhineb sageli EVA-l, mille VA-sisaldus on 40–46%.
3.2 Termoplastsed ja ristseotud leegiaeglustavad kütused
Termoplastset leegiaeglustavat polüolefiini kasutatakse laialdaselt kaablitööstuses, peamiselt merekaablite, jõukaablite ja kõrgekvaliteediliste ehitusliinide halogeen- või halogeenivabade nõuete täitmiseks. Nende pikaajaline töötemperatuur on vahemikus 70 kuni 90 °C.
Keskmise ja kõrgepinge jõukaablite puhul pingega alates 10 kV, millel on väga kõrged elektrilised jõudlusnõuded, on leegiaeglustavad omadused peamiselt väliskesta kattekihil. Mõnedes keskkonnasõbralikes hoonetes või projektides peavad kaablid olema vähese suitsuga, halogeenivabad, madala toksilisusega või vähese suitsu ja madala halogeenisisaldusega, seega on termoplastsed leegiaeglustavad polüolefiinid elujõuline lahendus.
Mõnel eriotstarbel ei ole välisläbimõõt suur ja temperatuuritaluvus on 105–150 ℃, spetsiaalne kaabel on valmistatud ristseotud leegiaeglustavast polüolefiinmaterjalist. Ristseotuse saab kaablitootja valida vastavalt oma tootmistingimustele. Kasutada saab traditsioonilist kõrgsurveauru või kõrge temperatuuriga soolavanni, aga ka toatemperatuuril kiiritatud ristseotust elektronkiirendi abil. Selle pikaajaline töötemperatuur on jagatud kolmeks kategooriaks: 105 ℃, 125 ℃ ja 150 ℃. Tootmisüksus saab vastavalt kasutajate erinevatele nõuetele või standarditele valmistada halogeenivaba või halogeeni sisaldava kütusebarjäärina.
On hästi teada, et polüolefiinid on mittepolaarsed või nõrgalt polaarsed polaarsed polümeerid. Kuna nad on polaarsuse poolest sarnased mineraalõliga, peetakse polüolefiine sarnase ühilduvuse põhimõtte kohaselt enamasti õli suhtes vähem vastupidavaks. Siiski näevad paljud kaablistandardid nii kodu- kui ka välismaal ette, et ristseotud takistid peavad olema vastupidavad ka õlidele, lahustitele ja isegi õlisuspensioonidele, hapetele ja leelistele. See on materjaliuurijatele väljakutse, sest nüüd, olgu siis Hiinas või välismaal, on need nõudlikud materjalid välja töötatud ja nende alusmaterjaliks on EVA.
3. 3 Hapnikubarjääri materjal
Mitmesoonelistel keerdkaablitel on südamike vahel palju tühimikke, mis tuleb ümara kaabli välimuse tagamiseks täita, kui väliskesta täidis on valmistatud halogeenivabast kütusetõkkest. See täitekiht toimib kaabli põlemisel leegitõkkena (hapniktõkkena) ja seetõttu nimetatakse seda tööstuses „hapnikutõkkeks“.
Hapnikubarjääri materjali põhinõuded on: head ekstrusiooniomadused, hea halogeenivaba leegiaeglustus (hapnikuindeks tavaliselt üle 40) ja madal hind.
Seda hapnikubarjääri on kaablitööstuses laialdaselt kasutatud enam kui kümme aastat ning see on viinud kaablite leegiaeglustuse märkimisväärse paranemiseni. Hapnikubarjääri saab kasutada nii halogeenivabade leegiaeglustavate kaablite kui ka halogeenivabade leegiaeglustavate kaablite (nt PVC) puhul. Suur hulk praktikat on näidanud, et hapnikubarjääriga kaablid läbivad suurema tõenäosusega nii üksiku vertikaalse põlemise kui ka kimpude põlemise katsed.
Materjali koostise seisukohast on see hapnikubarjäärimaterjal tegelikult "ülikõrge täiteainega", sest madala hinna saavutamiseks on vaja kasutada kõrget täiteainet, kõrge hapnikuindeksi saavutamiseks tuleb lisada ka suur kogus (2–3 korda) Mg(OH)2 või Al(OH)3 ning hea ekstrusiooni saamiseks tuleb alusmaterjaliks valida EVA.
3.4 Modifitseeritud PE-kattematerjal
Polüetüleenist kattematerjalidel on kaks probleemi: esiteks on need ekstrusiooni ajal altid sulamispurunemisele (st hainaha tekkele); teiseks on need altid keskkonnast tingitud pingepragunemisele. Lihtsaim lahendus on lisada koostisesse teatud kogus EVA-d. Modifitseeritud EVA-na kasutatakse enamasti madala vanüülalkoholi sisaldusega klassi, mille sulamisindeks on vahemikus 1 kuni 2.
4. Arenguväljavaated
(1) EVA-d on kaablitööstuses laialdaselt kasutatud ning selle iga-aastane kasutusmaht on järk-järgult ja pidevalt kasvanud. Eriti viimase kümnendi jooksul on keskkonnakaitse olulisuse tõttu EVA-põhine kütusekindlus kiiresti arenenud ning on osaliselt asendanud PVC-põhise kaablimaterjali trendi. Selle suurepärase hinna ja kvaliteedi suhte ning ekstrusiooniprotsessi suurepärase toimivuse tõttu on seda raske teiste materjalidega asendada.
(2) Kaablitööstuse aastane EVA-vaigu tarbimine on ligi 100 000 tonni, EVA-vaigu sortide valik on erinev, VA-sisaldus on madalast kõrgeni, ning kaablimaterjali granuleeritud ettevõtte suurus ei ole suur, igas ettevõttes toodetakse EVA-vaiku vaid tuhandetes tonnides aastas, mis ei pälvi EVA-tööstuse hiiglasliku ettevõtte tähelepanu. Näiteks halogeenivaba leegiaeglustava baasmaterjali puhul on peamine valik VA/MI = 28/2 ~ 3 EVA-vaigust (näiteks USA DuPonti EVA 265 #). Ja seda spetsifikatsiooniklassi EVA-d pole seni ükski kodumaine tootja tootnud ega tarninud. Rääkimata VA-sisaldusest üle 28 ja sulamisindeksist alla 3 võrreldes teiste EVA-vaigude tootmise ja tarnimisega.
(3) Välismaised ettevõtted toodavad EVA-d, kuna neil puuduvad kodumaised konkurendid ja hind on pikka aega olnud kõrge, mis on tõsiselt pärssinud kodumaiste kaablitehaste tootmishuvi. Kummitüüpi EVM-i VA-sisaldusest enam kui 50% moodustavad välismaised ettevõtted ja hind on 2–3 korda sarnane kaubamärgi VA-sisaldusele. Sellised kõrged hinnad mõjutavad omakorda ka selle kummitüüpi EVM-i hulka, mistõttu kaablitööstus kutsub kodumaiseid EVA-tootjaid üles suurendama EVA kodumaise tootmise määra. Tööstusharu tootmises on EVA-vaiku palju kasutatud.
(4) Globaliseerumise ajastul keskkonnakaitse laine tõttu peab kaablitööstus EVA-d parimaks keskkonnasõbraliku kütusetakistuse alusmaterjaliks. EVA kasutamine kasvab 15% aastas ja väljavaated on väga paljulubavad. Varjestusmaterjalide ning keskmise ja kõrgepinge toitekaablite tootmise hulk ja kasvumäär on umbes 8–10%; polüolefiintakistite tootmine kasvab kiiresti, viimastel aastatel on see püsinud 15–20% juures ja lähitulevikus võib see kasvumäär püsida ka järgmise 5–10 aasta jooksul.
Postituse aeg: 31. juuli 2022