1. Introduzione
EVA è l'abbreviazione di copolimero di etilene vinil acetato, un polimero poliolefinico. Grazie alla sua bassa temperatura di fusione, alla buona fluidità, alla polarità e alla mancanza di elementi alogeni, è compatibile con una varietà di polimeri e polveri minerali, offre numerose proprietà meccaniche e fisiche, proprietà elettriche e un buon equilibrio tra prestazioni di lavorazione e prezzo contenuto, il che lo rende un materiale ampiamente disponibile sul mercato. Può essere utilizzato sia come materiale isolante per cavi, sia come riempitivo o materiale di rivestimento; può essere trasformato in materiale termoplastico e in materiale termoindurente reticolato.
Ampia gamma di utilizzi dell'EVA, con ritardanti di fiamma, può essere trasformato in una barriera a bassa emissione di fumi senza alogeni o in una barriera al combustibile alogeno; scegliere un contenuto di VA elevato di EVA come materiale di base può anche essere trasformato in un materiale resistente all'olio; scegliere l'indice di fusione di EVA moderato, aggiungere da 2 a 3 volte il riempimento di ritardanti di fiamma EVA può essere adattato alle prestazioni del processo di estrusione e al prezzo di un materiale barriera all'ossigeno (riempimento) più bilanciato.
In questo articolo, a partire dalle proprietà strutturali dell'EVA, si introduce la sua applicazione nel settore dei cavi e le prospettive di sviluppo.
2. Proprietà strutturali
Durante la sintesi, la modifica del rapporto del grado di polimerizzazione n/m può produrre un contenuto di VA dal 5 al 90% di EVA; l'aumento del grado di polimerizzazione totale può produrre un peso molecolare da decine di migliaia a centinaia di migliaia di EVA; un contenuto di VA inferiore al 40%, a causa della presenza di cristallizzazione parziale, scarsa elasticità, comunemente noto come plastica EVA; quando il contenuto di VA è superiore al 40%, un elastomero simile alla gomma senza cristallizzazione, è comunemente noto come gomma EVM.
1. 2 Proprietà
La catena molecolare dell'EVA è una struttura lineare satura, pertanto presenta una buona resistenza all'invecchiamento termico, agli agenti atmosferici e all'ozono.
La catena principale della molecola EVA non contiene doppi legami, anelli benzenici, gruppi acilici, amminici e altri gruppi facilmente fumabili durante la combustione; anche le catene laterali non contengono gruppi metilici, fenilici, ciano e altri facilmente fumabili durante la combustione. Inoltre, la molecola stessa non contiene elementi alogeni, il che la rende particolarmente adatta come base combustibile resistiva priva di alogeni e a bassa emissione di fumi.
Le grandi dimensioni del gruppo acetato di vinile (VA) nella catena laterale dell'EVA e la sua media polarità fanno sì che inibisca la tendenza della catena vinilica a cristallizzare e si accoppia bene con le cariche minerali, creando le condizioni per combustibili barriera ad alte prestazioni. Ciò è particolarmente vero per i resist a bassa emissione di fumi e privi di alogeni, poiché è necessario aggiungere ritardanti di fiamma con un contenuto in volume superiore al 50% [ad esempio Al(OH) 3, Mg(OH) 2, ecc.] per soddisfare i requisiti degli standard sui cavi in materia di ritardanza di fiamma. L'EVA con un contenuto di VA da medio ad alto viene utilizzato come base per produrre combustibili ritardanti di fiamma a bassa emissione di fumi e privi di alogeni con eccellenti proprietà.
Poiché il gruppo vinilacetato (VA) della catena laterale dell'EVA è polare, maggiore è il contenuto di VA, maggiore è la polarità del polimero e migliore è la resistenza agli oli. La resistenza agli oli richiesta dall'industria dei cavi si riferisce principalmente alla capacità di resistere a oli minerali apolari o debolmente polari. Secondo il principio di compatibilità simile, l'EVA con un elevato contenuto di VA viene utilizzato come materiale di base per produrre una barriera al carburante a bassa emissione di fumi e priva di alogeni con una buona resistenza agli oli.
Le molecole di EVA nell'atomo H dell'alfa-olefina hanno prestazioni più attive, nei radicali perossidi o nell'effetto della radiazione elettronica ad alta energia è facile prendere la reazione di reticolazione dell'H, diventano plastica o gomma reticolata, possono essere realizzate soddisfacendo i severi requisiti di prestazioni di materiali speciali per fili e cavi.
L'aggiunta del gruppo acetato di vinile riduce significativamente la temperatura di fusione dell'EVA e il numero di catene laterali corte di VA può aumentarne la fluidità. Pertanto, le sue prestazioni di estrusione sono notevolmente migliori rispetto alla struttura molecolare di polietilene simile, diventando il materiale di base preferito per materiali schermanti semiconduttivi e barriere per carburanti alogeni e privi di alogeni.
2 Vantaggi del prodotto
2. 1 Rapporto costi-prestazioni estremamente elevato
Le proprietà fisiche e meccaniche dell'EVA, la resistenza al calore, agli agenti atmosferici, all'ozono e le proprietà elettriche sono molto buone. Selezionando il grado appropriato, è possibile ottenere resistenza al calore, proprietà ignifughe, ma anche materiali per cavi speciali resistenti a oli e solventi.
Il materiale termoplastico EVA è utilizzato principalmente con un contenuto di VA dal 15% al 46%, con un indice di fusione da 0,5 a 4 gradi. L'EVA è disponibile in molti produttori e marchi, con un'ampia gamma di opzioni, prezzi moderati e un'offerta adeguata. Basta accedere alla sezione EVA del sito web per visualizzare a colpo d'occhio marchio, prestazioni, prezzo e luogo di consegna, e scegliere il materiale più comodo.
L'EVA è un polimero poliolefinico, la cui morbidezza e le cui prestazioni sono paragonabili a quelle del polietilene (PE) e del polivinilcloruro (PVC) morbido per cavi, ma ulteriori ricerche hanno dimostrato che l'EVA e i due materiali sopra menzionati presentano una superiorità insostituibile.
2. 2 eccellenti prestazioni di elaborazione
L'EVA nell'applicazione dei cavi è inizialmente utilizzato come materiale di schermatura per cavi a media e alta tensione, sia all'interno che all'esterno, e successivamente è stato esteso a barriere di combustibile prive di alogeni. Dal punto di vista della lavorazione, queste due tipologie di materiali sono considerate "materiali altamente caricati": il materiale di schermatura, a causa della necessità di aggiungere un'elevata quantità di nerofumo conduttivo e di aumentarne la viscosità, ha subito un brusco calo di liquidità; il combustibile ignifugo privo di alogeni, invece, ha richiesto l'aggiunta di un'elevata quantità di ritardanti di fiamma privi di alogeni, con conseguente forte aumento della viscosità del materiale privo di alogeni e conseguente calo di liquidità. La soluzione è trovare un polimero che possa contenere elevate dosi di carica, ma che abbia anche una bassa viscosità del fuso e una buona fluidità. Per questo motivo, l'EVA è la scelta preferita.
La viscosità del fuso EVA, in base alla temperatura di estrusione e alla velocità di taglio, aumenterà rapidamente. L'utente dovrà solo regolare la temperatura dell'estrusore e la velocità della vite per ottenere prestazioni eccellenti su fili e cavi. Numerose applicazioni nazionali ed estere dimostrano che, per i materiali altamente caricati e privi di alogeni, a bassa emissione di fumi, l'indice di fusione è troppo basso, pertanto è consigliabile utilizzare viti con un basso rapporto di compressione (rapporto di compressione inferiore a 1,3) per garantire una buona qualità di estrusione. I materiali EVM a base di gomma con agenti vulcanizzanti possono essere estrusi sia con estrusori per gomma che con estrusori per uso generico. Il successivo processo di vulcanizzazione (reticolazione) può essere effettuato tramite reticolazione termochimica (perossidica) o tramite irradiazione con acceleratore di elettroni.
2. 3 Facile da modificare e adattare
Fili e cavi sono ovunque, dal cielo alla terra, dalle montagne al mare. Anche le esigenze degli utenti di fili e cavi sono varie e particolari. Sebbene la struttura di fili e cavi sia simile, le differenze di prestazioni si riflettono principalmente nei materiali di isolamento e di rivestimento.
Finora, sia in patria che all'estero, il PVC morbido rappresenta ancora la stragrande maggioranza dei materiali polimerici utilizzati nell'industria dei cavi. Tuttavia, con la crescente consapevolezza della tutela ambientale e dello sviluppo sostenibile, la situazione è migliorata.
Poiché i materiali in PVC sono stati fortemente limitati, gli scienziati stanno facendo tutto il possibile per trovare materiali alternativi al PVC, il più promettente dei quali è l'EVA.
L'EVA può essere miscelato con una varietà di polimeri, ma anche con una varietà di polveri minerali e coadiuvanti tecnologici compatibili. I prodotti miscelati possono essere trasformati in materiale termoplastico per cavi in plastica, ma anche in gomma reticolata per cavi in gomma. I progettisti possono basarsi sui requisiti dell'utente (o standard), utilizzando l'EVA come materiale di base, per adattare le prestazioni del materiale ai requisiti.
3 Gamma di applicazioni EVA
3. 1 Utilizzato come materiale di schermatura semiconduttivo per cavi di alimentazione ad alta tensione
Come tutti sappiamo, il materiale principale del materiale schermante è il nero di carbonio conduttivo; l'aggiunta di una quantità eccessiva di nero di carbonio nei materiali di base in plastica o gomma compromette seriamente la fluidità del materiale schermante e la scorrevolezza del livello di estrusione. Per prevenire scariche parziali nei cavi ad alta tensione, le schermature interna ed esterna devono essere sottili, lucide, brillanti e uniformi. Rispetto ad altri polimeri, l'EVA può raggiungere questo risultato più facilmente. Il motivo è che il processo di estrusione dell'EVA è particolarmente buono, presenta un'ottima fluidità e non è soggetto a fenomeni di rottura per fusione. Il materiale schermante si divide in due categorie: avvolto nel conduttore esterno, denominato schermatura interna, con il materiale dello schermo interno; avvolto nell'isolante esterno, denominato schermatura esterna, con il materiale dello schermo esterno; il materiale dello schermo interno è prevalentemente termoplastico. Il materiale dello schermo interno è prevalentemente termoplastico ed è spesso a base di EVA con un contenuto di VA dal 18% al 28%; il materiale dello schermo esterno è prevalentemente reticolato e pelabile ed è spesso a base di EVA con un contenuto di VA dal 40% al 46%.
3. 2 Combustibili termoplastici e reticolati ritardanti di fiamma
La poliolefina termoplastica ignifuga è ampiamente utilizzata nell'industria dei cavi, principalmente per i requisiti alogeni o privi di alogeni di cavi marini, cavi elettrici e linee di costruzione di alta qualità. Le temperature di esercizio a lungo termine variano da 70 a 90 °C.
Per i cavi di alimentazione di media e alta tensione da 10 kV e oltre, che hanno requisiti di prestazioni elettriche molto elevati, le proprietà ignifughe sono principalmente a carico della guaina esterna. In alcuni edifici o progetti con requisiti ambientali elevati, i cavi devono avere proprietà a bassa emissione di fumi, assenza di alogeni, bassa tossicità o a bassa emissione di fumi e a bassa emissione di alogeni, pertanto le poliolefine termoplastiche ignifughe rappresentano una soluzione praticabile.
Per alcuni scopi specifici, il diametro esterno non è ampio, la resistenza alla temperatura è di 105 ~ 150 ℃ tra il cavo speciale, più materiale poliolefinico ignifugo reticolato, la cui reticolazione può essere selezionata dal produttore del cavo in base alle proprie condizioni di produzione, sia il tradizionale vapore ad alta pressione o bagno salino ad alta temperatura, ma anche disponibile il metodo di reticolazione per irradiazione a temperatura ambiente con acceleratore di elettroni. La sua temperatura di esercizio a lungo termine è divisa in tre file di 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃, l'impianto di produzione può essere realizzato in base ai diversi requisiti degli utenti o standard, barriera al combustibile senza alogeni o contenente alogeni.
È noto che le poliolefine sono polimeri apolari o debolmente polari. Poiché presentano una polarità simile a quella dell'olio minerale, le poliolefine sono generalmente considerate meno resistenti agli oli, in base al principio di compatibilità simile. Tuttavia, molti standard sui cavi, sia in Cina che all'estero, stabiliscono che le resistenze reticolate debbano presentare anche una buona resistenza a oli, solventi e persino a fanghi oleosi, acidi e alcali. Questa rappresenta una sfida per i ricercatori sui materiali; ora, sia in Cina che all'estero, questi materiali esigenti sono stati sviluppati, il cui materiale di base è l'EVA.
3. 3 Materiale barriera all'ossigeno
I cavi multipolari a trefoli presentano numerosi vuoti tra i conduttori che devono essere riempiti per garantire un aspetto arrotondato, se il riempimento all'interno della guaina esterna è costituito da una barriera al combustibile priva di alogeni. Questo strato di riempimento funge da barriera alla fiamma (ossigeno) quando il cavo brucia ed è quindi noto nel settore come "barriera all'ossigeno".
I requisiti di base per un materiale barriera all'ossigeno sono: buone proprietà di estrusione, buona resistenza alla fiamma senza alogeni (indice di ossigeno solitamente superiore a 40) e basso costo.
Questa barriera all'ossigeno è ampiamente utilizzata nel settore dei cavi da oltre un decennio e ha portato a significativi miglioramenti nella resistenza alla fiamma dei cavi. La barriera all'ossigeno può essere utilizzata sia per cavi ignifughi senza alogeni che per cavi ignifughi senza alogeni (ad esempio, in PVC). Numerose prove hanno dimostrato che i cavi con barriera all'ossigeno hanno maggiori probabilità di superare i test di combustione verticale singola e di combustione a fascio.
Dal punto di vista della formulazione del materiale, questo materiale barriera all'ossigeno è in realtà un "riempitivo ultra-elevato", perché per soddisfare i bassi costi è necessario utilizzare un riempitivo elevato, per ottenere un indice di ossigeno elevato bisogna anche aggiungere un'alta percentuale (da 2 a 3 volte) di Mg (OH) 2 o Al (OH) 3 e per un'estrusione ottimale bisogna scegliere EVA come materiale di base.
3. 4 Materiale di rivestimento in PE modificato
I materiali di rivestimento in polietilene sono soggetti a due problemi: in primo luogo, sono soggetti a rotture da fusione (ad esempio, a pelle di squalo) durante l'estrusione; in secondo luogo, sono soggetti a cricche da stress ambientale. La soluzione più semplice è aggiungere una certa percentuale di EVA nella formulazione. Utilizzato come EVA modificato, principalmente con un basso contenuto di VA, il suo indice di fusione compreso tra 1 e 2 è appropriato.
4. Prospettive di sviluppo
(1) L'EVA è ampiamente utilizzato nell'industria dei cavi, con una crescita annuale graduale e costante. Soprattutto nell'ultimo decennio, grazie all'importanza della tutela ambientale, la resistenza al carburante a base di EVA ha registrato un rapido sviluppo, sostituendo in parte la tendenza dei materiali per cavi a base di PVC. Il suo eccellente rapporto costo-prestazioni e le eccellenti prestazioni del processo di estrusione lo rendono difficilmente sostituibile con altri materiali.
(2) Il consumo annuo di resina EVA nell'industria dei cavi si avvicina alle 100.000 tonnellate. La scelta tra diverse varietà di resina EVA, con un contenuto di VA variabile da basso ad alto, e le dimensioni ridotte delle aziende di granulazione dei materiali per cavi, distribuite annualmente in ogni azienda solo in migliaia di tonnellate di resina EVA, non rappresentano un'attenzione particolare per il settore EVA. Ad esempio, per la maggior parte dei materiali di base ignifughi privi di alogeni, la scelta principale è VA/MI = 28/2 ~ 3 di resina EVA (come l'EVA 265 # della DuPont statunitense). Questo grado di EVA, finora, non è disponibile per la produzione e la fornitura da parte di produttori nazionali. Per non parlare del contenuto di VA superiore a 28 e dell'indice di fusione inferiore a 3 di altre resine EVA prodotte e fornite.
(3) Le aziende straniere che producono EVA, a causa dell'assenza di concorrenti nazionali, e il prezzo elevato da tempo, hanno seriamente frenato l'entusiasmo per la produzione di cavi a livello nazionale. Oltre il 50% del contenuto di VA dell'EVM in gomma è dominato da aziende straniere e il prezzo è 2-3 volte superiore a quello del marchio. Prezzi così elevati, a loro volta, incidono anche sulla quantità di questo tipo di EVM in gomma, pertanto l'industria dei cavi chiede ai produttori nazionali di EVA di incrementare la produzione nazionale di EVA. L'aumento della produzione nel settore ha portato a un notevole utilizzo della resina EVA.
(4) Facendo affidamento sull'ondata di tutela ambientale nell'era della globalizzazione, l'EVA è considerato dall'industria dei cavi il miglior materiale di base per la resistenza ai combustibili ecocompatibile. L'uso dell'EVA sta crescendo a un tasso del 15% annuo e le prospettive sono molto promettenti. La quantità e il tasso di crescita della produzione di materiali schermanti e di cavi elettrici a media e alta tensione, e il tasso di crescita, si aggirano tra l'8% e il 10%; le resistenze delle poliolefine stanno crescendo rapidamente, negli ultimi anni si sono mantenute tra il 15% e il 20% e, nei prossimi 5-10 anni, potrebbero anch'esse mantenere questo tasso di crescita.
Data di pubblicazione: 31 luglio 2022