1. Giriş
EVA, etilen vinil asetat kopolimerinin kısaltmasıdır ve bir poliolefin polimeridir. Düşük erime sıcaklığı, iyi akışkanlığı, polaritesi ve halojen içermemesi, çeşitli polimerler ve mineral tozlarıyla uyumlu olması, bir dizi mekanik ve fiziksel özellik, elektriksel özellik ve işleme performansı dengesi, fiyatının yüksek olmaması ve piyasa arzının yeterli olması nedeniyle hem kablo izolasyon malzemesi hem de dolgu ve kılıf malzemesi olarak kullanılabilir; termoplastik malzeme ve termoset çapraz bağlama malzemesi haline getirilebilir.
EVA'nın geniş kullanım alanları vardır; alev geciktiricilerle birlikte düşük dumanlı halojen içermeyen veya halojen yakıt bariyeri olarak kullanılabilir; yüksek VA içeriğine sahip EVA'yı temel malzeme olarak seçmek, yağa dayanıklı malzeme olarak da üretilmesini sağlayabilir; orta erime indeksine sahip EVA'yı seçip, 2 ila 3 kat daha fazla EVA alev geciktirici dolgu maddesi ekleyerek, ekstrüzyon işleminde performans ve fiyat açısından daha dengeli bir oksijen bariyeri (dolgu) malzemesi elde edilebilir.
Bu makalede, EVA'nın yapısal özelliklerinden yola çıkarak, kablo endüstrisindeki uygulamaları ve gelişim перспектиfleri ele alınmıştır.
2. Yapısal özellikler
Sentez üretiminde, polimerizasyon derecesi oranı n/m'nin değiştirilmesiyle %5 ila %90 arasında VA içeriğine sahip EVA elde edilebilir; toplam polimerizasyon derecesinin artırılmasıyla moleküler ağırlığı on binlerden yüz binlere kadar olan EVA elde edilebilir; %40'ın altındaki VA içeriği, kısmi kristalleşme nedeniyle zayıf elastikiyete sahip olup genellikle EVA plastik olarak bilinir; VA içeriği %40'ın üzerinde olduğunda ise kristalleşme içermeyen kauçuk benzeri bir elastomer elde edilir ve genellikle EVM kauçuk olarak bilinir.
1. 2 Özellikler
EVA'nın moleküler zinciri doğrusal doymuş bir yapıya sahiptir, bu nedenle iyi ısı yaşlanması, hava koşullarına ve ozona karşı direnç gösterir.
EVA molekülünün ana zinciri, yanma sırasında kolayca duman çıkaran çift bağ, benzen halkası, asil, amin grupları ve diğer grupları içermez; yan zincirleri de yanma sırasında kolayca duman çıkaran metil, fenil, siyano ve diğer grupları içermez. Ayrıca, molekülün kendisi halojen elementleri içermediğinden, özellikle düşük dumanlı halojen içermeyen dirençli yakıt bazları için uygundur.
EVA yan zincirindeki vinil asetat (VA) grubunun büyük boyutu ve orta polaritesi, hem vinil omurganın kristalleşme eğilimini engellemesi hem de mineral dolgu maddeleriyle iyi bir şekilde birleşmesi anlamına gelir; bu da yüksek performanslı bariyer yakıtları için koşullar yaratır. Bu durum, özellikle düşük dumanlı ve halojen içermeyen dirençler için geçerlidir, çünkü alev geciktiricilik için kablo standartlarının gereksinimlerini karşılamak için %50'den fazla hacim içeriğine sahip alev geciktiriciler [örneğin Al(OH)3, Mg(OH)2, vb.] eklenmelidir. Orta ila yüksek VA içeriğine sahip EVA, mükemmel özelliklere sahip düşük dumanlı ve halojen içermeyen alev geciktirici yakıtlar üretmek için temel olarak kullanılır.
EVA yan zincirindeki vinil asetat (VA) grubu polar olduğundan, VA içeriği ne kadar yüksek olursa, polimer o kadar polar olur ve yağ direnci o kadar iyi olur. Kablo endüstrisinin gerektirdiği yağ direnci çoğunlukla polar olmayan veya zayıf polar mineral yağlara dayanma yeteneğini ifade eder. Benzer uyumluluk ilkesine göre, yüksek VA içeriğine sahip EVA, iyi yağ direncine sahip, düşük dumanlı ve halojen içermeyen bir yakıt bariyeri üretmek için temel malzeme olarak kullanılır.
Alfa-olefin H atomu performansındaki EVA molekülleri daha aktiftir; peroksit radikalleri veya yüksek enerjili elektron radyasyonu etkisiyle kolayca H çapraz bağlanma reaksiyonuna girer ve çapraz bağlı plastik veya kauçuk haline gelir; bu da zorlu performans gereksinimlerine sahip özel tel ve kablo malzemelerinin üretilmesini sağlayabilir.
Vinil asetat grubunun eklenmesi, EVA'nın erime sıcaklığını önemli ölçüde düşürür ve VA kısa yan zincirlerinin sayısı EVA'nın akışkanlığını artırabilir. Bu nedenle, ekstrüzyon performansı benzer polietilenin moleküler yapısına göre çok daha iyidir ve yarı iletken koruyucu malzemeler ile halojen ve halojen içermeyen yakıt bariyerleri için tercih edilen temel malzeme haline gelmiştir.
2 Ürün avantajı
2.1 Son derece yüksek maliyet performansı
EVA'nın fiziksel ve mekanik özellikleri, ısı direnci, hava koşullarına dayanıklılığı, ozon direnci ve elektriksel özellikleri çok iyidir. Uygun kalite seçilerek, ısıya dayanıklı, alev geciktirici özelliklere sahip, ayrıca yağ ve çözücüye dayanıklı özel kablo malzemesi üretilebilir.
Termoplastik EVA malzeme, çoğunlukla %15 ila %46 VA içeriği ve 0,5 ila 4 arasında erime indeksi ile kullanılır. EVA'nın birçok üreticisi, birçok markası, geniş bir seçenek yelpazesi, uygun fiyatları ve yeterli arzı vardır; kullanıcılar sadece web sitesinin EVA bölümünü açarak marka, performans, fiyat ve teslimat yeri bilgilerini bir bakışta görebilir ve seçim yapabilirler, bu da oldukça kullanışlıdır.
EVA, yumuşaklığı ve kullanım performansı karşılaştırmaları açısından polietilen (PE) malzeme ve yumuşak polivinil klorür (PVC) kablo malzemesiyle benzer olan bir poliolefin polimeridir. Ancak daha detaylı araştırma yapıldığında, EVA'nın yukarıdaki iki malzeme türüne kıyasla yeri doldurulamaz üstünlüğe sahip olduğu görülecektir.
2. 2 mükemmel işlem performansı
Kablo uygulamalarında EVA, başlangıçta orta ve yüksek gerilim kablolarının iç ve dış koruyucu malzemesinden, daha sonra da halojen içermeyen yakıt bariyerine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. İşleme açısından bakıldığında, bu iki malzeme türü "yüksek oranda dolgulu malzeme" olarak kabul edilir: Koruyucu malzeme, yüksek miktarda iletken karbon siyahı eklenmesi gerektiğinden viskozitesini artırır ve akışkanlığını önemli ölçüde düşürür; halojen içermeyen alev geciktirici yakıt ise yüksek miktarda halojen içermeyen alev geciktirici eklenmesi gerektiğinden viskozitesini önemli ölçüde artırır ve akışkanlığını önemli ölçüde düşürür. Çözüm, yüksek dozda dolgu maddesini barındırabilen, aynı zamanda düşük erime viskozitesine ve iyi akışkanlığa sahip bir polimer bulmaktır. Bu nedenle EVA tercih edilen seçenektir.
EVA erime viskozitesi, ekstrüzyon işlem sıcaklığı ve kesme hızıyla birlikte hızla artar ve azalır; kullanıcı sadece ekstrüder sıcaklığını ve vida hızını ayarlayarak mükemmel performanslı tel ve kablo ürünleri üretebilir. Çok sayıda yerli ve yabancı uygulama, yüksek oranda dolgulu, düşük dumanlı halojen içermeyen malzemeler için, viskozitenin çok yüksek olması ve erime indeksinin çok düşük olması nedeniyle, iyi bir ekstrüzyon kalitesi sağlamak için yalnızca düşük sıkıştırma oranlı vida (sıkıştırma oranı 1,3'ten az) ekstrüzyonunun kullanıldığını göstermektedir. Vulkanizasyon ajanları içeren kauçuk bazlı EVM malzemeleri, hem kauçuk ekstrüderlerinde hem de genel amaçlı ekstrüderlerde ekstrüde edilebilir. Daha sonraki vulkanizasyon (çapraz bağlama) işlemi, termokimyasal (peroksit) çapraz bağlama veya elektron hızlandırıcı ışınlama çapraz bağlama ile gerçekleştirilebilir.
2.3 Kolayca değiştirilebilir ve uyarlanabilir
Teller ve kablolar her yerde, gökyüzünden yere, dağlardan denize kadar. Tel ve kablo kullanıcılarının gereksinimleri de çeşitli ve sıra dışıdır; tel ve kablonun yapısı benzer olsa da, performans farklılıkları esas olarak yalıtım ve dış kaplama malzemelerinde kendini gösterir.
Şu ana kadar hem yurt içinde hem de yurt dışında, kablo endüstrisinde kullanılan polimer malzemelerin büyük çoğunluğunu hala yumuşak PVC oluşturmaktadır. Bununla birlikte, çevre koruma ve sürdürülebilir kalkınmaya yönelik artan farkındalıkla birlikte...
PVC malzemelerin kullanımı büyük ölçüde kısıtlanmıştır ve bilim insanları PVC'ye alternatif malzemeler bulmak için ellerinden gelen her şeyi yapmaktadırlar; bunların en umut verici olanı ise EVA'dır.
EVA, çeşitli polimerlerle olduğu kadar, çeşitli mineral tozları ve uyumlu işleme yardımcılarıyla da karıştırılabilir; bu karışımlardan plastik kablolar için termoplastik plastik veya kauçuk kablolar için çapraz bağlı kauçuk elde edilebilir. Formülasyon tasarımcıları, temel malzeme olarak EVA'yı kullanarak, kullanıcının (veya standardın) gereksinimlerine göre malzemenin performansını gereksinimleri karşılayacak şekilde tasarlayabilirler.
3 EVA uygulama aralığı
3.1 Yüksek gerilim güç kabloları için yarı iletken koruyucu malzeme olarak kullanılır.
Hepimizin bildiği gibi, koruyucu malzemenin ana maddesi iletken karbon siyahıdır; plastik veya kauçuk esaslı malzemeye çok miktarda karbon siyahı eklemek, koruyucu malzemenin akışkanlığını ve ekstrüzyon seviyesinin düzgünlüğünü ciddi şekilde bozacaktır. Yüksek voltajlı kablolarda kısmi deşarjları önlemek için, iç ve dış koruyucuların ince, parlak, pürüzsüz ve homojen olması gerekir. Diğer polimerlere kıyasla, EVA bunu daha kolay yapabilir. Bunun nedeni, EVA'nın ekstrüzyon işleminin özellikle iyi olması, iyi akışkanlığa sahip olması ve erime kırılması olayına yatkın olmamasıdır. Koruyucu malzeme iki kategoriye ayrılır: iletkenin dışına sarılan iç koruyucu – iç ekran malzemesi ile; yalıtımın dışına sarılan dış koruyucu – dış ekran malzemesi ile; iç ekran malzemesi çoğunlukla termoplastiktir ve genellikle %18 ila %28 VA içeriğine sahip EVA esaslıdır; Dış elek malzemesi çoğunlukla çapraz bağlı ve soyulabilir özelliktedir ve genellikle %40 ila %46 VA içeriğine sahip EVA bazlıdır.
3.2 Termoplastik ve çapraz bağlı alev geciktirici yakıtlar
Termoplastik alev geciktirici poliolefin, özellikle denizcilik kabloları, enerji kabloları ve yüksek kaliteli inşaat hatlarının halojenli veya halojensiz gereksinimleri için kablo endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Uzun süreli çalışma sıcaklıkları 70 ila 90 °C arasındadır.
Elektriksel performans gereksinimleri çok yüksek olan 10 kV ve üzeri orta ve yüksek gerilim güç kablolarında, alev geciktirici özellikler esas olarak dış kılıf tarafından sağlanır. Bazı çevresel açıdan zorlu binalarda veya projelerde, kabloların düşük dumanlı, halojen içermeyen, düşük toksisiteli veya düşük dumanlı ve düşük halojenli özelliklere sahip olması gerekir; bu nedenle termoplastik alev geciktirici poliolefinler uygun bir çözümdür.
Bazı özel amaçlar için, dış çapı büyük olmayan, 105 ~ 150 ℃ sıcaklık aralığında dayanıklı, daha fazla çapraz bağlı alev geciktirici poliolefin malzemeden üretilen kablolar, çapraz bağlama yöntemi açısından kablo üreticisi tarafından kendi üretim koşullarına göre seçilebilir; geleneksel yüksek basınçlı buhar veya yüksek sıcaklık tuz banyosunun yanı sıra elektron hızlandırıcı oda sıcaklığında ışınlama ile çapraz bağlama da mümkündür. Uzun süreli çalışma sıcaklığı 105 ℃, 125 ℃ ve 150 ℃ olmak üzere üç kademeye ayrılır ve üretim tesisi, kullanıcıların veya standartların farklı gereksinimlerine göre halojen içermeyen veya halojen içeren yakıt bariyeri üretebilir.
Poliolefinlerin polar olmayan veya zayıf polar polimerler olduğu iyi bilinmektedir. Polarite açısından mineral yağına benzedikleri için, poliolefinler genellikle benzer uyumluluk ilkesine göre yağa karşı daha az dirençli olarak kabul edilir. Bununla birlikte, yurt içi ve yurt dışındaki birçok kablo standardı, çapraz bağlı dirençlerin yağlara, çözücülere ve hatta yağ bulamaçlarına, asitlere ve alkalilere karşı da iyi direnç göstermesi gerektiğini şart koşmaktadır. Bu, malzeme araştırmacıları için bir zorluktur ve şimdi, gerek Çin'de gerekse yurt dışında, bu zorlu malzemeler geliştirilmiştir ve temel malzemesi EVA'dır.
3.3 Oksijen bariyer malzemesi
Çok damarlı, telli kablolarda, dış kılıfın içindeki dolgu malzemesi halojen içermeyen yakıt bariyerinden yapılmışsa, yuvarlak bir kablo görünümü sağlamak için damarlar arasında doldurulması gereken birçok boşluk bulunur. Bu dolgu tabakası, kablo yandığında alev bariyeri (oksijen) görevi görür ve bu nedenle sektörde "oksijen bariyeri" olarak bilinir.
Oksijen bariyer malzemesi için temel gereksinimler şunlardır: iyi ekstrüzyon özellikleri, iyi halojen içermeyen alev geciktiricilik (oksijen indeksi genellikle 40'ın üzerinde) ve düşük maliyet.
Bu oksijen bariyeri, kablo endüstrisinde on yıldan uzun süredir yaygın olarak kullanılmaktadır ve kabloların alev geciktiriciliğinde önemli iyileştirmelere yol açmıştır. Oksijen bariyeri, hem halojen içermeyen alev geciktirici kablolar hem de halojen içermeyen alev geciktirici kablolar (örneğin PVC) için kullanılabilir. Çok sayıda uygulama, oksijen bariyerine sahip kabloların tek dikey yanma ve demet yanma testlerini geçme olasılığının daha yüksek olduğunu göstermiştir.
Malzeme formülasyonu açısından bakıldığında, bu oksijen bariyer malzemesi aslında "ultra yüksek dolgulu" bir malzemedir; çünkü düşük maliyeti karşılamak için yüksek oranda dolgu maddesi kullanılması gerekir, yüksek oksijen indeksi elde etmek için de yüksek oranda (2 ila 3 kat) Mg(OH)2 veya Al(OH)3 eklenmeli ve iyi bir ekstrüzyon için temel malzeme olarak EVA seçilmelidir.
3.4 Modifiye PE kaplama malzemesi
Polietilen kaplama malzemeleri iki soruna eğilimlidir: birincisi, ekstrüzyon sırasında erime kırılmasına (örneğin köpekbalığı derisi görünümü) eğilimlidirler; ikincisi, çevresel gerilme çatlamasına eğilimlidirler. En basit çözüm, formülasyona belirli bir oranda EVA eklemektir. Çoğunlukla düşük VA içeriğine sahip modifiye bir EVA olarak kullanılan malzemenin erime indeksi 1 ile 2 arasında olması uygundur.
4. Gelişme Beklentileri
(1) EVA, kablo endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve yıllık miktarı kademeli ve istikrarlı bir şekilde artmaktadır. Özellikle son on yılda, çevre korumanın önemi nedeniyle, EVA bazlı yakıt direnci hızla gelişmiş ve PVC bazlı kablo malzemesi trendinin bir kısmını değiştirmiştir. Mükemmel maliyet performansı ve ekstrüzyon işlemindeki mükemmel performansı, diğer herhangi bir malzemenin yerini almayı zorlaştırmaktadır.
(2) Kablo endüstrisinin yıllık EVA reçine tüketimi 100.000 tona yakındır; EVA reçine çeşitlerinin seçimi, düşükten yükseğe doğru VA içeriğine sahip olanların kullanılmasıyla birlikte, kablo malzemesi granülasyon işletmelerinin büyüklüğü büyük değildir; her işletmede her yıl yalnızca binlerce ton EVA reçine tüketimi gerçekleşmektedir ve bu nedenle EVA endüstrisinin dev işletmelerinin dikkatini çekmeyecektir. Örneğin, en büyük miktarda halojen içermeyen alev geciktirici baz malzeme için, ana tercih VA/MI = 28/2~3 EVA reçinesidir (örneğin ABD DuPont'un EVA 265#). Ve bu spesifikasyon sınıfındaki EVA'yı şu ana kadar yerli bir üretici üretip tedarik etmemektedir. VA içeriği 28'den yüksek ve erime indeksi 3'ten düşük olan diğer EVA reçinelerinin üretimi ve tedarikinden bahsetmiyorum bile.
(3) Yabancı şirketler, yerli rakiplerin olmaması nedeniyle EVA üretiyor ve fiyatlar uzun süredir yüksek seyrediyor, bu da yerli kablo fabrikası üretim hevesini ciddi şekilde bastırıyor. Kauçuk tipi EVM'nin %50'den fazla VA içeriğine sahip ürünleri yabancı şirketler domine ediyor ve fiyatları markalı ürünlerin VA içeriğinin 2 ila 3 katı civarında. Bu yüksek fiyatlar, sırayla, bu kauçuk tipi EVM'nin miktarını da etkiliyor, bu nedenle kablo endüstrisi yerli EVA üreticilerinden yerli EVA üretim oranını artırmalarını istiyor. Endüstrinin EVA reçinesini çok fazla kullandığı üretim daha da artıyor.
(4) Küreselleşme çağındaki çevre koruma dalgasına dayanarak, EVA, kablo endüstrisi tarafından çevre dostu yakıt direnci için en iyi temel malzeme olarak kabul edilmektedir. EVA kullanımı yılda %15 oranında artmaktadır ve görünüm çok umut vericidir. Koruyucu malzemelerin miktarı ve büyüme oranı ile orta ve yüksek gerilim güç kablosu üretimi ve büyüme oranı yaklaşık %8 ila %10 arasındadır; poliolefin dirençleri hızla artmaktadır, son yıllarda %15 ila %20 arasında kalmıştır ve önümüzdeki 5 ila 10 yıl içinde de bu büyüme oranını koruyabilir.
Yayın tarihi: 31 Temmuz 2022