1. Introdução
EVA é a abreviação de copolímero de etileno acetato de vinila, um polímero poliolefínico. Devido à sua baixa temperatura de fusão, boa fluidez, polaridade e elementos não halógenos, pode ser compatível com uma variedade de polímeros e pós minerais. Apresenta diversas propriedades mecânicas e físicas, propriedades elétricas e desempenho de processamento equilibrados. Além disso, o preço não é alto, e a oferta no mercado é suficiente. Pode ser usado como material de isolamento de cabos, como enchimento e material de revestimento; pode ser transformado em material termoplástico e em material de reticulação termoendurecível.
O EVA tem uma ampla gama de usos, com retardantes de chama, podendo ser transformado em barreira de combustível livre de halogênio ou de baixa emissão de fumaça; escolha um EVA com alto teor de VA como material base, que também pode ser transformado em material resistente a óleo; escolha um índice de fusão moderado de EVA, adicione de 2 a 3 vezes o enchimento de retardantes de chama de EVA, o que pode ser feito para melhorar o desempenho do processo de extrusão e o preço de um material de barreira de oxigênio (enchimento) mais equilibrado.
Neste artigo, a partir das propriedades estruturais do EVA, a introdução de sua aplicação na indústria de cabos e as perspectivas de desenvolvimento.
2. Propriedades estruturais
Ao produzir síntese, alterar a proporção do grau de polimerização n/m pode produzir conteúdo de VA de 5 a 90% de EVA; aumentar o grau de polimerização total pode produzir peso molecular de dezenas de milhares para centenas de milhares de EVA; conteúdo de VA abaixo de 40%, devido à presença de cristalização parcial, baixa elasticidade, comumente conhecido como plástico EVA; quando o conteúdo de VA é maior que 40%, um elastômero semelhante à borracha sem cristalização, é comumente conhecido como borracha EVM.
1. 2 Propriedades
A cadeia molecular do EVA é uma estrutura linear saturada, por isso tem boa resistência ao envelhecimento térmico, às intempéries e ao ozônio.
A cadeia principal da molécula de EVA não contém ligações duplas, anel benzênico, grupos acila, amina e outros grupos que são facilmente defumados durante a queima. As cadeias laterais também não contêm grupos metil, fenil, ciano e outros que são facilmente defumados durante a queima. Além disso, a molécula em si não contém elementos halógenos, sendo particularmente adequada para combustíveis à base de resistivos livres de halogênio e com baixa emissão de fumaça.
O grande tamanho do grupo acetato de vinila (VA) na cadeia lateral do EVA e sua polaridade média significam que ele inibe a tendência da estrutura vinílica de cristalizar e se acopla bem a cargas minerais, o que cria as condições para combustíveis de barreira de alto desempenho. Isso é particularmente verdadeiro para resinas com baixa emissão de fumaça e livres de halogênio, pois retardantes de chama com teor de volume superior a 50% [por exemplo, Al(OH)3, Mg(OH)2, etc.] devem ser adicionados para atender aos requisitos das normas de cabos para retardamento de chama. O EVA com teor de VA médio a alto é usado como base para produzir combustíveis retardantes de chama com baixa emissão de fumaça e livres de halogênio, com excelentes propriedades.
Como o grupo acetato de vinila (VA) da cadeia lateral do EVA é polar, quanto maior o teor de VA, mais polar é o polímero e melhor a resistência ao óleo. A resistência ao óleo exigida pela indústria de cabos refere-se principalmente à capacidade de suportar óleos minerais apolares ou fracamente polares. De acordo com o princípio da compatibilidade similar, o EVA com alto teor de VA é usado como material base para produzir uma barreira de combustível com baixa emissão de fumaça e livre de halogênio, com boa resistência ao óleo.
As moléculas de EVA no desempenho do átomo de H da alfa-olefina são mais ativas, nos radicais de peróxido ou no efeito de radiação de elétrons de alta energia é fácil tomar a reação de reticulação de H, tornam-se plástico ou borracha reticulados, podem ser feitos requisitos de desempenho exigentes de materiais especiais de fios e cabos.
A adição do grupo acetato de vinila reduz significativamente a temperatura de fusão do EVA, e o número de cadeias laterais curtas de VA pode aumentar o fluxo do EVA. Portanto, seu desempenho de extrusão é muito superior à estrutura molecular de polietilenos similares, tornando-se o material base preferido para materiais de blindagem semicondutores e barreiras de combustível com e sem halogênio.
2 Vantagens do produto
2. 1 Desempenho de custo extremamente alto
As propriedades físicas e mecânicas do EVA, como resistência ao calor, às intempéries, ao ozônio e às propriedades elétricas, são excelentes. Selecione o grau apropriado, pois pode ser fabricado com materiais especiais para cabos, resistentes ao calor e à chama, além de resistentes a óleo e solventes.
O material termoplástico EVA é mais utilizado com um teor de VA de 15% a 46%, com um índice de fusão de 0,5 a 4 graus. O EVA possui diversos fabricantes, diversas marcas, uma ampla gama de opções, preços moderados e fornecimento adequado. Os usuários só precisam abrir a seção EVA do site. A marca, o desempenho, o preço e o local de entrega são facilmente encontrados, e você pode escolher, o que é muito conveniente.
O EVA é um polímero de poliolefina, cuja maciez e desempenho são comparados, e o polietileno (PE) e o policloreto de vinila (PVC) são materiais semelhantes. Pesquisas mais aprofundadas, porém, mostram que o EVA e os dois tipos de materiais mencionados apresentam superioridade insubstituível.
2. 2 excelente desempenho de processamento
O EVA na aplicação de cabos é inicialmente um material de blindagem de cabos de média e alta tensão, tanto interna quanto externamente, e posteriormente expandido para uma barreira de combustível sem halogênio. Do ponto de vista do processamento, esses dois tipos de materiais são considerados "materiais altamente preenchidos": o material de blindagem, devido à necessidade de adicionar uma grande quantidade de negro de fumo condutor e aumentar sua viscosidade, teve uma queda acentuada na liquidez; o combustível retardante de chamas sem halogênio precisa adicionar uma grande quantidade de retardantes de chamas sem halogênio, e a viscosidade do material sem halogênio aumentou drasticamente, tendo uma queda acentuada na liquidez. A solução é encontrar um polímero que possa acomodar grandes doses de enchimento, mas que também tenha baixa viscosidade de fusão e boa fluidez. Por esse motivo, o EVA é a escolha preferida.
A viscosidade do fundido EVA com temperatura de processamento de extrusão e taxa de cisalhamento aumentará o declínio rápido, o usuário só precisa ajustar a temperatura da extrusora e a velocidade do parafuso, você pode obter excelente desempenho de produtos de fios e cabos. Um grande número de aplicações nacionais e estrangeiras mostram que, para o material altamente preenchido e livre de halogênio de baixa fumaça, como a viscosidade é muito alta, o índice de fusão é muito pequeno, portanto, apenas o uso de parafuso de baixa taxa de compressão (taxa de compressão inferior a 1,3) extrusão, a fim de garantir uma boa qualidade de extrusão. Materiais EVM à base de borracha com agentes vulcanizantes podem ser extrudados em extrusoras de borracha e extrusoras de uso geral. O processo de vulcanização subsequente (reticulação) pode ser realizado por reticulação termoquímica (peróxido) ou por reticulação por irradiação com acelerador de elétrons.
2. 3 Fácil de modificar e adaptar
Fios e cabos estão por toda parte, do céu ao solo, das montanhas ao mar. As necessidades dos usuários de fios e cabos também são variadas e peculiares. Embora a estrutura dos fios e cabos seja semelhante, suas diferenças de desempenho se refletem principalmente nos materiais de isolamento e revestimento.
Até o momento, tanto no mercado interno quanto no externo, o PVC flexível ainda representa a grande maioria dos materiais poliméricos utilizados na indústria de cabos. No entanto, com a crescente conscientização sobre a proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável,...
Os materiais de PVC foram bastante restringidos, mas os cientistas estão fazendo todo o possível para encontrar materiais alternativos ao PVC, sendo o mais promissor o EVA.
O EVA pode ser misturado com uma variedade de polímeros, mas também com uma variedade de pós minerais e auxiliares de processamento compatíveis. Os produtos misturados podem ser transformados em plástico termoplástico para cabos de plástico, mas também em borracha reticulada para cabos de borracha. Os projetistas de formulações podem se basear nos requisitos do usuário (ou padrão), tendo o EVA como material base, para garantir que o desempenho do material atenda aos requisitos.
3 Faixa de aplicação de EVA
3. 1 Usado como material de blindagem semicondutor para cabos de alta tensão
Como todos sabemos, o material principal do material de blindagem é o negro de fumo condutor. Adicionar uma grande quantidade de negro de fumo ao material de base de plástico ou borracha deteriorará seriamente a fluidez do material de blindagem e a suavidade do nível de extrusão. Para evitar descargas parciais em cabos de alta tensão, as blindagens interna e externa devem ser finas, brilhantes, brilhantes e uniformes. Comparado a outros polímeros, o EVA pode fazer isso com mais facilidade. A razão para isso é que o processo de extrusão do EVA é particularmente bom, com bom fluxo e não propenso ao fenômeno de ruptura por fusão. O material de blindagem é dividido em duas categorias: envolto no condutor externo, chamado de blindagem interna - com o material de tela interna; envolto no isolamento externo, chamado de blindagem externa - com o material de tela externa; o material da tela interna é principalmente termoplástico. O material da tela interna é principalmente termoplástico e geralmente é baseado em EVA com um teor de VA de 18% a 28%; o material da tela externa é principalmente reticulado e descascável e geralmente é baseado em EVA com um teor de VA de 40% a 46%.
3. 2 Combustíveis termoplásticos e reticulados retardantes de chama
A poliolefina termoplástica retardante de chamas é amplamente utilizada na indústria de cabos, principalmente para atender às necessidades de cabos marítimos, cabos de energia e linhas de construção de alta qualidade, com ou sem halogênio. Suas temperaturas de operação de longo prazo variam de 70 a 90 °C.
Para cabos de média e alta tensão de 10 kV ou mais, que apresentam requisitos de desempenho elétrico muito elevados, as propriedades retardantes de chamas são principalmente proporcionadas pela capa externa. Em alguns edifícios ou projetos com requisitos ambientais exigentes, os cabos devem apresentar baixa emissão de fumaça, isentos de halogênio, baixa toxicidade ou baixa emissão de fumaça e baixo teor de halogênio, portanto, poliolefinas termoplásticas retardantes de chamas são uma solução viável.
Para alguns fins especiais, o diâmetro externo não é grande, a resistência à temperatura entre 105 e 150 °C é garantida por cabos especiais, com material de poliolefina retardante de chamas reticulado. A reticulação pode ser selecionada pelo fabricante do cabo de acordo com suas próprias condições de produção, seja por vapor de alta pressão tradicional ou banho de sal de alta temperatura, ou por irradiação por acelerador de elétrons em temperatura ambiente. Sua temperatura de trabalho de longo prazo é dividida em três faixas: 105 °C, 125 °C e 150 °C. A planta de produção pode ser fabricada de acordo com diferentes requisitos ou padrões de usuários, com barreira de combustível livre de halogênio ou contendo halogênio.
É sabido que as poliolefinas são polímeros apolares ou fracamente polares. Por serem semelhantes ao óleo mineral em polaridade, as poliolefinas são geralmente consideradas menos resistentes ao óleo, de acordo com o princípio da compatibilidade similar. No entanto, muitas normas de cabos nacionais e internacionais também estipulam que as resistências reticuladas devem apresentar boa resistência a óleos, solventes e até mesmo a lamas de óleo, ácidos e álcalis. Este é um desafio para os pesquisadores de materiais. Atualmente, tanto na China quanto no exterior, esses materiais exigentes foram desenvolvidos, tendo como material base o EVA.
3. 3 Material de barreira de oxigênio
Cabos multicore trançados apresentam muitos espaços vazios entre os núcleos que precisam ser preenchidos para garantir uma aparência arredondada, desde que o enchimento dentro da capa externa seja feito de uma barreira de combustível sem halogênio. Essa camada de enchimento atua como uma barreira contra chamas (oxigênio) quando o cabo queima e, portanto, é conhecida como "barreira de oxigênio" na indústria.
Os requisitos básicos para um material de barreira de oxigênio são: boas propriedades de extrusão, boa retardância de chama livre de halogênio (índice de oxigênio geralmente acima de 40) e baixo custo.
Esta barreira de oxigênio tem sido amplamente utilizada na indústria de cabos há mais de uma década e levou a melhorias significativas na retardância à chama dos cabos. A barreira de oxigênio pode ser usada tanto em cabos retardantes de chama sem halogênio quanto em cabos retardantes de chama sem halogênio (por exemplo, PVC). Uma ampla experiência demonstrou que cabos com barreira de oxigênio têm maior probabilidade de passar em testes de queima vertical única e queima em feixe.
Do ponto de vista da formulação do material, este material de barreira de oxigênio é na verdade um “enchimento ultra-alto”, porque para atender ao baixo custo, é necessário usar um enchimento alto, para atingir um alto índice de oxigênio também deve adicionar uma alta proporção (2 a 3 vezes) de Mg (OH) 2 ou Al (OH) 3, e para extrudar bem e deve escolher EVA como material de base.
3. 4 Material de revestimento de PE modificado
Os materiais de revestimento de polietileno são propensos a dois problemas: primeiro, são propensos à quebra por fusão (por exemplo, "pele de tubarão") durante a extrusão; segundo, são propensos a trincas por tensão ambiental. A solução mais simples é adicionar uma certa proporção de EVA à formulação. Usado como EVA modificado, geralmente com baixo teor de VA, seu índice de fusão entre 1 e 2 é adequado.
4. Perspectivas de desenvolvimento
(1) O EVA tem sido amplamente utilizado na indústria de cabos, com crescimento gradual e constante ao longo do ano. Especialmente na última década, devido à importância da proteção ambiental, a resistência ao combustível à base de EVA tem se desenvolvido rapidamente, substituindo parcialmente a tendência de materiais para cabos à base de PVC. Seu excelente custo-benefício e excelente desempenho no processo de extrusão tornam difícil a substituição por outros materiais.
(2) O consumo anual de resina EVA na indústria de cabos é próximo a 100.000 toneladas. A escolha de variedades de resina EVA, com teor de VA variando de baixo a alto, juntamente com o tamanho da empresa de granulação de material de cabo, é pequena. A produção anual de resina EVA em cada empresa é de apenas milhares de toneladas, o que não atrai a atenção das grandes empresas da indústria de EVA. Por exemplo, a maior quantidade de material base retardante de chamas sem halogênio é a principal escolha de VA/MI = 28/2 ~ 3 para resina EVA (como o EVA 265# da DuPont dos EUA). Até o momento, não há fabricantes nacionais que produzam e forneçam este tipo de EVA. Sem mencionar o teor de VA superior a 28 e o índice de fusão inferior a 3, que são outros fatores na produção e fornecimento de resina EVA.
(3) Empresas estrangeiras produzem EVA devido à ausência de concorrentes nacionais, e o preço tem sido alto há muito tempo, suprimindo seriamente o entusiasmo pela produção de cabos nacionais. Mais de 50% do conteúdo de VA do EVM de borracha é dominado por empresas estrangeiras, e o preço é semelhante ao conteúdo de VA da marca de 2 a 3 vezes. Esses preços altos, por sua vez, também afetam a quantidade desse EVM de borracha, de modo que a indústria de cabos exige fabricantes nacionais de EVA para aumentar a taxa de produção nacional de EVA. O aumento da produção da indústria tem sido um grande uso da resina EVA.
(4) Apoiando-se na onda de proteção ambiental na era da globalização, o EVA é considerado pela indústria de cabos como o melhor material de base para resistência a combustíveis ecologicamente corretos. O uso de EVA está crescendo a uma taxa de 15% ao ano e as perspectivas são muito promissoras. A quantidade e a taxa de crescimento de materiais de blindagem e a produção de cabos de energia de média e alta tensão variam entre 8% e 10%. A resistência das poliolefinas está crescendo rapidamente, mantendo-se entre 15% e 20% nos últimos anos e, nos próximos 5 a 10 anos, pode manter essa taxa de crescimento.
Horário da publicação: 31 de julho de 2022