1. Introducción
EVA es la abreviatura de copolímero de etileno y acetato de vinilo, un polímero de poliolefina. Gracias a su baja temperatura de fusión, buena fluidez, polaridad y ausencia de halógenos, es compatible con diversos polímeros y polvos minerales, posee diversas propiedades mecánicas, físicas, eléctricas y un excelente rendimiento de procesamiento. Además, su precio asequible permite una amplia oferta en el mercado. Por lo tanto, se puede utilizar como material aislante para cables, como relleno y material de revestimiento, así como en la fabricación de materiales termoplásticos y termoendurecibles de reticulación.
EVA tiene una amplia gama de usos, con retardantes de llama, se puede convertir en una barrera de combustible halógena o libre de halógenos con bajo contenido de humo; elija un EVA con un alto contenido de VA como material base que también se puede convertir en un material resistente al aceite; elija un índice de fusión de EVA moderado, agregue de 2 a 3 veces el relleno de retardantes de llama de EVA, se puede lograr un rendimiento del proceso de extrusión y un precio de un material de barrera de oxígeno (relleno) más equilibrado.
En este artículo se abordan las propiedades estructurales del EVA, su aplicación en la industria del cable y sus perspectivas de desarrollo.
2. Propiedades estructurales
Al producir síntesis, cambiar la relación del grado de polimerización n/m puede producir un contenido de VA del 5 al 90% de EVA; aumentar el grado de polimerización total puede producir un peso molecular de decenas de miles a cientos de miles de EVA; un contenido de VA por debajo del 40%, debido a la presencia de cristalización parcial, mala elasticidad, comúnmente conocido como plástico EVA; cuando el contenido de VA es mayor del 40%, un elastómero similar al caucho sin cristalización, comúnmente conocido como caucho EVM.
1. 2 Propiedades
La cadena molecular de EVA es una estructura lineal saturada, por lo que tiene buena resistencia al envejecimiento térmico, a la intemperie y al ozono.
La cadena principal de la molécula de EVA no contiene dobles enlaces, anillos bencénicos, grupos acilo, amino ni otros grupos que generan humo durante la combustión. Las cadenas laterales tampoco contienen grupos metilo, fenilo, ciano ni otros grupos que generan humo durante la combustión. Además, la molécula en sí no contiene elementos halógenos, por lo que es especialmente adecuada para bases combustibles resistivas libres de halógenos y con baja emisión de humo.
El gran tamaño del grupo acetato de vinilo (VA) en la cadena lateral del EVA y su polaridad media le permiten inhibir la tendencia de la cadena principal de vinilo a cristalizar y acoplarse bien con cargas minerales, creando así las condiciones para combustibles de barrera de alto rendimiento. Esto es especialmente cierto para materiales resistentes con baja emisión de humos y sin halógenos, ya que se deben añadir retardantes de llama con un contenido en volumen superior al 50 % [p. ej., Al(OH)₃, Mg(OH)₂, etc.] para cumplir con los requisitos de las normas de cables en cuanto a retardancia de llama. El EVA con un contenido de VA entre medio y alto se utiliza como base para producir combustibles retardantes de llama con baja emisión de humos y sin halógenos con excelentes propiedades.
Dado que el grupo acetato de vinilo (VA) de la cadena lateral del EVA es polar, cuanto mayor sea el contenido de VA, más polar será el polímero y mejor será su resistencia al aceite. La resistencia al aceite requerida por la industria del cable se refiere principalmente a la capacidad de soportar aceites minerales apolares o débilmente polares. Según el principio de compatibilidad similar, el EVA con alto contenido de VA se utiliza como material base para producir una barrera de combustible libre de halógenos y con baja emisión de humos, con buena resistencia al aceite.
Las moléculas de EVA en el átomo de H de alfa-olefina tienen un rendimiento más activo, en los radicales de peróxido o el efecto de radiación electrónica de alta energía es fácil tomar la reacción de reticulación de H, convertirse en plástico o caucho reticulado, se pueden hacer requisitos de rendimiento exigentes de materiales especiales de cables y alambres.
La adición del grupo acetato de vinilo reduce significativamente la temperatura de fusión del EVA, y el número de cadenas laterales cortas de VA puede aumentar su fluidez. Por lo tanto, su rendimiento de extrusión es mucho mejor que la estructura molecular de polietilenos similares, convirtiéndose en el material base preferido para materiales de blindaje semiconductores y barreras de combustible halógenas y libres de halógenos.
2 Ventajas del producto
2. 1 Rendimiento de costo extremadamente alto
El EVA tiene excelentes propiedades físicas y mecánicas, como resistencia al calor, a la intemperie, al ozono y a las eléctricas. Al seleccionar el grado adecuado, se puede lograr resistencia al calor, resistencia al fuego y resistencia al aceite y a los disolventes.
El material termoplástico EVA se utiliza principalmente con un contenido de VA del 15% al 46%, con un índice de fusión de 0,5 a 4 grados. El EVA cuenta con numerosos fabricantes, marcas, una amplia gama de opciones, precios moderados y un suministro adecuado. Los usuarios solo tienen que visitar la sección de EVA del sitio web para ver la marca, el rendimiento, el precio y el lugar de entrega de un vistazo. Es muy conveniente.
El EVA es un polímero de poliolefina. En cuanto a suavidad y rendimiento, se ha comparado con el polietileno (PE) y el PVC (cloruro de polivinilo) blando para cables. Sin embargo, al investigar más a fondo, se descubrirá que el EVA y los dos materiales mencionados presentan una superioridad insuperable.
2. 2 Excelente rendimiento de procesamiento
El EVA en aplicaciones de cables se originó como material de blindaje interno y externo para cables de media y alta tensión, y posteriormente se extendió a la barrera de combustible libre de halógenos. Desde el punto de vista del procesamiento, estos dos tipos de materiales se consideran "materiales altamente rellenos": el material de blindaje, debido a la necesidad de agregar una gran cantidad de negro de humo conductor y aumentar su viscosidad, redujo drásticamente su liquidez; el combustible retardante de llama libre de halógenos, que también requiere la adición de una gran cantidad de retardantes de llama libres de halógenos, también aumentó drásticamente su viscosidad, reduciendo drásticamente su liquidez. La solución es encontrar un polímero que pueda acomodar grandes dosis de relleno, pero que también tenga una baja viscosidad de fusión y buena fluidez. Por esta razón, el EVA es la opción preferida.
La viscosidad de fusión de EVA con la temperatura de procesamiento de extrusión y la velocidad de corte aumentará la disminución rápida, el usuario solo necesita ajustar la temperatura de la extrusora y la velocidad del tornillo, puede lograr un excelente rendimiento de los productos de alambre y cable. Un gran número de aplicaciones nacionales e internacionales muestran que, para el material libre de halógenos de bajo humo y altamente relleno, debido a que la viscosidad es demasiado grande, el índice de fusión es demasiado pequeño, por lo que solo el uso de extrusión de tornillo de baja relación de compresión (relación de compresión inferior a 1. 3), para garantizar una buena calidad de extrusión. Los materiales EVM a base de caucho con agentes vulcanizantes se pueden extruir tanto en extrusoras de caucho como en extrusoras de uso general. El proceso de vulcanización (reticulación) posterior puede llevarse a cabo mediante reticulación termoquímica (peróxido) o mediante reticulación por irradiación con acelerador de electrones.
2. 3 Fácil de modificar y adaptar
Los cables y alambres están por todas partes, desde el cielo hasta la tierra, desde las montañas hasta el mar. Las necesidades de los usuarios de cables y alambres también son diversas y diversas. Si bien la estructura de los cables y alambres es similar, sus diferencias de rendimiento se reflejan principalmente en los materiales de aislamiento y cubierta.
Hasta la fecha, tanto a nivel nacional como internacional, el PVC blando sigue representando la gran mayoría de los materiales poliméricos utilizados en la industria del cable. Sin embargo, con la creciente concienciación sobre la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible.
Los materiales de PVC se han visto muy restringidos y los científicos están haciendo todo lo posible para encontrar materiales alternativos al PVC, el más prometedor de los cuales es el EVA.
El EVA se puede mezclar con diversos polímeros, así como con diversos polvos minerales y auxiliares de procesamiento compatibles. Los productos mezclados se pueden transformar en plástico termoplástico para cables de plástico y caucho reticulado para cables de caucho. Los diseñadores de formulaciones pueden basarse en los requisitos del usuario (o estándar), utilizando EVA como material base, para que el rendimiento del material cumpla con los requisitos.
3 Rango de aplicación de EVA
3. 1 Se utiliza como material de blindaje semiconductor para cables de alimentación de alto voltaje.
Como todos sabemos, el material principal del material de blindaje es el negro de carbón conductor. En el material base de plástico o caucho, añadir una gran cantidad de negro de carbón deteriorará seriamente la fluidez del material de blindaje y la suavidad del nivel de extrusión. Para evitar descargas parciales en cables de alta tensión, los blindajes interior y exterior deben ser delgados, brillantes y uniformes. En comparación con otros polímeros, el EVA puede lograr esto con mayor facilidad. La razón de esto es que el proceso de extrusión del EVA es particularmente bueno, tiene buena fluidez y no es propenso al fenómeno de ruptura por fusión. El material de blindaje se divide en dos categorías: envuelto en el exterior del conductor llamado blindaje interior - con el material de pantalla interior; envuelto en el exterior del aislamiento llamado blindaje exterior - con el material de pantalla exterior; el material de pantalla interior es principalmente termoplástico. El material de pantalla interior es principalmente termoplástico y a menudo se basa en EVA con un contenido de VA del 18% al 28%; el material de pantalla exterior es principalmente reticulado y pelable y a menudo se basa en EVA con un contenido de VA del 40% al 46%.
3. 2 Combustibles retardantes de llama termoplásticos y reticulados
La poliolefina termoplástica retardante de llama se utiliza ampliamente en la industria del cable, principalmente para cables marinos, cables de alimentación y líneas de construcción de alta calidad, con o sin halógenos. Sus temperaturas de funcionamiento a largo plazo oscilan entre 70 y 90 °C.
En cables de media y alta tensión de 10 kV o más, con requisitos de rendimiento eléctrico muy elevados, las propiedades ignífugas se deben principalmente a la cubierta exterior. En algunos edificios o proyectos con exigencias ambientales exigentes, se requiere que los cables tengan propiedades de baja emisión de humos, libre de halógenos, baja toxicidad o baja emisión de humos y halógenos, por lo que las poliolefinas termoplásticas ignífugas son una solución viable.
Para fines especiales, el diámetro exterior es pequeño y la resistencia a la temperatura oscila entre 105 °C y 150 °C. El cable especial utiliza poliolefina retardante de llama reticulada. El fabricante puede seleccionar su reticulación según sus condiciones de producción, ya sea mediante vapor a alta presión tradicional o baño de sales a alta temperatura, o mediante irradiación a temperatura ambiente con acelerador de electrones. Su temperatura de trabajo a largo plazo se divide en tres categorías: 105 °C, 125 °C y 150 °C. La planta de producción puede fabricarse según los diferentes requisitos de los usuarios o estándares, con barrera de combustible libre de halógenos o con halógenos.
Es bien sabido que las poliolefinas son polímeros apolares o débilmente polares. Debido a su polaridad similar a la del aceite mineral, se considera que son menos resistentes al aceite según el principio de compatibilidad similar. Sin embargo, numerosas normas de cables, tanto nacionales como internacionales, estipulan que las resistencias reticuladas también deben tener buena resistencia a aceites, disolventes e incluso a lodos de aceite, ácidos y álcalis. Esto representa un reto para los investigadores de materiales. Actualmente, tanto en China como en el extranjero, se han desarrollado estos exigentes materiales, y su material base es el EVA.
3. 3 Material de barrera de oxígeno
Los cables multipolares trenzados presentan numerosos huecos entre los núcleos que deben rellenarse para garantizar una apariencia redondeada, siempre que el relleno de la cubierta exterior esté hecho de una barrera de combustible libre de halógenos. Esta capa de relleno actúa como barrera contra las llamas (oxígeno) cuando el cable se quema, por lo que se conoce como "barrera de oxígeno" en la industria.
Los requisitos básicos para un material de barrera al oxígeno son: buenas propiedades de extrusión, buena resistencia al fuego sin halógenos (índice de oxígeno normalmente superior a 40) y bajo coste.
Esta barrera de oxígeno se ha utilizado ampliamente en la industria del cable durante más de una década y ha generado mejoras significativas en la resistencia al fuego de los cables. Puede utilizarse tanto para cables ignífugos sin halógenos como para cables ignífugos sin halógenos (p. ej., PVC). La práctica ha demostrado que los cables con barrera de oxígeno tienen mayor probabilidad de superar las pruebas de combustión vertical simple y de quema en haces.
Desde el punto de vista de la formulación del material, este material de barrera de oxígeno es en realidad un “relleno ultra alto”, porque para cumplir con el bajo costo, es necesario utilizar un alto relleno, para lograr un alto índice de oxígeno también se debe agregar una alta proporción (2 a 3 veces) de Mg (OH) 2 o Al (OH) 3, y para extruir bien se debe elegir EVA como material base.
3. 4 Material de revestimiento de PE modificado
Los materiales de revestimiento de polietileno presentan dos problemas: primero, son propensos a la rotura por fusión (es decir, a la formación de piel de tiburón) durante la extrusión; segundo, son propensos al agrietamiento por tensión ambiental. La solución más sencilla es añadir cierta proporción de EVA a la formulación. Si se utiliza como EVA modificado, generalmente con un bajo contenido de VA, su índice de fusión entre 1 y 2 es adecuado.
4. Perspectivas de desarrollo
(1) El EVA se ha utilizado ampliamente en la industria de cables, con un crecimiento anual gradual y constante. Especialmente en la última década, debido a la importancia de la protección ambiental, la resistencia al combustible basada en EVA ha experimentado un rápido desarrollo, reemplazando parcialmente la tendencia de los materiales para cables basados en PVC. Su excelente relación calidad-precio y su excelente rendimiento en el proceso de extrusión hacen que sea difícil sustituir a cualquier otro material.
(2) El consumo anual de resina EVA en la industria del cable se acerca a las 100.000 toneladas. La elección de variedades de resina EVA, con un contenido de VA de bajo a alto, junto con el tamaño de la empresa de granulación del material del cable no es grande, se distribuye en cada empresa cada año solo en miles de toneladas de resina EVA, y por lo tanto no será la atención de las grandes empresas de la industria del EVA. Por ejemplo, la mayor cantidad de material base retardante de llama sin halógenos, la opción principal es VA / MI = 28 / 2 ~ 3 de resina EVA (como el EVA 265 # de DuPont de EE. UU.). Y este grado de especificación de EVA hasta ahora no existe un fabricante nacional que lo produzca y suministre. Sin mencionar el contenido de VA superior a 28 y el índice de fusión inferior a 3 de otras resinas EVA producidas y suministradas.
(3) Las empresas extranjeras que producen EVA no tienen competidores nacionales y el alto precio se ha mantenido durante mucho tiempo, lo que ha frenado gravemente el entusiasmo por la producción de cables en el país. Más del 50% del contenido de VA del EVM de caucho está dominado por empresas extranjeras, y el precio es dos o tres veces similar al de la marca. Estos altos precios, a su vez, afectan la cantidad de este EVM de caucho, por lo que la industria del cable exige a los fabricantes nacionales de EVA que aumenten su producción nacional. El aumento de la producción en la industria ha propiciado un uso intensivo de resina EVA.
(4) Gracias a la creciente protección ambiental en la era de la globalización, la industria del cable considera el EVA como el mejor material de base para una resistencia a los combustibles respetuosa con el medio ambiente. Su uso crece a un ritmo del 15 % anual y las perspectivas son muy prometedoras. La cantidad y la tasa de crecimiento de los materiales de blindaje y la producción de cables de media y alta tensión se sitúan entre el 8 % y el 10 %. La resistencia de las poliolefinas está creciendo rápidamente; en los últimos años se ha mantenido entre el 15 % y el 20 %, y es probable que en los próximos 5 a 10 años se mantenga este ritmo.
Hora de publicación: 31 de julio de 2022