1. Introducción
EVA es la abreviatura de copolímero de etileno-acetato de vinilo, un polímero de poliolefina. Debido a su baja temperatura de fusión, buena fluidez, polaridad y ausencia de halógenos, y a su compatibilidad con diversos polímeros y polvos minerales, presenta un equilibrio entre propiedades mecánicas, físicas, eléctricas y de procesamiento, además de tener un precio asequible y una oferta de mercado suficiente, se utiliza como material de aislamiento de cables, relleno y revestimiento. También puede transformarse en material termoplástico y en material reticulado termoestable.
La EVA tiene una amplia gama de usos y, con retardantes de llama, puede convertirse en una barrera contra combustibles halogenados o libre de halógenos y de baja emisión de humos; al elegir un alto contenido de VA en EVA como material base, también se puede convertir en un material resistente al aceite; al elegir un índice de fluidez moderado de EVA y añadir de 2 a 3 veces el relleno de retardantes de llama de EVA, se puede lograr un rendimiento y un precio más equilibrados en el proceso de extrusión para obtener un material de barrera contra el oxígeno (relleno).
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 inferior al 40%, debido a la presencia de cristalización parcial, poca elasticidad, comúnmente conocido como plástico EVA; cuando el contenido de VA es superior al 40%, un elastómero similar al caucho sin cristalización, comúnmente conocido como caucho EVM.
1. 2 Propiedades
La cadena molecular del EVA tiene una estructura lineal saturada, por lo que presenta buena resistencia al envejecimiento térmico, a la intemperie y al ozono.
La cadena principal de la molécula de EVA no contiene enlaces dobles, anillos de benceno, grupos acilo, amina ni otros grupos que generen humo fácilmente al quemarse. Las cadenas laterales tampoco contienen grupos metilo, fenilo, ciano ni otros que generen humo fácilmente al quemarse. Además, la molécula en sí no contiene halógenos, por lo que resulta especialmente adecuada como base para combustibles resistivos libres de halógenos y de baja emisión de humo.
El gran tamaño del grupo acetato de vinilo (VA) en la cadena lateral del EVA y su polaridad media hacen que inhiba la tendencia de la cadena principal de vinilo a cristalizar y se acople bien con cargas minerales, lo que crea las condiciones para combustibles de barrera de alto rendimiento. Esto es especialmente cierto para las resinas de baja emisión de humo y libres de halógenos, ya que se deben añadir retardantes de llama con un contenido volumétrico superior al 50 % [por ejemplo, Al(OH)₃, Mg(OH)₂, etc.] para cumplir con los requisitos de las normas de cables en materia de resistencia al fuego. El EVA con un contenido de VA medio a alto se utiliza como base para producir combustibles ignífugos de baja emisión de humo y libres de halógenos con excelentes propiedades.
Dado que el grupo acetato de vinilo (VA) de la cadena lateral del EVA es polar, cuanto mayor sea su contenido de VA, más polar será el polímero y mejor será su resistencia al aceite. La resistencia al aceite que exige la industria del cable se refiere principalmente a la capacidad de soportar aceites minerales no polares 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 de baja emisión de humos y libre de halógenos, con buena resistencia al aceite.
Las moléculas de EVA, en el comportamiento del átomo de hidrógeno de la alfa-olefina, son más activas; en el efecto de los radicales peróxido o la radiación electrónica de alta energía, es fácil que se produzca una reacción de reticulación de hidrógeno, convirtiéndose en plástico o caucho reticulado, lo que permite fabricar materiales especiales para cables y alambres que cumplen con los exigentes requisitos de rendimiento.
La adición del grupo acetato de vinilo reduce significativamente la temperatura de fusión del EVA, y el aumento de las cadenas laterales cortas de VA incrementa su fluidez. Por lo tanto, su rendimiento de extrusión es mucho mejor que el de polietilenos de estructura molecular similar, convirtiéndose en el material base preferido para materiales de blindaje semiconductores y barreras para combustibles, tanto halogenados como libres de halógenos.
2 Ventajas del producto
2.1 Rendimiento de costo extremadamente alto
Las propiedades físicas y mecánicas del EVA, su resistencia al calor, a la intemperie, al ozono y sus propiedades eléctricas son excelentes. Al seleccionar el grado adecuado, se puede obtener un material para cables especiales con resistencia al calor, propiedades ignífugas 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 fluidez de 0,5 a 4. El EVA cuenta con numerosos fabricantes, muchas marcas, una amplia gama de opciones, precios moderados y un suministro adecuado. Los usuarios solo necesitan acceder a la sección de EVA del sitio web para consultar de un vistazo la marca, el rendimiento, el precio y el lugar de entrega, lo que facilita enormemente la elección.
El EVA es un polímero de poliolefina que, por su suavidad y rendimiento, se asemeja al polietileno (PE) y al cloruro de polivinilo (PVC) en comparación con otros materiales. Sin embargo, una investigación más profunda revela que el EVA es superior a los dos materiales mencionados anteriormente.
2.2 excelente rendimiento de procesamiento
En la aplicación de cables, el EVA se utilizó inicialmente como material de apantallamiento interno y externo para cables de media y alta tensión, y posteriormente se extendió a barreras para combustibles libres de halógenos. Desde el punto de vista del procesamiento, estos dos tipos de materiales se consideran "materiales con alto contenido de carga": el material de apantallamiento, debido a la necesidad de añadir una gran cantidad de negro de humo conductor, aumenta su viscosidad y reduce drásticamente su fluidez; el combustible ignífugo libre de halógenos requiere la adición de una gran cantidad de retardantes de llama libres de halógenos, lo que también aumenta considerablemente su viscosidad y reduce drásticamente su fluidez. La solución consiste en encontrar un polímero que pueda incorporar grandes cantidades de carga, pero que a la vez tenga una baja viscosidad de fusión y buena fluidez. Por esta razón, el EVA es la opción preferida.
La viscosidad de la fusión del EVA con la temperatura de procesamiento de extrusión y la velocidad de cizallamiento aumentará y disminuirá rápidamente; el usuario solo necesita ajustar la temperatura de la extrusora y la velocidad del tornillo para obtener productos de alambre y cable de excelente rendimiento. Numerosas aplicaciones nacionales e internacionales muestran que, para el material libre de halógenos de baja emisión de humos y con alto contenido de relleno, debido a que la viscosidad es demasiado alta, el índice de fluidez es demasiado bajo, por lo que solo se utiliza la extrusión con 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 se puede llevar a cabo mediante reticulación termoquímica (peróxido) o mediante reticulación por irradiación con acelerador de electrones.
2. 3 Fácil de modificar y adaptar
Los cables están por todas partes, desde el cielo hasta la tierra, desde las montañas hasta el mar. Los usuarios de cables tienen necesidades muy diversas y complejas. Si bien su estructura es similar, las diferencias en su rendimiento radican principalmente en los materiales de aislamiento y revestimiento.
Hasta ahora, 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 conciencia sobre la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible.
Debido a las grandes restricciones en el uso de PVC, los científicos están haciendo todo lo posible para encontrar materiales alternativos, siendo el EVA el más prometedor.
El EVA se puede mezclar con diversos polímeros, así como con una variedad de polvos minerales y aditivos de procesamiento compatibles. Los productos resultantes se pueden convertir en plástico termoplástico para cables de plástico, o en caucho reticulado para cables de caucho. Los diseñadores de formulaciones pueden basarse en los requisitos del usuario (o en estándares), utilizando el EVA como material base, para que el rendimiento del material cumpla con dichos requisitos.
3 rangos de aplicación de EVA
3.1 Se utiliza como material de blindaje semiconductor para cables de alta tensión.
Como todos sabemos, el material principal del blindaje es el negro de humo conductor. Añadir una gran cantidad de negro de humo a la base de plástico o caucho deteriorará seriamente la fluidez del blindaje y la suavidad de la extrusión. Para evitar descargas parciales en cables de alta tensión, los blindajes interno y externo deben ser delgados, brillantes, relucientes y uniformes. En comparación con otros polímeros, el EVA puede lograr esto más fácilmente. La razón 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: el blindaje interno, que envuelve al conductor en el exterior, y el blindaje externo, que envuelve al aislante en el exterior, y el blindaje externo. El blindaje interno es principalmente termoplástico y a menudo se basa en EVA con un contenido de VA del 18% al 28%; el blindaje externo es principalmente reticulado y despegable y a menudo se basa en EVA con un contenido de VA del 40% al 46%.
3.2 Combustibles termoplásticos y retardantes de llama reticulados
La poliolefina termoplástica ignífuga se utiliza ampliamente en la industria del cable, principalmente para cumplir con los requisitos de halógenos o libres de halógenos en cables marinos, cables de alimentación y líneas de construcción de alta gama. Sus temperaturas de funcionamiento a largo plazo oscilan entre 70 y 90 °C.
Para cables de media y alta tensión de 10 kV o superiores, que requieren un rendimiento eléctrico muy elevado, las propiedades ignífugas recaen principalmente en la cubierta exterior. En algunos edificios o proyectos con exigencias medioambientales, se requiere que los cables tengan baja emisión de humos, estén libres de halógenos, presenten baja toxicidad o bien presenten baja emisión de humos y bajo contenido de halógenos; por ello, las poliolefinas termoplásticas ignífugas constituyen una solución viable.
Para algunos fines especiales, el diámetro exterior no es grande, la resistencia a la temperatura está entre 105 y 150 ℃ entre el cable especial, más material de poliolefina ignífuga reticulada, su reticulación puede ser seleccionada por el fabricante del cable de acuerdo con sus propias condiciones de producción, tanto el método tradicional de vapor a alta presión o baño de sal a alta temperatura, como también está disponible el método de reticulación por irradiación a temperatura ambiente con acelerador de electrones. Su temperatura de trabajo a largo plazo se divide en tres archivos de 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃, la planta de producción puede fabricar de acuerdo con los diferentes requisitos o estándares de los usuarios, barrera de combustible libre de halógenos o que contenga halógenos.
Es bien sabido que las poliolefinas son polímeros polares no polares o débilmente polares. Debido a su polaridad similar a la del aceite mineral, se suele considerar que las poliolefinas presentan menor resistencia al aceite, según el principio de compatibilidad similar. Sin embargo, numerosas normas para cables, tanto nacionales como internacionales, estipulan que las resistencias reticuladas deben tener buena resistencia a aceites, disolventes e incluso a lodos de aceite, ácidos y álcalis. Esto representa un desafío para los investigadores de materiales. Actualmente, tanto en China como en el extranjero, se han desarrollado materiales que cumplen con estos exigentes requisitos, cuyo material base es el EVA.
3.3 Material de barrera de oxígeno
Los cables multifilares trenzados presentan numerosos espacios entre los conductores que deben rellenarse para garantizar una apariencia redondeada. Esto se logra mediante un relleno de la cubierta exterior con una barrera de combustible libre de halógenos. Esta capa de relleno actúa como barrera contra la llama (oxígeno) cuando el cable se quema, por lo que en la industria se la conoce como «barrera de oxígeno».
Los requisitos básicos para un material de barrera de oxígeno son: buenas propiedades de extrusión, buena resistencia a la llama sin halógenos (índice de oxígeno generalmente superior a 40) y bajo costo.
Esta barrera de oxígeno se ha utilizado ampliamente en la industria del cable durante más de una década y ha dado lugar a mejoras significativas en la resistencia al fuego de los cables. La barrera de oxígeno se puede utilizar tanto en cables ignífugos sin halógenos como en cables ignífugos sin halógenos (por ejemplo, PVC). Numerosos estudios han demostrado que los cables con barrera de oxígeno tienen más probabilidades de superar las pruebas de combustión vertical individual y de haz de cables.
Desde el punto de vista de la formulación del material, este material de barrera de oxígeno es en realidad "de relleno ultra alto", porque para cumplir con el bajo costo, es necesario utilizar un relleno alto, 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 una buena extrusión 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 consiste en añadir una cierta proporción de EVA a la formulación. Se utiliza como EVA modificado, principalmente con un bajo contenido de VA, y su índice de fluidez se sitúa entre 1 y 2.
4. Perspectivas de desarrollo
(1) El EVA se ha utilizado ampliamente en la industria del cable, con un crecimiento gradual y constante en su volumen anual. En particular, durante la última década, debido a la importancia de la protección ambiental, la resistencia al combustible basada en EVA ha experimentado un rápido desarrollo y ha reemplazado parcialmente la tendencia de los materiales de cable basados en PVC. Su excelente relación costo-beneficio y su excelente rendimiento en el proceso de extrusión hacen que sea difícil encontrar un material que lo reemplace.
(2) El consumo anual de resina EVA de la industria del cable se acerca a las 100.000 toneladas. La elección de variedades de resina EVA, con contenido de VA de bajo a alto, se utilizará, junto con el tamaño de la empresa de granulación de material de cable no es grande, la distribución en cada empresa cada año solo varía en miles de toneladas de resina EVA, por lo que no será la atención de las grandes empresas de la industria del EVA. Por ejemplo, la mayor cantidad de material base ignífugo libre de halógenos, la principal elección de resina EVA VA / MI = 28 /2 ~ 3 (como la EVA 265 # de DuPont de EE. UU.). Y este grado de especificación de EVA hasta ahora no hay fabricantes nacionales que produzcan y suministren. Sin mencionar la producción y suministro de otras resinas EVA con contenido de VA superior a 28 e índice de fluidez inferior a 3.
(3) Las empresas extranjeras producen EVA debido a la falta de competidores nacionales, y el precio ha sido alto durante mucho tiempo, lo que frena seriamente el entusiasmo de la producción de las plantas de cables nacionales. Más del 50% del contenido de VA del EVM de tipo caucho está dominado por empresas extranjeras, y el precio es similar al contenido de VA de la marca de 2 a 3 veces. Estos precios altos, a su vez, también afectan la cantidad de este tipo de EVM de caucho, por lo que la industria del cable insta a los fabricantes nacionales de EVA a aumentar la tasa de producción nacional de EVA. Más producción en la industria ha sido un gran uso de resina EVA.
(4) Aprovechando la creciente preocupación por la protección del medio ambiente en la era de la globalización, la industria del cable considera que el EVA es el mejor material base para la resistencia a los combustibles respetuosa con el medio ambiente. El uso de EVA crece a un ritmo del 15% anual y las perspectivas son muy prometedoras. La cantidad y el ritmo de crecimiento de los materiales de blindaje y la producción de cables de potencia de media y alta tensión, y el ritmo de crecimiento, de entre el 8% y el 10%, las resistencias de poliolefina están creciendo rápidamente, en los últimos años se han mantenido entre el 15% y el 20%, y en los próximos 5 a 10 años, es posible que también mantengan este ritmo de crecimiento.
Fecha de publicación: 31 de julio de 2022