1. Giới thiệu
EVA là viết tắt của copolymer ethylene vinyl acetate, một loại polymer polyolefin. Nhờ nhiệt độ nóng chảy thấp, độ lưu động tốt, độ phân cực cao và không chứa các thành phần halogen, có thể tương thích với nhiều loại polymer và bột khoáng, có nhiều tính chất cơ lý, tính chất điện và hiệu suất gia công cân bằng, giá thành không cao, nguồn cung thị trường dồi dào, do đó vừa là vật liệu cách điện cáp, vừa có thể được sử dụng làm chất độn, vật liệu vỏ bọc; có thể được chế tạo thành vật liệu nhiệt dẻo, và có thể được chế tạo thành vật liệu liên kết ngang nhiệt rắn.
EVA có nhiều ứng dụng, với chất chống cháy, có thể được chế tạo thành vật liệu chắn nhiên liệu halogen hoặc không halogen ít khói; chọn hàm lượng VA cao của EVA làm vật liệu cơ bản cũng có thể được chế tạo thành vật liệu chống dầu; chọn chỉ số nóng chảy của EVA vừa phải, thêm 2 đến 3 lần chất chống cháy EVA có thể được thực hiện để tạo ra hiệu suất quá trình đùn và giá của vật liệu chắn oxy (làm đầy) cân bằng hơn.
Trong bài báo này, từ các tính chất cấu trúc của EVA, giới thiệu ứng dụng của nó trong ngành cáp và triển vọng phát triển.
2. Tính chất cấu trúc
Khi sản xuất tổng hợp, thay đổi tỷ lệ độ trùng hợp n/m có thể tạo ra hàm lượng VA của EVA từ 5 đến 90%; tăng độ trùng hợp toàn phần có thể tạo ra khối lượng phân tử từ hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn EVA; hàm lượng VA dưới 40%, do có sự kết tinh một phần, độ đàn hồi kém, thường được gọi là nhựa EVA; khi hàm lượng VA lớn hơn 40%, là loại elastomer giống cao su nhưng không kết tinh, thường được gọi là cao su EVM.
1. 2 Thuộc tính
Chuỗi phân tử của EVA có cấu trúc bão hòa tuyến tính nên có khả năng chống lão hóa nhiệt, thời tiết và ôzôn tốt.
Chuỗi chính của phân tử EVA không chứa liên kết đôi, vòng benzen, nhóm acyl, nhóm amin và các nhóm dễ tạo khói khi đốt cháy khác, chuỗi bên cũng không chứa các nhóm dễ tạo khói như methyl, phenyl, xyanua và các nhóm khác. Ngoài ra, bản thân phân tử không chứa các nguyên tố halogen, vì vậy nó đặc biệt thích hợp cho nhiên liệu điện trở không halogen ít khói.
Kích thước lớn của nhóm vinyl acetate (VA) trong chuỗi bên EVA và độ phân cực trung bình của nó đồng nghĩa với việc nó vừa ức chế xu hướng kết tinh của xương sống vinyl, vừa kết hợp tốt với chất độn khoáng, tạo điều kiện cho nhiên liệu chắn hiệu suất cao. Điều này đặc biệt đúng đối với vật liệu cản ít khói và không halogen, vì phải bổ sung chất chống cháy với hàm lượng hơn 50% thể tích [ví dụ: Al(OH)3, Mg(OH)2, v.v.] để đáp ứng các yêu cầu về khả năng chống cháy của tiêu chuẩn cáp. EVA với hàm lượng VA từ trung bình đến cao được sử dụng làm nền để sản xuất nhiên liệu chống cháy ít khói và không halogen với các đặc tính tuyệt vời.
Do nhóm vinyl acetate (VA) trong mạch bên EVA có tính phân cực, hàm lượng VA càng cao thì polyme càng phân cực và khả năng chống dầu càng tốt. Khả năng chống dầu mà ngành công nghiệp cáp yêu cầu chủ yếu liên quan đến khả năng chịu được dầu khoáng không phân cực hoặc phân cực yếu. Theo nguyên lý tương thích tương tự, EVA có hàm lượng VA cao được sử dụng làm vật liệu nền để tạo ra lớp chắn nhiên liệu ít khói, không halogen và có khả năng chống dầu tốt.
Phân tử EVA trong nguyên tử H alpha-olefin có hiệu suất hoạt động mạnh hơn, trong các gốc peroxide hoặc hiệu ứng bức xạ electron năng lượng cao dễ dàng thực hiện phản ứng liên kết ngang H, trở thành nhựa hoặc cao su liên kết ngang, có thể được thực hiện theo các yêu cầu hiệu suất khắt khe của vật liệu dây và cáp đặc biệt.
Việc bổ sung nhóm vinyl axetat làm giảm đáng kể nhiệt độ nóng chảy của EVA, và số lượng chuỗi bên ngắn VA có thể làm tăng lưu lượng EVA. Do đó, hiệu suất đùn của nó tốt hơn nhiều so với cấu trúc phân tử của polyethylene tương tự, trở thành vật liệu nền được ưa chuộng cho vật liệu che chắn bán dẫn và vật liệu chắn nhiên liệu halogen và không halogen.
2 Ưu điểm của sản phẩm
2. 1 Hiệu suất chi phí cực cao
Tính chất vật lý và cơ học của EVA, khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, kháng ozone và tính chất điện đều rất tốt. Chọn loại EVA phù hợp có thể tạo ra khả năng chịu nhiệt, chống cháy, cũng như vật liệu cáp đặc biệt chịu dầu, dung môi.
Vật liệu EVA nhiệt dẻo chủ yếu được sử dụng với hàm lượng VA từ 15% đến 46%, chỉ số nóng chảy từ 0,5 đến 4. EVA có nhiều nhà sản xuất, nhiều thương hiệu, đa dạng về chủng loại, giá cả phải chăng, nguồn cung dồi dào. Người dùng chỉ cần mở mục EVA trên trang web, có thể dễ dàng lựa chọn thương hiệu, tính năng, giá cả, địa điểm giao hàng.
EVA là một loại polymer polyolefin, có độ mềm và hiệu suất sử dụng tương đương với vật liệu polyethylene (PE) và vật liệu cáp polyvinyl clorua mềm (PVC). Tuy nhiên, nếu nghiên cứu sâu hơn, bạn sẽ thấy EVA và hai loại vật liệu trên có những ưu điểm vượt trội không thể thay thế.
2. 2 hiệu suất xử lý tuyệt vời
EVA trong ứng dụng cáp bắt nguồn từ vật liệu che chắn cáp trung thế và cao thế ban đầu là vật liệu che chắn bên trong và bên ngoài, sau đó được mở rộng thành lớp chắn nhiên liệu không halogen. Về mặt gia công, hai loại vật liệu này được coi là "vật liệu có độ độn cao": vật liệu che chắn do cần bổ sung một lượng lớn muội than dẫn điện, làm tăng độ nhớt, độ lưu động giảm mạnh; nhiên liệu chống cháy không halogen cần bổ sung một lượng lớn chất chống cháy không halogen, độ nhớt của vật liệu không halogen cũng tăng mạnh, độ lưu động giảm mạnh. Giải pháp là tìm một loại polymer có thể chứa được lượng lớn chất độn, đồng thời có độ nhớt nóng chảy thấp và độ lưu động tốt. Vì lý do này, EVA là lựa chọn ưu tiên.
Độ nhớt nóng chảy EVA với nhiệt độ xử lý đùn và tốc độ cắt sẽ tăng lên nhanh chóng, người dùng chỉ cần điều chỉnh nhiệt độ máy đùn và tốc độ trục vít, bạn có thể tạo ra hiệu suất tuyệt vời cho các sản phẩm dây và cáp. Một số lượng lớn các ứng dụng trong và ngoài nước cho thấy, đối với vật liệu không halogen ít khói có độ điền đầy cao, do độ nhớt quá lớn, chỉ số nóng chảy quá nhỏ, nên chỉ sử dụng trục vít có tỷ số nén thấp (tỷ số nén nhỏ hơn 1,3) để đảm bảo chất lượng đùn tốt. Vật liệu EVM gốc cao su có tác nhân lưu hóa có thể được đùn trên cả máy đùn cao su và máy đùn đa năng. Quá trình lưu hóa tiếp theo (liên kết ngang) có thể được thực hiện bằng liên kết ngang nhiệt hóa học (peroxide) hoặc bằng liên kết ngang chiếu xạ máy gia tốc electron.
2. 3 Dễ dàng sửa đổi và điều chỉnh
Dây cáp có mặt ở khắp mọi nơi, từ trên trời xuống mặt đất, từ núi xuống biển. Nhu cầu sử dụng dây cáp cũng rất đa dạng và kỳ lạ, mặc dù cấu trúc của dây cáp tương tự nhau, nhưng sự khác biệt về hiệu suất chủ yếu thể hiện ở vật liệu cách điện và vỏ bọc.
Cho đến nay, cả trong và ngoài nước, PVC mềm vẫn chiếm phần lớn vật liệu polymer được sử dụng trong ngành cáp. Tuy nhiên, với nhận thức ngày càng cao về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, PVC mềm vẫn là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất.
Vật liệu PVC đã bị hạn chế rất nhiều, các nhà khoa học đang làm mọi cách có thể để tìm ra vật liệu thay thế cho PVC, trong đó triển vọng nhất là EVA.
EVA có thể được pha trộn với nhiều loại polymer khác nhau, cũng như với nhiều loại bột khoáng và chất hỗ trợ gia công tương thích, sản phẩm pha trộn có thể được chế tạo thành nhựa nhiệt dẻo cho cáp nhựa, và cũng có thể được chế tạo thành cao su liên kết ngang cho cáp cao su. Các nhà thiết kế công thức có thể dựa trên yêu cầu của người dùng (hoặc tiêu chuẩn), lấy EVA làm vật liệu nền, để tạo ra vật liệu có hiệu suất đáp ứng các yêu cầu.
3 Phạm vi ứng dụng EVA
3. 1 Được sử dụng làm vật liệu che chắn bán dẫn cho cáp điện cao thế
Như chúng ta đã biết, vật liệu chính của vật liệu che chắn là muội than dẫn điện, trong vật liệu nền nhựa hoặc cao su để thêm một lượng lớn muội than sẽ làm giảm nghiêm trọng tính lưu động của vật liệu che chắn và độ mịn của mức độ đùn. Để ngăn ngừa phóng điện cục bộ trong cáp điện áp cao, các tấm chắn bên trong và bên ngoài phải mỏng, sáng bóng, sáng và đồng đều. So với các loại polyme khác, EVA có thể làm điều này dễ dàng hơn. Lý do là vì quy trình đùn của EVA đặc biệt tốt, độ chảy tốt và không dễ xảy ra hiện tượng nóng chảy vỡ. Vật liệu che chắn được chia thành hai loại: được bọc trong ruột dẫn bên ngoài gọi là tấm chắn bên trong - với vật liệu màn chắn bên trong; được bọc trong lớp cách điện bên ngoài gọi là tấm chắn bên ngoài - với vật liệu màn chắn bên ngoài; vật liệu màn chắn bên trong chủ yếu là nhiệt dẻo Vật liệu màn chắn bên trong chủ yếu là nhiệt dẻo và thường dựa trên EVA với hàm lượng VA từ 18% đến 28%; vật liệu màn chắn bên ngoài chủ yếu là liên kết chéo và có thể bóc tách và thường dựa trên EVA với hàm lượng VA từ 40% đến 46%.
3. 2 Nhiên liệu chống cháy nhiệt dẻo và liên kết ngang
Polyolefin chống cháy nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cáp, chủ yếu cho các yêu cầu halogen hoặc không halogen của cáp biển, cáp điện và đường dây xây dựng cao cấp. Nhiệt độ hoạt động lâu dài của chúng dao động từ 70 đến 90 °C.
Đối với cáp điện trung và cao thế từ 10 kV trở lên, yêu cầu hiệu suất điện rất cao, đặc tính chống cháy chủ yếu được thể hiện ở lớp vỏ ngoài. Trong một số tòa nhà hoặc dự án đòi hỏi khắt khe về môi trường, cáp được yêu cầu phải có đặc tính ít khói, không halogen, ít độc tính hoặc ít khói và halogen, vì vậy polyolefin chống cháy nhiệt dẻo là một giải pháp khả thi.
Đối với một số mục đích đặc biệt, đường kính ngoài không lớn, khả năng chịu nhiệt trong khoảng 105 ~ 150℃ giữa các loại cáp chuyên dụng, vật liệu polyolefin chống cháy liên kết chéo nhiều hơn, phương pháp liên kết chéo có thể được nhà sản xuất cáp lựa chọn theo điều kiện sản xuất riêng của họ, có thể là phương pháp hơi nước áp suất cao truyền thống hoặc phương pháp muối nhiệt độ cao, hoặc phương pháp liên kết chéo chiếu xạ nhiệt độ phòng bằng máy gia tốc điện tử. Nhiệt độ làm việc lâu dài của nó được chia thành ba loại 105℃, 125℃, 150℃, nhà máy sản xuất có thể được chế tạo theo yêu cầu hoặc tiêu chuẩn khác nhau của người dùng, có thể là rào cản nhiên liệu không halogen hoặc có halogen.
Polyolefin được biết đến rộng rãi là polyme không phân cực hoặc phân cực yếu. Do độ phân cực tương tự như dầu khoáng, polyolefin thường được coi là kém bền với dầu hơn dựa trên nguyên lý tương thích tương tự. Tuy nhiên, nhiều tiêu chuẩn cáp trong và ngoài nước cũng quy định rằng vật liệu liên kết ngang cũng phải có khả năng chống chịu tốt với dầu, dung môi, và thậm chí cả bùn dầu, axit và kiềm. Đây là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu vật liệu, bởi vì hiện nay, dù ở Trung Quốc hay nước ngoài, những vật liệu đòi hỏi khắt khe này đã được phát triển, và vật liệu nền của nó là EVA.
3. 3 Vật liệu chắn oxy
Cáp nhiều lõi bện có nhiều khoảng trống giữa các lõi cần được lấp đầy để đảm bảo cáp có hình dạng tròn, nếu lớp vật liệu bên trong vỏ ngoài được làm bằng vật liệu chắn nhiên liệu không chứa halogen. Lớp vật liệu chắn này hoạt động như một lớp chắn lửa (oxy) khi cáp cháy và do đó được gọi là "lớp chắn oxy" trong ngành.
Các yêu cầu cơ bản đối với vật liệu chắn oxy là: tính chất đùn tốt, khả năng chống cháy không chứa halogen tốt (chỉ số oxy thường trên 40) và chi phí thấp.
Lớp chắn oxy này đã được sử dụng rộng rãi trong ngành cáp trong hơn một thập kỷ và đã mang lại những cải tiến đáng kể về khả năng chống cháy của cáp. Lớp chắn oxy có thể được sử dụng cho cả cáp chống cháy không halogen và cáp chống cháy không halogen (ví dụ: PVC). Nhiều thử nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng cáp có lớp chắn oxy có khả năng vượt qua các bài kiểm tra cháy đơn theo chiều dọc và cháy bó cao hơn.
Xét về mặt công thức vật liệu, vật liệu chắn oxy này thực chất là “chất độn siêu cao”, vì để đáp ứng được chi phí thấp thì cần phải sử dụng chất độn cao, để đạt được chỉ số oxy cao cũng phải bổ sung tỷ lệ Mg(OH)2 hoặc Al(OH)3 cao (gấp 2 đến 3 lần), và để đùn tốt thì phải chọn EVA làm vật liệu nền.
3. 4 Vật liệu bao che PE cải tiến
Vật liệu vỏ bọc polyetylen dễ gặp phải hai vấn đề: thứ nhất, chúng dễ bị vỡ do nóng chảy (ví dụ như da cá mập) trong quá trình đùn; thứ hai, chúng dễ bị nứt do ứng suất môi trường. Giải pháp đơn giản nhất là thêm một tỷ lệ EVA nhất định vào công thức. Khi được sử dụng làm EVA biến tính, chủ yếu sử dụng hàm lượng VA thấp, chỉ số nóng chảy của nó nằm trong khoảng từ 1 đến 2 là phù hợp.
4. Triển vọng phát triển
(1) EVA đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cáp, với mức tăng trưởng hàng năm đều đặn và ổn định. Đặc biệt trong thập kỷ qua, do tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường, vật liệu EVA chống cháy đã phát triển nhanh chóng và đã phần nào thay thế xu hướng vật liệu cáp PVC. Hiệu suất chi phí tuyệt vời và hiệu suất đùn tuyệt vời của nó khó có thể thay thế bất kỳ vật liệu nào khác.
(2) Ngành công nghiệp cáp tiêu thụ nhựa EVA hàng năm gần 100.000 tấn, lựa chọn các loại nhựa EVA, hàm lượng VA từ thấp đến cao sẽ được sử dụng, cùng với quy mô doanh nghiệp hạt vật liệu cáp không lớn, phân tán trong mỗi doanh nghiệp mỗi năm chỉ trong hàng ngàn tấn nhựa EVA lên xuống, và do đó sẽ không phải là doanh nghiệp khổng lồ của ngành công nghiệp EVA chú ý. Ví dụ, lượng vật liệu cơ bản chống cháy không chứa halogen lớn nhất, lựa chọn chính là VA / MI = 28 / 2 ~ 3 của nhựa EVA (chẳng hạn như EVA 265 # của DuPont Hoa Kỳ). Và loại EVA này cho đến nay vẫn chưa có nhà sản xuất trong nước nào sản xuất và cung cấp. Chưa kể đến hàm lượng VA cao hơn 28 và chỉ số nóng chảy nhỏ hơn 3 của các loại nhựa EVA khác sản xuất và cung cấp.
(3) Do các công ty nước ngoài sản xuất EVA không có đối thủ cạnh tranh trong nước, giá thành cao từ lâu đã kìm hãm nghiêm trọng sự nhiệt tình sản xuất của các nhà máy cáp trong nước. Hơn 50% hàm lượng VA của EVM loại cao su, do các công ty nước ngoài thống trị, giá thành cao hơn hàm lượng VA của các thương hiệu cùng loại gấp 2 đến 3 lần. Giá thành cao như vậy cũng ảnh hưởng đến lượng EVM loại cao su này, do đó ngành công nghiệp cáp kêu gọi các nhà sản xuất EVA trong nước nâng cao năng lực sản xuất EVA trong nước. Việc sản xuất nhiều hơn của ngành công nghiệp này đã dẫn đến việc sử dụng nhiều nhựa EVA.
(4) Dựa trên làn sóng bảo vệ môi trường trong thời đại toàn cầu hóa, EVA được ngành công nghiệp cáp coi là vật liệu nền tốt nhất cho khả năng chống nhiên liệu thân thiện với môi trường. Việc sử dụng EVA đang tăng trưởng với tốc độ 15% mỗi năm và triển vọng rất hứa hẹn. Số lượng và tốc độ tăng trưởng của vật liệu che chắn và sản xuất cáp điện trung và cao thế, cùng với tốc độ tăng trưởng, khoảng 8% đến 10%; khả năng chống polyolefin đang tăng trưởng nhanh chóng, trong những năm gần đây duy trì ở mức 15% đến 20%, và trong 5 đến 10 năm tới, tốc độ tăng trưởng này có thể cũng sẽ duy trì.
Thời gian đăng: 31-07-2022