1. Pendahuluan
EVA adalah singkatan dari kopolimer etilen vinil asetat, yaitu polimer poliolefin. Karena suhu lelehnya yang rendah, fluiditas yang baik, polaritas, dan unsur non-halogen, serta dapat kompatibel dengan berbagai polimer dan bubuk mineral, memiliki sejumlah sifat mekanik dan fisik, sifat listrik, dan kinerja pemrosesan yang seimbang, dan harganya tidak tinggi, pasokan pasar mencukupi, sehingga dapat digunakan sebagai bahan isolasi kabel, juga dapat digunakan sebagai pengisi, bahan pelapis; dapat dibuat menjadi bahan termoplastik, dan dapat dibuat menjadi bahan pengikat silang termoset.
EVA memiliki beragam kegunaan, dengan tambahan bahan tahan api, dapat dibuat menjadi penghalang bahan bakar halogen atau bebas halogen dengan asap rendah; memilih EVA dengan kandungan VA tinggi sebagai bahan dasar juga dapat dibuat menjadi bahan tahan minyak; memilih EVA dengan indeks leleh sedang, menambahkan 2 hingga 3 kali lipat bahan tahan api EVA dapat menghasilkan bahan penghalang oksigen (pengisi) yang lebih seimbang antara kinerja dan harga dalam proses ekstrusi.
Makalah ini membahas sifat struktural EVA, pengenalan aplikasinya dalam industri kabel, dan prospek pengembangannya.
2. Sifat struktural
Saat memproduksi sintesis, mengubah rasio derajat polimerisasi n/m dapat menghasilkan kandungan VA dari 5 hingga 90% pada EVA; meningkatkan total derajat polimerisasi dapat menghasilkan berat molekul dari puluhan ribu hingga ratusan ribu pada EVA; kandungan VA di bawah 40%, karena adanya kristalisasi parsial, elastisitasnya buruk, umumnya dikenal sebagai plastik EVA; ketika kandungan VA lebih besar dari 40%, elastomer seperti karet tanpa kristalisasi, umumnya dikenal sebagai karet EVM.
1. 2 Sifat
Rantai molekul EVA memiliki struktur jenuh linier, sehingga memiliki ketahanan yang baik terhadap penuaan akibat panas, cuaca, dan ozon.
Rantai utama molekul EVA tidak mengandung ikatan rangkap, cincin benzena, gugus asil, amina, dan gugus lain yang mudah berasap saat terbakar, rantai sampingnya juga tidak mengandung gugus metil, fenil, siano, dan gugus lain yang mudah berasap saat terbakar. Selain itu, molekul itu sendiri tidak mengandung unsur halogen, sehingga sangat cocok untuk bahan bakar resistif bebas halogen dengan asap rendah.
Ukuran besar gugus vinil asetat (VA) dalam rantai samping EVA dan polaritasnya yang sedang berarti bahwa gugus ini menghambat kecenderungan tulang punggung vinil untuk mengkristal dan berikatan dengan baik dengan pengisi mineral, yang menciptakan kondisi untuk bahan bakar penghalang berkinerja tinggi. Hal ini terutama berlaku untuk resist rendah asap dan bebas halogen, karena penghambat api dengan kandungan volume lebih dari 50% [misalnya Al(OH)₃, Mg(OH)₂, dll.] harus ditambahkan untuk memenuhi persyaratan standar kabel untuk ketahanan api. EVA dengan kandungan VA sedang hingga tinggi digunakan sebagai dasar untuk menghasilkan bahan bakar tahan api rendah asap dan bebas halogen dengan sifat yang sangat baik.
Karena gugus vinil asetat (VA) rantai samping EVA bersifat polar, semakin tinggi kandungan VA, semakin polar polimer tersebut dan semakin baik ketahanan terhadap minyak. Ketahanan terhadap minyak yang dibutuhkan oleh industri kabel sebagian besar mengacu pada kemampuan untuk menahan minyak mineral non-polar atau yang sedikit polar. Berdasarkan prinsip kompatibilitas serupa, EVA dengan kandungan VA tinggi digunakan sebagai bahan dasar untuk menghasilkan penghalang bahan bakar rendah asap dan bebas halogen dengan ketahanan terhadap minyak yang baik.
Molekul EVA dengan atom H alfa-olefin memiliki kinerja yang lebih aktif, sehingga mudah bereaksi silang dengan radikal peroksida atau radiasi elektron berenergi tinggi, menjadi plastik atau karet yang terikat silang, dan dapat digunakan untuk membuat bahan kawat dan kabel khusus dengan persyaratan kinerja yang tinggi.
Penambahan gugus vinil asetat menyebabkan suhu leleh EVA turun secara signifikan, dan jumlah rantai samping pendek VA dapat meningkatkan aliran EVA. Oleh karena itu, kinerja ekstrusinya jauh lebih baik daripada struktur molekul polietilen serupa, sehingga menjadi bahan dasar pilihan untuk bahan pelindung semikonduktif dan penghalang bahan bakar halogen dan bebas halogen.
2 Keunggulan Produk
2.1 Kinerja biaya yang sangat tinggi
Sifat fisik dan mekanik EVA, ketahanan panas, ketahanan cuaca, ketahanan ozon, dan sifat listriknya sangat baik. Dengan memilih grade yang sesuai, dapat dibuat material kabel khusus yang tahan panas, tahan api, serta tahan minyak dan pelarut.
Bahan termoplastik EVA sebagian besar digunakan dengan kandungan VA 15% hingga 46%, dengan indeks leleh 0,5 hingga 4. EVA memiliki banyak produsen, banyak merek, berbagai pilihan, harga yang wajar, pasokan yang memadai. Pengguna hanya perlu membuka bagian EVA di situs web, merek, kinerja, harga, dan lokasi pengiriman dapat dilihat sekilas, lalu dapat memilih, sangat praktis.
EVA adalah polimer poliolefin, dari segi kelembutan dan perbandingan kinerja penggunaan, EVA mirip dengan material polietilen (PE) dan material kabel polivinil klorida (PVC) yang lunak. Namun, jika diteliti lebih lanjut, Anda akan menemukan bahwa EVA memiliki keunggulan yang tak tergantikan dibandingkan dengan kedua jenis material di atas.
2.2 kinerja pemrosesan yang sangat baik
EVA dalam aplikasi kabel awalnya digunakan sebagai material pelindung kabel tegangan menengah dan tinggi di bagian dalam dan luar, dan kemudian diperluas ke penghalang bahan bakar bebas halogen. Dari sudut pandang pemrosesan, kedua jenis material ini dianggap sebagai "material dengan pengisi tinggi": material pelindung karena perlu menambahkan sejumlah besar karbon hitam konduktif sehingga viskositasnya meningkat, dan fluiditasnya menurun tajam; bahan bakar tahan api bebas halogen perlu menambahkan sejumlah besar bahan tahan api bebas halogen, sehingga viskositas material bebas halogen juga meningkat tajam, dan fluiditasnya menurun tajam. Solusinya adalah menemukan polimer yang dapat menampung dosis pengisi yang besar, tetapi juga memiliki viskositas leleh yang rendah dan fluiditas yang baik. Karena alasan ini, EVA menjadi pilihan yang disukai.
Viskositas leleh EVA akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan laju geser proses ekstrusi, namun akan menurun dengan cepat. Pengguna hanya perlu menyesuaikan suhu ekstruder dan kecepatan sekrup, dan dapat menghasilkan produk kawat dan kabel dengan kinerja yang sangat baik. Sejumlah besar aplikasi domestik dan internasional menunjukkan bahwa, untuk material bebas halogen rendah asap dengan kandungan pengisi tinggi, karena viskositasnya terlalu besar, indeks lelehnya terlalu kecil, sehingga hanya dapat menggunakan ekstrusi sekrup dengan rasio kompresi rendah (rasio kompresi kurang dari 1,3) untuk memastikan kualitas ekstrusi yang baik. Material EVM berbasis karet dengan zat vulkanisasi dapat diekstrusi baik pada ekstruder karet maupun ekstruder serbaguna. Proses vulkanisasi (pengikatan silang) selanjutnya dapat dilakukan baik dengan pengikatan silang termokimia (peroksida) atau dengan pengikatan silang iradiasi akselerator elektron.
2.3 Mudah dimodifikasi dan diadaptasi
Kabel dan kawat ada di mana-mana, dari langit hingga bumi, dari pegunungan hingga laut. Kebutuhan pengguna kabel dan kawat juga beragam dan aneh, sementara struktur kabel dan kawat serupa, perbedaan kinerjanya terutama tercermin pada bahan isolasi dan selubung penutupnya.
Sejauh ini, baik di dalam maupun luar negeri, PVC lunak masih mendominasi sebagian besar material polimer yang digunakan dalam industri kabel. Namun, dengan meningkatnya kesadaran akan perlindungan lingkungan dan pembangunan berkelanjutan.
Penggunaan material PVC sangat dibatasi, para ilmuwan melakukan segala upaya untuk menemukan material alternatif pengganti PVC, yang paling menjanjikan adalah EVA.
EVA dapat dicampur dengan berbagai polimer, tetapi juga dengan berbagai bubuk mineral dan bahan pembantu pemrosesan yang kompatibel. Produk campuran tersebut dapat dibuat menjadi plastik termoplastik untuk kabel plastik, tetapi juga menjadi karet yang terikat silang untuk kabel karet. Perancang formulasi dapat mendasarkan formulasi pada persyaratan pengguna (atau standar), dengan EVA sebagai bahan dasar, untuk membuat kinerja material memenuhi persyaratan tersebut.
3. Rentang aplikasi EVA
3.1 Digunakan sebagai bahan pelindung semi-konduktif untuk kabel daya tegangan tinggi.
Seperti yang kita ketahui, bahan utama dari material pelindung adalah karbon hitam konduktif. Penambahan karbon hitam dalam jumlah besar pada material dasar plastik atau karet akan sangat menurunkan fluiditas material pelindung dan kelancaran tingkat ekstrusinya. Untuk mencegah pelepasan sebagian pada kabel tegangan tinggi, pelindung bagian dalam dan luar harus tipis, mengkilap, cerah, dan seragam. Dibandingkan dengan polimer lain, EVA dapat melakukan ini dengan lebih mudah. Alasannya adalah proses ekstrusi EVA sangat baik, alirannya bagus, dan tidak mudah mengalami fenomena pecah akibat lelehan. Material pelindung dibagi menjadi dua kategori: yang membungkus konduktor di luar disebut pelindung dalam – dengan material layar dalam; yang membungkus isolasi di luar disebut pelindung luar – dengan material layar luar; material layar dalam sebagian besar termoplastik dan seringkali berbasis EVA dengan kandungan VA 18% hingga 28%; material layar luar sebagian besar terikat silang dan dapat dikupas dan seringkali berbasis EVA dengan kandungan VA 40% hingga 46%.
3.2 Bahan bakar tahan api termoplastik dan terikat silang
Poliolefin tahan api termoplastik banyak digunakan dalam industri kabel, terutama untuk kebutuhan kabel laut, kabel listrik, dan jalur konstruksi bermutu tinggi yang mengandung halogen atau bebas halogen. Suhu operasi jangka panjangnya berkisar antara 70 hingga 90 °C.
Untuk kabel daya tegangan menengah dan tinggi 10 kV ke atas, yang memiliki persyaratan kinerja listrik yang sangat tinggi, sifat tahan api terutama ditanggung oleh selubung luar. Di beberapa bangunan atau proyek yang menuntut lingkungan, kabel diharuskan memiliki sifat asap rendah, bebas halogen, toksisitas rendah atau asap rendah dan halogen rendah, sehingga poliolefin tahan api termoplastik merupakan solusi yang layak.
Untuk beberapa keperluan khusus, diameter luar tidak besar, tahan suhu antara 105 ~ 150 ℃, kabel khusus, material poliolefin tahan api yang lebih terikat silang, pengikatan silangnya dapat dipilih oleh produsen kabel sesuai dengan kondisi produksi mereka sendiri, baik uap bertekanan tinggi tradisional atau rendaman garam suhu tinggi, tetapi juga tersedia cara pengikatan silang iradiasi suhu ruangan akselerator elektron. Suhu kerja jangka panjangnya dibagi menjadi tiga tingkatan 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃, pabrik produksi dapat dibuat sesuai dengan persyaratan pengguna atau standar yang berbeda, penghalang bahan bakar bebas halogen atau mengandung halogen.
Sudah diketahui umum bahwa poliolefin adalah polimer non-polar atau polar lemah. Karena polaritasnya mirip dengan minyak mineral, poliolefin umumnya dianggap kurang tahan terhadap minyak berdasarkan prinsip kompatibilitas serupa. Namun, banyak standar kabel di dalam dan luar negeri juga menetapkan bahwa resistansi yang terikat silang juga harus memiliki ketahanan yang baik terhadap minyak, pelarut, dan bahkan terhadap bubur minyak, asam, dan alkali. Ini merupakan tantangan bagi para peneliti material, dan kini, baik di Tiongkok maupun di luar negeri, material yang menuntut ini telah dikembangkan, dan bahan dasarnya adalah EVA.
3.3 Bahan penghalang oksigen
Kabel multi-inti terpilin memiliki banyak rongga di antara inti-intinya yang perlu diisi untuk memastikan tampilan kabel yang membulat, jika lapisan pengisi di dalam selubung luar terbuat dari penghalang bahan bakar bebas halogen. Lapisan pengisi ini bertindak sebagai penghalang api (oksigen) ketika kabel terbakar dan oleh karena itu dikenal sebagai "penghalang oksigen" dalam industri.
Persyaratan dasar untuk material penghalang oksigen adalah: sifat ekstrusi yang baik, ketahanan api bebas halogen yang baik (indeks oksigen biasanya di atas 40) dan biaya rendah.
Penghalang oksigen ini telah digunakan secara luas dalam industri kabel selama lebih dari satu dekade dan telah menghasilkan peningkatan signifikan dalam ketahanan api kabel. Penghalang oksigen dapat digunakan untuk kabel tahan api bebas halogen dan kabel tahan api bebas halogen (misalnya PVC). Sejumlah besar praktik telah menunjukkan bahwa kabel dengan penghalang oksigen lebih mungkin lolos uji pembakaran vertikal tunggal dan pembakaran bundel.
Dari sudut pandang formulasi material, material penghalang oksigen ini sebenarnya adalah "pengisi ultra-tinggi", karena untuk memenuhi biaya rendah, perlu menggunakan pengisi yang tinggi, untuk mencapai indeks oksigen yang tinggi juga harus menambahkan proporsi tinggi (2 hingga 3 kali) Mg(OH)2 atau Al(OH)3, dan untuk ekstrusi yang baik harus memilih EVA sebagai bahan dasar.
3.4 Bahan pelapis PE yang dimodifikasi
Bahan pelapis polietilen rentan terhadap dua masalah: pertama, rentan terhadap kerusakan leleh (misalnya, seperti kulit hiu) selama ekstrusi; kedua, rentan terhadap retak akibat tekanan lingkungan. Solusi paling sederhana adalah menambahkan proporsi EVA tertentu dalam formulasi. EVA yang dimodifikasi sebagian besar menggunakan kandungan VA rendah, dengan indeks leleh antara 1 hingga 2 yang sesuai.
4. Prospek pengembangan
(1) EVA telah banyak digunakan dalam industri kabel, dengan jumlah tahunan yang terus meningkat secara bertahap dan stabil. Terutama dalam dekade terakhir, karena pentingnya perlindungan lingkungan, ketahanan bahan bakar berbasis EVA telah berkembang pesat, dan sebagian telah menggantikan tren material kabel berbasis PVC. Kinerja biaya yang sangat baik dan kinerja proses ekstrusi yang sangat baik sulit untuk digantikan oleh material lain.
(2) Konsumsi tahunan resin EVA di industri kabel mendekati 100.000 ton, pilihan varietas resin EVA, kandungan VA dari rendah ke tinggi akan digunakan, ditambah dengan ukuran perusahaan granulasi material kabel yang tidak besar, penyebaran di setiap perusahaan setiap tahun hanya ribuan ton resin EVA naik turun, dan dengan demikian tidak akan menjadi perhatian perusahaan raksasa industri EVA. Misalnya, jumlah terbesar bahan dasar tahan api bebas halogen, pilihan utama resin EVA VA/MI = 28/2 ~ 3 (seperti EVA 265# dari DuPont AS). Dan spesifikasi grade EVA ini sejauh ini belum ada produsen dalam negeri yang memproduksi dan memasoknya. Apalagi resin EVA dengan kandungan VA lebih tinggi dari 28, dan indeks leleh kurang dari 3 yang diproduksi dan dipasok.
(3) Perusahaan asing memproduksi EVA karena tidak adanya pesaing domestik, dan harganya sudah lama tinggi, sehingga sangat menekan antusiasme produksi pabrik kabel domestik. Lebih dari 50% kandungan VA dari EVM tipe karet didominasi oleh perusahaan asing, dan harganya mirip dengan kandungan VA merek lokal, yaitu 2 hingga 3 kali lipat. Harga yang tinggi tersebut, pada gilirannya, juga memengaruhi jumlah EVM tipe karet ini, sehingga industri kabel meminta produsen EVA domestik untuk meningkatkan tingkat produksi EVA domestik. Semakin banyak produksi industri yang menggunakan resin EVA.
(4) Dengan mengandalkan gelombang perlindungan lingkungan di era globalisasi, EVA dianggap oleh industri kabel sebagai bahan dasar terbaik untuk ketahanan bahan bakar yang ramah lingkungan. Penggunaan EVA tumbuh dengan laju 15% per tahun dan prospeknya sangat menjanjikan. Jumlah dan laju pertumbuhan bahan pelindung dan produksi kabel daya tegangan menengah dan tinggi, sekitar 8% hingga 10%; ketahanan poliolefin tumbuh pesat, dalam beberapa tahun terakhir tetap berada di kisaran 15% hingga 20%, dan dalam 5 hingga 10 tahun ke depan, mungkin juga akan mempertahankan laju pertumbuhan ini.
Waktu posting: 31 Juli 2022