1. Pendahuluan
EVA adalah singkatan dari kopolimer etilena vinil asetat, suatu polimer poliolefin. Karena suhu lelehnya yang rendah, fluiditasnya yang baik, polaritasnya yang baik, dan unsur-unsur non-halogennya, EVA kompatibel dengan berbagai polimer dan bubuk mineral. EVA memiliki sejumlah sifat mekanik dan fisik, sifat listrik, dan kinerja pemrosesan yang seimbang. Harganya yang terjangkau membuat EVA tersedia di pasaran. Oleh karena itu, EVA dapat digunakan sebagai bahan insulasi kabel, pengisi, dan selubung; dapat diolah menjadi bahan termoplastik, dan dapat diolah menjadi bahan pengikat silang termoset.
EVA memiliki rentang penggunaan yang luas, dengan bahan penghambat api, dapat dibuat menjadi penghalang bahan bakar halogen atau halogen bebas asap rendah; pilihlah EVA dengan kandungan VA tinggi sebagai bahan dasar, juga dapat dibuat menjadi bahan tahan minyak; pilihlah EVA dengan indeks leleh sedang, tambahkan 2 hingga 3 kali bahan penghambat api EVA untuk pengisian, dapat dibuat untuk kinerja proses ekstrusi dan harga bahan penghalang oksigen (pengisian) yang lebih seimbang.
Dalam makalah ini, dari sifat struktural EVA, pengenalan penerapannya dalam industri kabel dan prospek pengembangan.
2. Sifat struktural
Saat memproduksi sintesis, mengubah rasio derajat polimerisasi n / m dapat menghasilkan kandungan VA dari 5 hingga 90% EVA; meningkatkan derajat polimerisasi total dapat menghasilkan berat molekul dari puluhan ribu hingga ratusan ribu EVA; kandungan VA di bawah 40%, karena adanya kristalisasi parsial, elastisitas yang 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 Properti
Rantai molekul EVA merupakan struktur jenuh linier, sehingga memiliki ketahanan yang baik terhadap penuaan panas, cuaca, dan ozon.
Rantai utama molekul EVA tidak mengandung ikatan rangkap, cincin benzena, asil, gugus amina, dan gugus lain yang mudah berasap saat terbakar. Rantai samping juga tidak mengandung gugus metil, fenil, siano, dan gugus lain yang mudah berasap saat terbakar. Selain itu, molekulnya sendiri tidak mengandung unsur halogen, sehingga sangat cocok untuk basis bahan bakar resistif bebas halogen dengan asap rendah.
Ukuran besar gugus vinil asetat (VA) pada rantai samping EVA dan polaritasnya yang sedang berarti bahwa gugus ini menghambat kecenderungan tulang punggung vinil untuk mengkristal dan berikatan baik dengan pengisi mineral, yang menciptakan kondisi untuk bahan bakar penghalang berkinerja tinggi. Hal ini terutama berlaku untuk bahan bakar tahan api rendah asap dan bebas halogen, karena bahan tahan api dengan kandungan volume lebih dari 50% [misalnya Al(OH)₂, Mg(OH)₂, dll.] harus ditambahkan untuk memenuhi persyaratan standar kabel untuk ketahanan api. EVA dengan kandungan VA sedang hingga tinggi digunakan sebagai bahan dasar untuk menghasilkan bahan bakar tahan api rendah asap dan bebas halogen dengan sifat yang sangat baik.
Karena rantai samping EVA, gugus vinil asetat (VA) bersifat polar, semakin tinggi kandungan VA, semakin polar polimer tersebut dan semakin baik ketahanannya terhadap minyak. Ketahanan minyak yang dibutuhkan oleh industri kabel umumnya mengacu pada kemampuan untuk menahan minyak mineral non-polar atau polar lemah. Berdasarkan prinsip kompatibilitas yang serupa, EVA dengan kandungan VA tinggi digunakan sebagai bahan dasar untuk menghasilkan penghalang bahan bakar rendah asap dan bebas halogen dengan ketahanan minyak yang baik.
Molekul EVA dalam kinerja atom alfa-olefin H lebih aktif, dalam radikal peroksida atau efek radiasi elektron berenergi tinggi mudah terjadi reaksi ikatan silang H, menjadi plastik atau karet ikatan silang, dapat dibuat persyaratan kinerja yang menuntut dari bahan kawat dan kabel khusus.
Penambahan gugus vinil asetat menyebabkan suhu leleh EVA turun secara signifikan, dan jumlah rantai samping pendek VA dapat meningkatkan laju alir EVA. Oleh karena itu, kinerja ekstrusinya jauh lebih baik daripada struktur molekul polietilena serupa, menjadikannya bahan dasar pilihan untuk bahan pelindung semi-konduktif dan penghalang bahan bakar halogen dan bebas halogen.
2 Keunggulan produk
2. 1 Kinerja biaya yang sangat tinggi
EVA memiliki sifat fisik dan mekanik, ketahanan panas, ketahanan cuaca, ketahanan ozon, dan sifat listrik yang sangat baik. Pilih grade yang sesuai, dapat dibuat dengan ketahanan panas, kinerja tahan api, serta tahan minyak dan pelarut.
Material EVA termoplastik paling banyak digunakan dengan kandungan VA 15% hingga 46%, dengan indeks leleh 0,5 hingga 4 tingkat. EVA memiliki banyak produsen, banyak merek, beragam pilihan, harga terjangkau, dan pasokan memadai. Pengguna hanya perlu membuka bagian EVA di situs web. Merek, kinerja, harga, dan lokasi pengiriman dapat dilihat sekilas, Anda dapat memilih dengan mudah, sangat praktis.
EVA adalah polimer poliolefin. Dari segi kelembutan dan penggunaan, perbandingan kinerja menunjukkan bahwa material polietilena (PE) dan material kabel polivinil klorida (PVC) yang lunak serupa. Namun, jika diteliti lebih lanjut, Anda akan menemukan bahwa EVA dan kedua jenis material di atas memiliki keunggulan yang tak tergantikan.
2. 2 kinerja pemrosesan yang sangat baik
EVA dalam aplikasi kabel awalnya digunakan sebagai bahan pelindung kabel tegangan menengah dan tinggi, baik di dalam maupun di luar, dan kemudian diperluas menjadi penghalang bahan bakar bebas halogen. Kedua jenis bahan ini dianggap sebagai "bahan yang sangat terisi" dari sudut pandang pemrosesan: bahan pelindung perlu ditambahkan karbon hitam konduktif dalam jumlah besar untuk meningkatkan viskositasnya, tetapi likuiditasnya menurun tajam; bahan bakar tahan api bebas halogen perlu ditambahkan sejumlah besar penghambat api bebas halogen, dan viskositas bahan bebas halogen juga meningkat tajam, sehingga likuiditasnya menurun tajam. Solusinya adalah menemukan polimer yang dapat mengakomodasi dosis pengisi yang besar, tetapi juga memiliki viskositas leleh yang rendah dan fluiditas yang baik. Oleh karena itu, EVA merupakan pilihan yang lebih disukai.
Viskositas leleh EVA dengan suhu pemrosesan ekstrusi dan laju geser akan meningkatkan penurunan yang cepat, pengguna hanya perlu menyesuaikan suhu ekstruder dan kecepatan sekrup, Anda dapat membuat kinerja produk kawat dan kabel yang sangat baik. Sejumlah besar aplikasi domestik dan asing menunjukkan bahwa, untuk bahan bebas halogen asap rendah yang sangat terisi, karena viskositasnya terlalu besar, indeks leleh terlalu kecil, sehingga hanya penggunaan sekrup rasio kompresi rendah (rasio kompresi kurang dari 1. 3) ekstrusi, untuk memastikan kualitas ekstrusi yang baik. Bahan EVM berbasis karet dengan agen vulkanisasi dapat diekstrusi pada ekstruder karet dan ekstruder tujuan umum. Proses vulkanisasi (ikatan silang) selanjutnya dapat dilakukan baik dengan ikatan silang termokimia (peroksida) atau dengan ikatan silang iradiasi akselerator elektron.
2. 3 Mudah dimodifikasi dan diadaptasi
Kawat dan kabel ada di mana-mana, dari langit hingga tanah, dari gunung hingga laut. Kebutuhan pengguna kawat dan kabel juga beragam dan unik. Meskipun struktur kawat dan kabel serupa, perbedaan kinerjanya terutama tercermin pada bahan insulasi dan selubungnya.
Sejauh ini, baik di dalam maupun luar negeri, PVC lunak masih mendominasi sebagian besar material polimer yang digunakan dalam industri kabel. Namun, seiring meningkatnya kesadaran akan perlindungan lingkungan dan pembangunan berkelanjutan,
Bahan PVC sangat dibatasi, para ilmuwan melakukan segala kemungkinan untuk menemukan bahan alternatif pengganti PVC, yang paling menjanjikan adalah EVA.
EVA dapat dicampur dengan berbagai polimer, tetapi juga dapat dicampur dengan berbagai bubuk mineral dan bahan pembantu pemrosesan yang kompatibel. Produk campuran ini dapat dibuat menjadi plastik termoplastik untuk kabel plastik, dan juga menjadi karet ikatan silang untuk kabel karet. Perancang formulasi dapat didasarkan pada kebutuhan pengguna (atau standar), dengan EVA sebagai bahan dasar, untuk memastikan kinerja material memenuhi persyaratan tersebut.
3 rentang aplikasi EVA
3. 1 Digunakan sebagai bahan pelindung semi-konduktif untuk kabel listrik tegangan tinggi
Seperti yang kita semua tahu, bahan utama dari bahan pelindung adalah karbon hitam konduktif, dalam bahan dasar plastik atau karet untuk menambahkan sejumlah besar karbon hitam akan secara serius memburuk fluiditas bahan pelindung dan kelancaran tingkat ekstrusi. 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. Alasan untuk ini adalah bahwa proses ekstrusi EVA sangat baik, aliran yang baik, dan tidak rentan terhadap fenomena pecahnya lelehan. Bahan pelindung dibagi menjadi dua kategori: dibungkus dalam konduktor luar yang disebut pelindung bagian dalam – dengan bahan layar bagian dalam; dibungkus dalam isolasi luar yang disebut pelindung luar – dengan bahan layar luar; bahan layar bagian dalam sebagian besar termoplastik Bahan layar bagian dalam sebagian besar termoplastik dan sering didasarkan pada EVA dengan kandungan VA 18% hingga 28%; bahan layar luar sebagian besar terikat silang dan dapat dikupas dan sering didasarkan pada EVA dengan kandungan VA 40% hingga 46%.
3. 2 Bahan bakar tahan api termoplastik dan ikatan silang
Poliolefin tahan api termoplastik banyak digunakan dalam industri kabel, terutama untuk kebutuhan halogen atau bebas halogen pada kabel laut, kabel listrik, dan jalur konstruksi bermutu tinggi. 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 sangat tinggi, sifat tahan api terutama ditanggung oleh selubung luarnya. Pada beberapa bangunan atau proyek yang menuntut lingkungan, kabel diharuskan memiliki sifat rendah asap, bebas halogen, rendah toksisitas, atau rendah asap dan rendah halogen, sehingga poliolefin tahan api termoplastik merupakan solusi yang layak.
Untuk beberapa keperluan khusus, diameter luarnya tidak besar, dan kabelnya tahan suhu 105-150℃. Material poliolefin tahan api yang digunakan lebih tahan api dan memiliki ikatan silang. Ikatan silangnya dapat dipilih oleh produsen kabel sesuai dengan kondisi produksinya. Tersedia pilihan uap bertekanan tinggi tradisional atau rendaman garam bersuhu tinggi, dan juga tersedia metode ikatan silang iradiasi suhu ruang akselerator elektron. Suhu kerja jangka panjangnya terbagi menjadi tiga pilihan, yaitu 105℃, 125℃, dan 150℃. Pabrik produksi dapat memproduksi penghalang bahan bakar bebas halogen atau mengandung halogen sesuai dengan kebutuhan atau standar pengguna yang berbeda.
Telah diketahui secara luas bahwa poliolefin adalah polimer non-polar atau polaritasnya lemah. Karena polaritasnya mirip dengan minyak mineral, poliolefin umumnya dianggap kurang tahan terhadap minyak berdasarkan prinsip kompatibilitas yang serupa. Namun, banyak standar kabel di dalam dan luar negeri juga menetapkan bahwa resistansi ikatan silang juga harus memiliki ketahanan yang baik terhadap minyak, pelarut, dan bahkan terhadap bubur minyak, asam, dan alkali. Hal ini menjadi tantangan bagi para peneliti material. Kini, baik di Tiongkok maupun di luar negeri, material yang sulit 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 agar tampilan kabelnya membulat, jika lapisan pengisi di dalam selubung luar terbuat dari penghalang bahan bakar bebas halogen. Lapisan pengisi ini berfungsi sebagai penghalang api (oksigen) saat kabel terbakar, sehingga dikenal sebagai "penghalang oksigen" dalam industri.
Persyaratan dasar untuk bahan 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 di industri kabel selama lebih dari satu dekade dan telah menghasilkan peningkatan signifikan dalam ketahanan api kabel. Penghalang oksigen ini dapat digunakan baik untuk kabel tahan api bebas halogen maupun kabel tahan api bebas halogen (misalnya PVC). Banyak praktik telah menunjukkan bahwa kabel dengan penghalang oksigen lebih mungkin lolos uji pembakaran vertikal tunggal dan uji pembakaran bundel.
Dari sudut pandang formulasi material, bahan penghalang oksigen ini sebenarnya adalah "pengisi ultra-tinggi", karena untuk memenuhi biaya rendah, perlu menggunakan pengisi tinggi, untuk mencapai indeks oksigen tinggi juga harus menambahkan proporsi tinggi (2 hingga 3 kali) Mg (OH) 2 atau Al (OH) 3, dan untuk mengekstruksi dengan baik dan harus memilih EVA sebagai bahan dasar.
3. 4 Bahan selubung PE yang dimodifikasi
Material selubung polietilen rentan terhadap dua masalah: pertama, rentan terhadap kerusakan akibat lelehan (misalnya, kulit hiu) selama proses ekstrusi; kedua, rentan terhadap retak akibat tekanan lingkungan. Solusi paling sederhana adalah menambahkan EVA dalam proporsi tertentu ke dalam formulasi. Jika digunakan sebagai EVA termodifikasi, umumnya menggunakan kadar EVA rendah, indeks lelehnya antara 1 hingga 2 sudah sesuai.
4. Prospek pengembangan
(1) EVA telah banyak digunakan dalam industri kabel, dengan pertumbuhan tahunan yang 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 membuatnya sulit untuk digantikan oleh material lain.
(2) Konsumsi tahunan industri kabel resin EVA mendekati 100.000 ton, pilihan varietas resin EVA, konten VA dari rendah ke tinggi akan digunakan, ditambah dengan ukuran perusahaan granulasi bahan kabel tidak besar, tersebar di setiap perusahaan setiap tahun hanya dalam 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 VA / MI = 28 / 2 ~ 3 dari resin EVA (seperti EVA 265 # DuPont AS). Dan kelas spesifikasi EVA ini sejauh ini tidak ada produsen dalam negeri untuk diproduksi dan dipasok. Belum lagi konten VA lebih tinggi dari 28, dan indeks leleh kurang dari 3 dari produksi dan pasokan resin EVA lainnya.
(3) Perusahaan asing memproduksi EVA karena tidak memiliki pesaing domestik, dan harganya sudah lama tinggi, sehingga sangat menekan antusiasme produksi pabrik kabel domestik. Lebih dari 50% kandungan VA EVM jenis karet didominasi oleh perusahaan asing, dan harganya 2 hingga 3 kali lipat kandungan VA merek tersebut. Harga yang tinggi ini pada gilirannya juga memengaruhi jumlah EVM jenis karet ini, sehingga industri kabel mendesak produsen EVA domestik untuk meningkatkan laju produksi EVA dalam negeri. Industri kabel semakin banyak menggunakan resin EVA karena produksinya yang semakin meningkat.
(4) 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 serta produksi dan laju pertumbuhan kabel listrik tegangan menengah dan tinggi, sekitar 8% hingga 10%; ketahanan poliolefin berkembang pesat, dalam beberapa tahun terakhir tetap berada di kisaran 15% hingga 20%, dan dalam 5 hingga 10 tahun mendatang, laju pertumbuhan ini mungkin akan tetap dipertahankan.
Waktu posting: 31-Jul-2022