乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）在电缆料中的应用

EVA简介

EVA是由乙烯和醋酸乙烯按照不同的比例共聚而得，EVA这个英文缩写中的E就代表乙烯成分，VA代表醋酸乙烯成分，其性能与醋酸乙烯（VA）的含量密切相关，根据VA含量的不同可以分为三类：VA含量在5%-40%称EVA塑料，主要用于聚乙烯改性、制造电线电缆、薄膜极其他成型制品和混合料等；VA含量在40%-90%称为EVA橡胶，主要用于橡胶、电缆和汽车工业部件；VA含量高于90%称为聚醋酸乙烯乳液，主要用于粘合剂、涂料等。

EVA具有良好的耐冲击和耐应力开裂、柔软性、高弹性、抗穿刺以及化学稳定性、电性能较好、生物相容性好，同时密度低，且与填料、阻燃剂有较好的相容性。EVA随着VA含量的不同，从塑料、到橡胶、再到乳液，应用范围较广，适合于挤出、注塑、吹塑、涂覆、热成型等多种加工方式，可应用于电缆，密封件、医疗、绝缘薄膜、管材、板材、建材、电气配件、汽车配件和日用品等多类产品。

目前，国内外EVA产品的生产工艺主要有4种：高压法连续本体聚合、中压悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合。其中，溶液聚合和乳液聚合工艺应用较少。市场上的EVA树脂大多采用高压法连续本体聚合工艺生产，VA含量(质量分数，以下同)一般为5％～40％ 。1960年，美国杜邦公司采用高压法连续本体聚合工艺，首先实现了低VA含量的EVA业化生产。随后，UCC、Bayer、Exxon、日本三井、东洋曹达、住友、尤尼卡等数十家公司相继投产EVA。我国于20世纪70年代初期开始进行EVA中压悬浮聚合和高压法连续本体聚合工艺的研究 1976年，北京有机化工厂建成20 t／a的中试装置，用溶液聚合工艺生产EVA乳液。1982年，上海化工研究院建成50 t／a中试装置，采用高压法连续本体聚合工艺生产VA含量为10％ 以上的EVA树脂：1986年，中国石化上海石油化工股份有限公司f简称上海石化公司1通过技术改造在引进的LDPE装置上生产出EVA树脂；中国石油大庆石化公司引进德国伊姆豪森管式法LDPE装置兼产EVA，其VA含量在20％以下。扬子石化和巴斯夫有限责任公司合资，建设年设计生产能力20万吨EVA装置，是中国乃至亚洲的一套EVA生产装置，并与2005年6月投入中国市场。目前国内在产可用于电缆材料的EVA厂商主要有扬巴、北京华美、燕山石化、北京有机等，近期有山东联泓、宁波台塑、江苏斯尔邦等宣布将投产或即将出产EVA，是否能生产可供电缆材料使用的产品，有待观察。

EVA简单描述就是在聚乙烯（PE）的长链结构中引入醋酸乙烯（VA）基，其中的VA含量是影响其性能的因素，因为VA是极性基团，随着VA含量的增加，结晶度降低，提高了柔韧性、抗冲击性和耐油性，但相应的其极性增加，所以和填料相溶性增加，阻燃性也略有增加。

EVA在低烟无卤电缆料中的应用

据相关资料称，近年来人们发现火灾事故中的人员致死原因80%以上与材料产生的浓烟和有毒气体有关，而目前常用的聚氯乙烯（PVC）电缆在燃烧是因为会产生大量的浓烟已经有害气体，所以PVC电缆的安全性受到质疑，一些国家和地区特别是欧盟禁用PVC电缆的呼声越来越高。英国的Scapa Polymerics Ltd公司在上个世纪的80年代首先开发出低烟无卤材料应用于电缆，其后低烟无卤电缆料的应用越来越广泛，发展非常快。低烟无卤电缆料是以聚烯烃材料为基体树脂，并添加大量的氢氧化物阻燃剂和多种加工助剂共混、挤出、造粒，加工而成。聚烯烃材料有EVA、PE、PP、POE等一种和数种，主要以EVA为主，辅助加入其它材料。氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁一种或两种复配。聚烯烃材料极易燃烧，但不产生明显的烟雾和有毒的腐蚀性气体，Al(0H)3或Mg(OH)2受热后释放结晶水，吸引大量热量，抑制聚合物温度上升，延缓热分解，阻止燃烧，脱水分解所产生的水蒸气能稀释可燃性气体，从而起阻燃效果，脱水后的矿物成分覆盖在表面也可以延缓燃烧。在低烟无卤电缆料中，为了达到有效的阻燃，需要加入大量的氢氧化物阻燃剂，一般要达到50%-60%，这样就会造成材料的机械性能大大下降、加工困难，所以在需要对粉体进行表面改性，并加入一些相容剂和硅酮等加工助剂。EVA因为含有极性基团，所以在低烟无卤电缆料中EVA应用较多，一般在无卤电缆料中，EVA的添加比例在10%-30%等。但EVA的强度较低，所以还会在其中加入PE等。低烟无卤电缆料中使用EVA的VA含量一般在14-28%，对于耐油较高产品还会使用VA含量40%的产品。低烟无卤电缆料中使用EVA的另外一个重要的指标是融指（MI），在VA含量一定的条件下，MI越大说明分子量越小，流动性好，但强度变小、易产生流涎，因此电缆料中使用的EVA的MI在2-8之间。

表1、电缆料中常用的EVA

低烟无卤电缆料应用领域除了核电站、航空航天、军事军工等外，地铁、高铁、轮船、高层建筑、矿山等领域也有较大的需求。经过近几年的发展，在一些中低端产品领域，国内产品占据市场一部分份额，价格相对较低；而在一些高尖端产品方面，这些产品主要依靠进口，价格相对也较高。而最近几年通信行业，特别是随着光纤入户、4G工程的开展对低烟无卤电缆料需求很大，同时也提出了新的要求。

EVA在辐照交联电缆料中的应用

低烟无卤电缆料一般的最高使用温度为70-90℃，但随着通讯事业、汽车工业和计算机工业的发展,越来越需要耐高温的电线电缆 ,例如航空导线、汽车用线、电视和录音机用电线、计算机电缆、高温仪表电缆、石油钻井平台电缆等许多场合,都要求使用耐高温电缆。交联可以提高聚合物材料的使用温度和机械强度，常规的交联分为化学交联和辐照交联。化学交联又分为干法交联和温水交联两种。干法交联是在温度达300-400℃的高压气体中是基体树脂分子链交联。在此情况下氢氧化物已经分解为金属氧化物和水，这样电缆表面就会产生裂纹和水泡，机械性能也会大幅度下降。温水交联是将电缆放入90℃的温水中浸泡5-7小时，使材料交联，但氢氧化物表面含有极性基团，容易吸收水分，导致绝缘电阻下降，影响电缆的综合性能。所以化学交联不太适合低烟无卤电缆料。辐照交联使利用电子加速器产生的高能量电子束流，轰击电缆护套和绝缘，将分子链打断，产生新的自由基，分子链重新组合，由原先的链状分子结构变为三维网状分子结构，形成交联。这种交联方式既无高温又无水，既能使聚烯烃交联，又不影响性能，所以低烟无卤聚烯烃材料最适合使用辐照的方法交联。

部颁标准JB／T10436电线电缆用可交联阻燃聚烯烃料介绍了辐照交联低烟无卤聚烯烃电缆料的耐温等级为105℃、125℃，目前还有人研究耐温150℃的材料。辐照交联低烟无卤聚烯烃电缆料的基础配方和常规低烟无卤聚烯烃电缆料类似，但为了提高交联程度，需要加入助交联剂，如三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIC）、三烯丙基氰脲酸酯(TAC)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA等，助交联剂为多官能团化合物，促进聚合物交联网状结构形成。同时因为耐温等级提高，需要在增加高温情况下耐老化程度，所以配方内的抗氧体系需要改变为更强体系，另外配方中也需选用更好的材料。

EVA在半导电屏蔽料中的应用

在电力电缆中，额定电压1.8/3.0(3.6)kV以上的聚乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘电缆，以及额定电压3.6/6.6(7.2)kV以上的聚氯乙烯绝缘和乙丙橡胶绝缘电缆都应有导体屏蔽和绝缘屏蔽。电力电缆导体和绝缘的屏蔽主要是缓和电缆内部电场应力集中，消除导体绞合的影响，改善电缆内部电场径向分布，以提高电缆的电气强度，直接或者间接改善电缆的使用寿命。根据国外长期运行的经验介绍，半导电屏蔽料与绝缘层的分层会直接促使局部放电量的不断增长；杂质向绝缘迁移和屏蔽表面尖端物却会促使绝缘内部电树或水树的形成和发展，严重影响电缆的电气性能和使用寿命。半导电屏蔽料在交联电力电缆中用量很大。

对于半导电屏蔽料，为了实现导电性能就必须加入大量的导电填料如导电炭黑，因此对于基体树脂来说，必须能够容许添加大量的填料而不影响其机械性能和加工性能，同时半导电屏蔽料必须和绝缘层材料相匹配。鉴于以上原因， 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）就成了半导电屏蔽料基体树脂的选择，而在半导电屏蔽料中EVA的用量也比较多。

EVA在电缆料中的其他应用

EVA在电缆料中除了作为主要基体树脂，还可以用作增韧或提高柔性的辅助成分。EVA可以用于PVC电缆料中提高高温绝缘电阻、耐寒冲击性能、耐老化性和柔韧性，并改善加工性能。在辐照交联PVC电缆料中加入EVA共聚物能促进PVC的辐照交联 ,增加共混体系的凝胶质量分数 ,改善其力学及热延伸性能 ;EVA共聚物中VA质量分数增大 ,共混体系的凝胶质量分数增大 ,力学及热延伸性能改善更明显。

EVA还可作为乙丙橡胶电缆料中的辅助成分，乙丙橡胶是一种综合性能优异的耐老化耐热橡胶品种，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)是耐热、耐油、弹性优异、加工工艺性好的廉价弹性体。EPDM/EVA共混体系与 EPDM/CSM共混体系、单纯EPDM体系相比,不仅可提高胶料的硫化速度及物理机械性能,还可克服EPDM/CSM共混时耐热空气老化和电性能欠佳的缺点,同时也可降低生产成本。

对于HDPE电缆绝缘护套料中加入EVA会改善HDPE的耐环境应力开裂性、综合机械强度、韧性等,并可降低成本。

EVA还可以和马来酸酐共混接枝制得相容剂应用于电缆料中，该EVA马来酸酐接枝相容剂，对提高产品的伸长率有较大的帮助。

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