1. はじめに
EVAとはエチレン酢酸ビニル共重合体の略称で、ポリオレフィン系ポリマーのことです。低い融解温度、良好な流動性、極性および非ハロゲン元素により、さまざまなポリマーおよび鉱物粉末との適合性があり、多くの機械的および物理的特性、電気的特性および加工性能のバランスが取れており、価格も高くありません。高く、市場の供給が十分であるため、ケーブルの絶縁材として、充填材、被覆材としても使用できます。熱可塑性材料にすることもできますし、熱硬化性架橋材料にすることもできます。
EVA は、難燃剤を使用することにより、低煙ハロゲンフリーまたはハロゲン燃料バリアとして幅広い用途に使用できます。基材としてVA含有量の高いEVAを選択すると、耐油性の材料にすることもできます。適度なEVAのメルトインデックスを選択し、2〜3倍のEVA難燃剤を充填すると、押出プロセスの性能と価格のよりバランスのとれた酸素バリア（充填）材料を作ることができます。
本稿では、EVAの構造特性から、ケーブル業界におけるEVAの応用と開発の展望について紹介します。
2. 構造特性
合成の際、重合度 n / m の比を変えることで VA 含有量を EVA の 5 ～ 90% まで製造できます。総重合度を高めると、分子量が数万から数十万のEVAが得られます。 VA 含有量が 40% 未満。部分的な結晶化が存在し、弾性が低いため、一般に EVA プラスチックとして知られています。 VA 含有量が 40% を超える場合、結晶化のないゴム状エラストマーは、一般に EVM ゴムとして知られています。
1.2 特性
EVAの分子鎖は直線状の飽和構造であるため、耐熱老化性、耐候性、耐オゾン性に優れています。
EVA分子の主鎖には二重結合、ベンゼン環、アシル、アミン基などの燃焼時に発煙しやすい基が含まれておらず、側鎖にも燃焼時に発煙しやすいメチル、フェニル、シアノ基などの基が含まれていません。また、分子自体にハロゲン元素を含まないため、煙の少ないハロゲンフリーの抵抗性燃料ベースに特に適しています。
EVA 側鎖の酢酸ビニル (VA) 基のサイズが大きく、その中程度の極性は、ビニル主鎖の結晶化傾向を抑制し、鉱物充填剤とよく結合することを意味し、高性能バリア燃料の条件を作り出します。ケーブル規格の要件を満たすためには、体積含有量が 50% を超える難燃剤 [Al(OH) 3、Mg(OH) 2 など] を添加する必要があるため、これは特に低煙性およびハロゲンフリーのレジストに当てはまります。難燃性のために。中～高 VA 含有量の EVA をベースとして使用し、低煙でハロゲンフリーの優れた特性を持つ難燃性燃料を製造します。
EVA 側鎖の酢酸ビニル基 (VA) は極性があるため、VA 含有量が高くなるほどポリマーの極性が高くなり、耐油性が向上します。ケーブル業界で要求される耐油性は、主に、無極性または弱極性の鉱物油に耐える能力を指します。同様の適合性の原理に従って、VA 含有量の高い EVA を基材として使用し、煙が少なく、耐油性に優れたハロゲンフリーの燃料バリアを製造します。
アルファオレフィン中のEVA分子のH原子の性能はより活性であり、過酸化ラジカルまたは高エネルギー電子放射線効果においてH架橋反応が起こりやすく、架橋プラスチックまたはゴムとなり、要求の厳しい性能要件を実現できます。特殊なワイヤーとケーブル素材を使用しています。
酢酸ビニル基の追加により EVA の溶融温度が大幅に低下し、VA の短い側鎖の数により EVA の流動性が増加します。したがって、その押出成形性能は同様のポリエチレンの分子構造よりもはるかに優れており、半導電性シールド材料やハロゲンおよびハロゲンフリー燃料バリアの好ましい基材となっています。
2 製品の利点
2.1 極めて高いコストパフォーマンス
EVAの物理的および機械的特性、耐熱性、耐候性、耐オゾン性、電気的特性は非常に優れています。適切なグレードを選択し、耐熱、難燃性能はもちろん、耐油、耐溶剤性の特殊ケーブル材質も製作可能です。
熱可塑性 EVA 材料は主に VA 含有量が 15% ～ 46%、メルトインデックスが 0.5 ～ 4 グレードで使用されます。 EVAには多くのメーカー、多くのブランドがあり、幅広いオプションがあり、手頃な価格で、十分な供給があり、ユーザーはWebサイトのEVAセクションを開くだけで、ブランド、性能、価格、配送場所が一目でわかり、選択できます。便利。
EVAはポリオレフィンポリマーであり、柔らかさと使用性能の比較から、ポリエチレン（PE）素材と軟質ポリ塩化ビニル（PVC）ケーブル素材は類似しています。しかし、さらに研究を進めると、EVAと上記の2種類の素材を比較すると、何にも代えがたい優位性があることがわかります。
2.2 優れた処理性能
ケーブル用途における EVA は、当初は中高電圧ケーブルの内側と外側をシールドする材料でしたが、後にハロゲンフリー燃料バリアに拡張されました。これら 2 種類の材料は、加工の観点から「高充填材料」とみなされます。シールド材料は、導電性カーボンブラックを多量に添加し、粘度を高める必要があるため、流動性が急激に低下します。ハロゲンフリー難燃性燃料には、大量のハロゲンフリー難燃剤を添加する必要があり、また、ハロゲンフリー材料の粘度は急激に増加し、流動性は急激に低下しました。解決策は、大量の充填剤を収容でき、かつ溶融粘度が低く、流動性に優れたポリマーを見つけることです。このため、EVA が推奨される選択肢です。
EVA溶融粘度は押出加工温度とせん断速度によって急激に低下しますが、ユーザーは押出機の温度とスクリュー速度を調整するだけで、優れた性能のワイヤーおよびケーブル製品を製造できます。国内外の多くの応用例では、高充填低煙ハロゲンフリー材料の場合、粘度が大きすぎてメルトインデックスが小さすぎるため、低圧縮比スクリュー（圧縮比が 100 未満）のみを使用する必要があることが示されています。 1. 3) 押出、良好な押出品質を確保するため。加硫剤を含むゴムベースの EVM 材料は、ゴム押出機と汎用押出機の両方で押し出すことができます。その後の加硫（架橋）プロセスは、熱化学（過酸化物）架橋または電子加速器照射架橋によって実行できます。
2.3 変更と適応が簡単
空から地上、山から海まで、あらゆるところに電線やケーブルが張り巡らされています。電線とケーブルのユーザーの要求も多様かつ奇妙です。電線とケーブルの構造は似ていますが、その性能の違いは主に絶縁体とシースの被覆材料に反映されます。
これまでのところ、国内外でケーブル業界で使用されるポリマー材料の大部分は依然として軟質 PVC です。しかし、環境保護と持続可能な開発に対する意識はますます高まっています。
PVC 材料は大幅に制限されており、科学者は PVC の代替材料を見つけるためにあらゆる手を尽くしていますが、その中で最も有望なのは EVA です。
EVAは、さまざまなポリマーとブレンドすることができますが、さまざまな鉱物粉末や加工助剤ともブレンドすることができ、ブレンドされた製品はプラスチックケーブル用の熱可塑性プラスチックだけでなく、ゴムケーブル用の架橋ゴムも作ることができます。配合設計者は、ユーザー (または標準) の要件に基づいて、EVA をベース材料として、要件を満たす材料の性能を実現できます。
3 EVAの適用範囲
3.1 高圧電力ケーブルの半導電性シールド材として使用
周知のとおり、シールド材の主材料は導電性カーボンブラックであり、プラスチックやゴムの基材にカーボンブラックを多量に添加すると、シールド材の流動性や押出面の平滑性が著しく低下します。高電圧ケーブルの部分放電を防ぐには、内側と外側のシールドが薄く、光沢があり、明るく均一でなければなりません。他のポリマーと比較して、EVA はこれをより簡単に行うことができます。その理由は、EVA の押出プロセスが特に優れており、流動性が高く、溶融破断現象が起こりにくいためです。シールド材は 2 つのカテゴリに分類されます。1 つは内部シールドと呼ばれる外側の導体で包まれたもので、内側のスクリーン材が使用されます。外側のスクリーン素材を使用して、外側シールドと呼ばれる断熱材で外側を包みます。内側のスクリーンの材料は主に熱可塑性です。内側のスクリーンの材料は主に熱可塑性であり、多くの場合、VA 含有量が 18% ～ 28% の EVA をベースとしています。外側のスクリーンの素材はほとんどが架橋されており、剥離可能であり、多くの場合、VA 含有量が 40% ～ 46% の EVA をベースとしています。
3.2 熱可塑性および架橋難燃性燃料
熱可塑性難燃性ポリオレフィンは、主に海洋ケーブル、電力ケーブル、および高級建設ラインのハロゲンまたはハロゲンフリー要件のために、ケーブル業界で広く使用されています。長期使用温度範囲は 70 ～ 90 °C です。
非常に高い電気的性能要件が求められる 10 kV 以上の中電圧および高圧電力ケーブルの場合、難燃特性は主に外側シースによって担われます。環境への要求が厳しい一部の建物やプロジェクトでは、ケーブルに低煙、ハロゲンフリー、低毒性、または低煙かつ低ハロゲンの特性が求められるため、熱可塑性難燃性ポリオレフィンが実行可能なソリューションとなります。
一部の特殊な用途では、外径は大きくなく、特殊ケーブル間の温度耐性は105〜150℃で、より架橋された難燃性ポリオレフィン素材で、その架橋はケーブルメーカーが独自の製造条件に応じて選択できます。従来の高圧蒸気または高温塩浴だけでなく、電子加速器の室温照射による架橋方法も利用できます。その長期使用温度は105℃、125℃、150℃の3つのファイルに分かれており、生産プラントはユーザーや標準のさまざまな要件、ハロゲンフリーまたはハロゲン含有燃料バリアに従って作成できます。
ポリオレフィンが無極性または極性の弱い極性ポリマーであることはよく知られています。ポリオレフィンは鉱物油と極性が似ているため、同様の相溶性の原理から耐油性が低いと考えられています。しかし、国内外の多くのケーブル規格では、架橋抵抗が油、溶剤、さらには油スラリー、酸、アルカリに対しても良好な耐性を持たなければならないと規定しています。これは材料研究者にとっての課題であり、現在、中国国内外を問わず、これらの要求の厳しい材料が開発されており、そのベース材料はEVAです。
3.3 酸素バリア材
撚り線多芯ケーブルには、芯間に多くの空隙があり、外側シース内の充填物がハロゲンフリーの燃料バリアで作られている場合、ケーブルの外観を丸くするには、この空隙を埋める必要があります。この充填層は、ケーブルが燃えたときに火炎バリア (酸素) として機能するため、業界では「酸素バリア」として知られています。
酸素バリア材料の基本要件は、良好な押出特性、良好なハロゲンフリー難燃性 (酸素指数は通常 40 以上)、および低コストです。
この酸素バリアは 10 年以上にわたってケーブル業界で広く使用されており、ケーブルの難燃性の大幅な向上につながりました。酸素バリアは、ハロゲンフリー難燃性ケーブルとハロゲンフリー難燃性ケーブル (PVC など) の両方に使用できます。多くの実践により、酸素バリアを備えたケーブルは単一垂直燃焼テストおよびバンドル燃焼テストに合格する可能性が高いことが示されています。
材料配合の観点から見ると、この酸素バリア材料は実際には「超高フィラー」です。低コストを満たすためには高フィラーを使用する必要があり、高い酸素指数を達成するには高い割合で添加する必要があるためです。 Mg (OH) 2 または Al (OH) 3 (2 ～ 3 倍) を使用すると、良好な押出が可能となり、基材として EVA を選択する必要があります。
3.4 変性PE外装材
ポリエチレンの外装材には 2 つの問題が発生しやすいです。1 つは、押出成形中に溶融破損 (シャークスキン) が発生しやすいことです。第二に、環境応力による亀裂が発生しやすいです。最も簡単な解決策は、配合物に一定の割合の EVA を添加することです。変性 EVA として使用され、主にグレードの VA 含有量が低いため、メルト インデックス 1 ～ 2 が適切です。
4. 開発の見通し
(1) EVA はケーブル業界で広く使用されており、年間量は徐々に着実に増加しています。特に過去 10 年間、環境保護の重要性により、EVA ベースの耐燃料性が急速に発展しており、部分的に PVC ベースのケーブル材料のトレンドに取って代わりました。優れたコストパフォーマンスと押出加工の優れた性能は他の材料に代わることが困難です。
(2) ケーブル業界の EVA 樹脂の年間消費量は 100,000 トンに近く、EVA 樹脂の種類の選択、低から高までの VA 含有量が使用され、ケーブル材料の造粒の企業規模が大きくなく、毎年各企業に普及しています。上下に数千トンのEVA樹脂を使用するだけなので、EVA業界の巨大企業の注目を集めるものではないでしょう。例えば、ハロゲンフリー難燃性基材の最大量は、VA / MI = 28 /2 ～ 3 の EVA 樹脂（米国デュポン社の EVA 265# など）が主な選択です。そしてこの仕様グレードのEVAはこれまで国内メーカーが生産・供給しているところはありません。言うまでもなく、他の EVA 樹脂の生産および供給の VA 含有量は 28 を超え、メルトインデックスは 3 未満です。
(3) 外国企業が EVA を生産しているのは、国内に競争相手がいないためであり、価格が長い間高かったため、国内のケーブルプラントの生産熱が著しく抑制されていた。ゴムタイプのEVMのVA含有量の50％以上は外資系企業が占めており、価格は同ブランドのVA含有量の2～3倍に相当します。このような価格の高さは、このゴムタイプの EVM の量にも影響を与えるため、ケーブル業界は国内の EVA メーカーに EVA の国内生産率の向上を求めています。業界の生産にはEVA樹脂が多く使用されています。
(4) グローバリゼーション時代の環境保護の波を受けて、ケーブル業界では EVA が環境に優しい耐燃料性を実現する最適な基材であると考えられています。 EVA の使用は年間 15% の割合で増加しており、その見通しは非常に有望です。シールド材の量と成長率、および中高圧電力ケーブルの生産と成長率は、約8％から10％の間です。ポリオレフィン耐性は急速に増加しており、近年は 15% ～ 20% に留まっており、今後 5 ～ 10 年間はこの増加率を維持する可能性があります。
投稿日時: 2022 年 7 月 31 日