EVA在電纜行業的應用和發展前景

金標義， 吳長順

（上海電纜研究所，上海200093）

EVA在電纜行業的應用和發展前景

金標義， 吳長順

（上海電纜研究所，上海200093）

EVA是無鹵的極性聚合物，能與多種材料相容，有良好的機械物理性能、電氣性能和極佳的混煉與擠出工藝性能。EVA是制造高壓電纜屏蔽料、低煙無鹵阻燃料和隔氧層料不可或缺的基料，需求量巨大，有良好的發展前景。

EVA；高壓電纜屏蔽料；低煙無鹵阻燃電纜；隔氧層

0 引 言

EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物的英文縮寫簡稱，屬聚烯烴族聚合物。由于它熔融溫度較低，流動性好，有極性又無鹵元素，可與多種聚合物和礦物粉相容，多項機械物理性能、電氣性能和加工性能平衡，且價格不高、市場供應充分，所以既可作為線纜的絕緣料使用，也可作為填充、護套料使用；既可做成熱塑性料，又可做成熱固性交聯料。

EVA用途廣泛，與阻燃劑配合，可以做成低煙無鹵或含鹵的阻燃料；選擇VA含量高的EVA做基料還可以做成耐油料；選擇熔融指數適中的EVA，加入2～3倍于EVA的填充阻燃劑可以制得擠出工藝性能和價格較均衡的隔氧層（填充）料。

本文從EVA的結構特性出發，介紹其在電纜行業中的應用范圍和發展前景。

1 結構特性

1.1結構

EVA由乙烯（E）-醋酸乙烯（VA）共聚而成，其分子通式為：

生產合成時，改變聚合度n/m之比可以制得VA含量從5～90％的EVA；加大總聚合度（n+m）可以制得分子量從幾萬到十幾萬的EVA；VA含量40％以下，由于含有部分結晶，彈性較差，通稱為EVA塑料；當VA含量大于40％，呈無結晶的橡膠狀彈性體，則通稱為EVM橡膠。

1.2特性

EVA的分子鏈屬線性飽和結構，因此具有良好的耐熱老化、耐氣候、耐臭氧性能，交聯EVA的最高長期工作溫度可達150℃，與以耐熱聞名的硅橡膠相當。

EVA分子主鏈不含雙鍵，苯環、酰基、胺基等燃燒時易發煙的基團，側鏈也不含燃燒時易發煙的甲基、苯基、氰基等基團。加上分子本身不含鹵元素，所以特別適合作低煙無鹵阻燃料的基料。

EVA側鏈的醋酸乙烯基團（VA）體積龐大，又有中等的極性，因此它既能抑制乙烯基主鏈的結晶傾向，又能與礦物填料很好地偶合，這就為制作高性能的阻燃料創造了條件。尤其是低煙無鹵阻燃料，因為必須添加超過50％體積含量的阻燃劑［如Al（OH）3，Mg（OH）2等］，才能達到電纜標準對阻燃性能的要求。以VA含量中等偏上的EVA為基，能制得性能優良的低煙無鹵阻燃料。

由于EVA側鏈醋酸乙烯基團（VA）具有極性，VA含量越高，聚合物極性就越強，耐油性也就越好。電纜行業要求的耐油性多指耐受非極性或弱極性礦物油的能力。根據相似相容原理，選用高VA含量的EVA作基料，就能制造出耐油性能良好的低煙無鹵阻燃料。

單位高度樁側土拱受力簡圖，如圖4所示。根據基本假設(2)，兩單獨拱所受推力之和等于樁后滑坡推力，土拱不向樁前土體傳遞樁后滑坡推力，故不考慮樁前土體提供的反力；與樁后土拱一樣，忽略土拱自身產生的剩余下滑力。因此，樁側土拱在y軸方向上受到樁后土拱向前傳遞的剩余滑坡推力p2以及樁側摩阻力Fy2的共同作用。

EVA分子中的α-烯烴H原子性能較為活潑，在過氧化物自由基或高能電子射線作用下易發生奪H交聯反應，成為交聯塑料或橡膠，可制作性能要求苛刻的特種電線電纜材料。

醋酸乙烯基的加入使EVA的熔融溫度大幅度下降，為數眾多的VA短側鏈又能使EVA的流動性增加。所以，其擠出性能遠優于分子結構與其相近的聚乙烯，成為半導電屏蔽料和有鹵、無鹵阻燃料的首選基料。

2 產品優勢

2.1極高的性價比

EVA的物理機械性能、耐熱性能、耐氣候、耐臭氧性能、電氣性能都十分良好。選用適當的牌號，可制得耐熱性、阻燃性能優異，又兼具耐油、耐溶劑的特種電纜料。

熱塑型EVA料多選用VA含量15％～46％，融熔指數0.5～4的牌號。交聯型EVM橡膠料多選用VA含量2S％～S0％，門尼粘度60以下的牌號。

EVA的生產廠家眾多，品牌繁雜，可挑選余地廣闊，價格適中，供應充足，用戶只需打開網頁中的EVA一欄，品牌、性能、價格、交貨地點一覽無遺，任你挑選，十分方便。

EVA統屬聚烯烴聚合物，從柔軟程度和使用性能上比較，又與聚乙烯（PE）料和軟聚氯乙烯（PVC）電纜料相近。但是進一步研究，你會發現EVA與上述兩類料比較有不可替代的優越性。因而使其在電纜行業中的用量在短短的十年中增長了5倍（詳見表1）。

表1　近十年我國電纜用三大塑料消耗量（估計）（萬噸/年）

2.2極好的加工性能

EVA在電纜上的應用是從中、高電壓電纜的內外屏蔽料開始的，以后又伸延到無鹵阻燃料。此兩類料從加工的角度看都被視為“高填充料”：屏蔽料因為需要添加大量的導電炭黑而使其粘度大增，流動性急劇下降；無鹵阻燃料更需要添加大量無鹵阻燃劑，也使無鹵料的粘度大增、流動性急劇下降。解決的辦法是必須找到一種聚合物，既能容納大劑量的填充劑，又有較低的熔體粘度和良好的流動性。為此，EVA成為非它莫屬的首選。

EVA的熔體粘度隨著擠出加工溫度和剪切速率的提高會快速下降，用戶只需調整擠出機的溫度和螺桿轉速，就可制得性能優良的電線電纜產品。

國內外大量的應用表明，對于高填充的低煙無鹵料，由于粘度實在太大，融熔指數太小，所以只有采用低壓縮比螺桿（壓縮比低于1.3）擠出，才能保證有良好的擠出質量。

加有硫化劑的橡膠型EVM料，既可用擠橡機擠出，也可用通用的擠塑機擠出。隨后的硫化（交聯）工序，既可以用熱化學（過氧化物）交聯，又可以用電子加速器輻照交聯。

2.3易于改性變通

電線電纜從天上到地下，從高山到海洋，無處不在。用戶對電線電纜的要求也五花八門，千奇百怪，而電線電纜的結構卻大同小異，其性能差異主要體現在絕緣和護套的包覆材料上。

到目前為止，無論是國內還是國外，在線纜行業用高分子材料中，軟PVC仍然占居絕大多數的份額（我國約占70％，歐美日發達國家約占60％）。但是隨著人們對環保和可持續發展的認識不斷提高。PVC材料已受到很大的限制，科技人員正在千方百計地尋找PVC的可替代材料，其中最有希望的是EVA。

EVA可以與多種高聚物共混，也可與多種礦物粉和加工助劑相容，其共混產物既可以做成熱塑型塑料用于塑料線纜，也可以做成交聯型橡膠用于橡膠線纜。配方設計者完全可以根據用戶（或標準）的要求，以EVA為基材，做出性能符合要求的材料來。

3 EVA應用范圍

3.1用作高壓電力電纜半導電屏蔽料

眾所周知，屏蔽料的主料是導電炭黑，在塑料或橡膠基料中加入大量炭黑會嚴重惡化屏蔽料的流動性和擠出層面的光滑性。而高壓電纜為防止局部放電又必須要求擠出的內、外屏蔽層又薄、又光、又亮、又均勻。相比于其它高聚物，EVA能比較容易做到這一點。其原因就在于EVA的擠出工藝性能特別優秀，流動性好，又不容易出現熔體破裂現象。

屏蔽料分兩類：包在導體外面的叫內屏蔽層——用的是內屏料；包在絕緣外面的叫外屏蔽層——用的是外屏料；內屏料多為熱塑型，常以VA含量1S％～2S％的EVA為基料；外屏料多為交聯可剝離型，常以VA含量40％～46％的EVA為基料。

3.2熱塑型與交聯型阻燃料

熱塑型阻燃聚烯烴在電纜行業用途廣泛，主要用于有鹵或無鹵要求的船用電纜、電力電纜和高檔建筑用線。其長期工作溫度在70～90℃之間。

對于電性能要求極高的10 kV及以上中、高電壓電力電纜，其阻燃性能主要依靠外護套承擔，在某些環保要求極高的建筑或工程內使用的電纜，更要求具有低煙、無鹵、低毒或低煙低鹵的性能，因此，熱塑型阻燃聚烯烴是一個可行的解決方案。

對于某些用途特殊、外徑不大、耐溫在105～150℃之間的特種線纜，多采用交聯型阻燃聚烯烴料，其交聯方式可由線纜制造廠根據自身的生產條件選擇，既能用傳統的高壓蒸汽或高溫鹽浴，也可用電子加速器常溫輻照方式交聯。其長期工作溫度分105℃、125℃、150℃三檔，生產廠可根據用戶或標準的不同要求，做成無鹵或含鹵的阻燃料。

眾所周知，聚烯烴屬非極性或弱極性一類高分子聚合物，由于它們與礦物油的極性相近，所以根據相似相容的原理，聚烯烴多被認為是耐油性較差的材料。然而國內外許多電纜標準又規定，交聯型阻燃料還必須具有良好的耐油、耐溶劑，甚至耐油泥漿、耐酸、堿等性能。這對材料研究者來說是一種挑戰，現在，無論在國內還是在國外，這些要求苛刻的材料都已被開發出來，而它的基料均為EVA。

3.3隔氧層料

絞合好的多芯電纜芯間有許多的空隙需要填充，以保證電纜外觀圓整，如果外護套內的填充采用無鹵阻燃料。這種填充層會在電纜燃燒時，起著隔絕火焰（氧氣）的作用，因而，被業內稱為“隔氧層”。

對于隔氧層料的基本要求是：有良好的擠出性能，良好的無鹵阻燃性能（氧指數通常在40以上）且成本低廉。

這種隔氧層已在線纜行業廣泛使用十多年，它使電纜的阻燃性能得到明顯的改善。隔氧層既可用于無鹵阻燃電纜，也可用于有鹵阻燃（如PVC）電纜。大量的實踐表明，電纜有了隔氧層，更容易通過單根垂直燃燒和成束燃燒試驗。

從材料配方的角度看，這種隔氧層料實際就是“超高填充料”，因為要滿足低成本，就必須采用高填充量，要做到高氧指數也必須添加高比例（2～3倍）的Mg（OH）2或Al（OH）3，而要擠出良好又必須選用EVA為基料。

3.4改性PE護套料

聚乙烯護套料容易出現兩個問題：一是擠出時容易產生熔體破裂（即鯊魚皮）現象；二是容易產生環境應力開裂現象。最簡單的解決辦法是在配方中添加一定比例的EVA。用作改性的EVA多采用低VA含量的牌號，其融熔指數以在1～2之間為宜。

4 發展前景

（1）EVA已廣泛應用于電纜行業，每年的用量在逐步穩定地增長。特別是近十年，由于各國對環保的重視，以EVA為基的阻燃料有了飛速的發展，并有部分取代PVC基電纜料之勢。其優良的性價比和出色的擠出工藝性能是其它任何材料難以替代的。

（2）電纜行業每年耗用的EVA樹脂總量接近十萬噸，所選用的EVA樹脂品種繁雜，VA含量從低到高都會用到，加上電纜料造粒企業規模不大，平攤在每一個企業每年所用的EVA樹脂僅在千噸上下，因而不會被EVA行業的巨型企業所重視。例如目前，用量最大的無鹵阻燃基料，主要選用VA/MI= 2S/2～3的EVA樹脂（如美國杜邦的EVA 265#）。而此規格牌號的EVA至今沒有一個國內廠家能夠生產與供應。更不要說VA含量高于2S，而融熔指數小于3的其它EVA樹脂生產與供應了。

（3）國外企業生產的EVA因在國內無競爭對手，而價格長期高企，嚴重壓制了國內電纜料廠的生產積極性。VA含量超過50％的橡膠型EVM，都被國外某企業獨霸，且售價是VA含量與之相近牌號的2～3倍。這么高的價格，反過來也影響了這種橡膠型EVM的用量，所以電纜行業呼吁國內EVA廠商，提高EVA國產化率。多生產本行業已大量使用的EVA樹脂。

（4）依托于全球化時代的環保浪潮，EVA被電纜行業認為是最佳的環保阻燃料的基料。使用量正以每年15％的速率在增長，前景十分可觀。屏蔽料的用量與增長速率與中、高壓電力電纜的產量和增速同步，大約在S％～10％之間；聚烯烴阻燃料的增速飛快，近幾年都保持在15％～20％之間，而且在可預見的后5～10年，也可能維持此增長速度。

Application and Prospects of EVA in Cable Industry

JIN Biao-yi，WU Chang-shun
（Shanghai Electric Cable Research Institute，Shanghai20093，China）

EVA is a kind of halogen-free polar polymer，which can be compatible with different materials.EVA has good mechanical and physical Properties，high electrical performance，excellent mixing and extruding properties. EVA is an essential base material used in high-voltage cable shields，low smoke zero halogen flame retardant cable and oxygen barrier layer.The consumption of EVA are enormous，that is why EVA has good development prospect.

EVA；high-voltage cable shields；low smoke zero halogen flame retardant cable；oxygen barrier layer

TM215.1

A

1672-6901（2015）02-0034-03

2014-09-30

金標義（1940-），男，教授級高級工程師.

作者地址：上海市軍工路1000號［200093］.