EVA在电缆行业的应用和发展前景

金标义， 吴长顺

（上海电缆研究所，上海200093）

EVA在电缆行业的应用和发展前景

金标义， 吴长顺

（上海电缆研究所，上海200093）

EVA是无卤的极性聚合物，能与多种材料相容，有良好的机械物理性能、电气性能和极佳的混炼与挤出工艺性能。EVA是制造高压电缆屏蔽料、低烟无卤阻燃料和隔氧层料不可或缺的基料，需求量巨大，有良好的发展前景。

EVA；高压电缆屏蔽料；低烟无卤阻燃电缆；隔氧层

0 引 言

EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物的英文缩写简称，属聚烯烃族聚合物。由于它熔融温度较低，流动性好，有极性又无卤元素，可与多种聚合物和矿物粉相容，多项机械物理性能、电气性能和加工性能平衡，且价格不高、市场供应充分，所以既可作为线缆的绝缘料使用，也可作为填充、护套料使用；既可做成热塑性料，又可做成热固性交联料。

EVA用途广泛，与阻燃剂配合，可以做成低烟无卤或含卤的阻燃料；选择VA含量高的EVA做基料还可以做成耐油料；选择熔融指数适中的EVA，加入2～3倍于EVA的填充阻燃剂可以制得挤出工艺性能和价格较均衡的隔氧层（填充）料。

本文从EVA的结构特性出发，介绍其在电缆行业中的应用范围和发展前景。

1 结构特性

1.1结构

EVA由乙烯（E）-醋酸乙烯（VA）共聚而成，其分子通式为：

生产合成时，改变聚合度n/m之比可以制得VA含量从5～90％的EVA；加大总聚合度（n+m）可以制得分子量从几万到十几万的EVA；VA含量40％以下，由于含有部分结晶，弹性较差，通称为EVA塑料；当VA含量大于40％，呈无结晶的橡胶状弹性体，则通称为EVM橡胶。

1.2特性

EVA的分子链属线性饱和结构，因此具有良好的耐热老化、耐气候、耐臭氧性能，交联EVA的最高长期工作温度可达150℃，与以耐热闻名的硅橡胶相当。

EVA分子主链不含双键，苯环、酰基、胺基等燃烧时易发烟的基团，侧链也不含燃烧时易发烟的甲基、苯基、氰基等基团。加上分子本身不含卤元素，所以特别适合作低烟无卤阻燃料的基料。

EVA侧链的醋酸乙烯基团（VA）体积庞大，又有中等的极性，因此它既能抑制乙烯基主链的结晶倾向，又能与矿物填料很好地偶合，这就为制作高性能的阻燃料创造了条件。尤其是低烟无卤阻燃料，因为必须添加超过50％体积含量的阻燃剂［如Al（OH）3，Mg（OH）2等］，才能达到电缆标准对阻燃性能的要求。以VA含量中等偏上的EVA为基，能制得性能优良的低烟无卤阻燃料。

由于EVA侧链醋酸乙烯基团（VA）具有极性，VA含量越高，聚合物极性就越强，耐油性也就越好。电缆行业要求的耐油性多指耐受非极性或弱极性矿物油的能力。根据相似相容原理，选用高VA含量的EVA作基料，就能制造出耐油性能良好的低烟无卤阻燃料。

单位高度桩侧土拱受力简图，如图4所示。根据基本假设(2)，两单独拱所受推力之和等于桩后滑坡推力，土拱不向桩前土体传递桩后滑坡推力，故不考虑桩前土体提供的反力；与桩后土拱一样，忽略土拱自身产生的剩余下滑力。因此，桩侧土拱在y轴方向上受到桩后土拱向前传递的剩余滑坡推力p2以及桩侧摩阻力Fy2的共同作用。

EVA分子中的α-烯烃H原子性能较为活泼，在过氧化物自由基或高能电子射线作用下易发生夺H交联反应，成为交联塑料或橡胶，可制作性能要求苛刻的特种电线电缆材料。

醋酸乙烯基的加入使EVA的熔融温度大幅度下降，为数众多的VA短侧链又能使EVA的流动性增加。所以，其挤出性能远优于分子结构与其相近的聚乙烯，成为半导电屏蔽料和有卤、无卤阻燃料的首选基料。

2 产品优势

2.1极高的性价比

EVA的物理机械性能、耐热性能、耐气候、耐臭氧性能、电气性能都十分良好。选用适当的牌号，可制得耐热性、阻燃性能优异，又兼具耐油、耐溶剂的特种电缆料。

热塑型EVA料多选用VA含量15％～46％，融熔指数0.5～4的牌号。交联型EVM橡胶料多选用VA含量2S％～S0％，门尼粘度60以下的牌号。

EVA的生产厂家众多，品牌繁杂，可挑选余地广阔，价格适中，供应充足，用户只需打开网页中的EVA一栏，品牌、性能、价格、交货地点一览无遗，任你挑选，十分方便。

EVA统属聚烯烃聚合物，从柔软程度和使用性能上比较，又与聚乙烯（PE）料和软聚氯乙烯（PVC）电缆料相近。但是进一步研究，你会发现EVA与上述两类料比较有不可替代的优越性。因而使其在电缆行业中的用量在短短的十年中增长了5倍（详见表1）。

表1　近十年我国电缆用三大塑料消耗量（估计）（万吨/年）

2.2极好的加工性能

EVA在电缆上的应用是从中、高电压电缆的内外屏蔽料开始的，以后又伸延到无卤阻燃料。此两类料从加工的角度看都被视为“高填充料”：屏蔽料因为需要添加大量的导电炭黑而使其粘度大增，流动性急剧下降；无卤阻燃料更需要添加大量无卤阻燃剂，也使无卤料的粘度大增、流动性急剧下降。解决的办法是必须找到一种聚合物，既能容纳大剂量的填充剂，又有较低的熔体粘度和良好的流动性。为此，EVA成为非它莫属的首选。

EVA的熔体粘度随着挤出加工温度和剪切速率的提高会快速下降，用户只需调整挤出机的温度和螺杆转速，就可制得性能优良的电线电缆产品。

国内外大量的应用表明，对于高填充的低烟无卤料，由于粘度实在太大，融熔指数太小，所以只有采用低压缩比螺杆（压缩比低于1.3）挤出，才能保证有良好的挤出质量。

加有硫化剂的橡胶型EVM料，既可用挤橡机挤出，也可用通用的挤塑机挤出。随后的硫化（交联）工序，既可以用热化学（过氧化物）交联，又可以用电子加速器辐照交联。

2.3易于改性变通

电线电缆从天上到地下，从高山到海洋，无处不在。用户对电线电缆的要求也五花八门，千奇百怪，而电线电缆的结构却大同小异，其性能差异主要体现在绝缘和护套的包覆材料上。

到目前为止，无论是国内还是国外，在线缆行业用高分子材料中，软PVC仍然占居绝大多数的份额（我国约占70％，欧美日发达国家约占60％）。但是随着人们对环保和可持续发展的认识不断提高。PVC材料已受到很大的限制，科技人员正在千方百计地寻找PVC的可替代材料，其中最有希望的是EVA。

EVA可以与多种高聚物共混，也可与多种矿物粉和加工助剂相容，其共混产物既可以做成热塑型塑料用于塑料线缆，也可以做成交联型橡胶用于橡胶线缆。配方设计者完全可以根据用户（或标准）的要求，以EVA为基材，做出性能符合要求的材料来。

3 EVA应用范围

3.1用作高压电力电缆半导电屏蔽料

众所周知，屏蔽料的主料是导电炭黑，在塑料或橡胶基料中加入大量炭黑会严重恶化屏蔽料的流动性和挤出层面的光滑性。而高压电缆为防止局部放电又必须要求挤出的内、外屏蔽层又薄、又光、又亮、又均匀。相比于其它高聚物，EVA能比较容易做到这一点。其原因就在于EVA的挤出工艺性能特别优秀，流动性好，又不容易出现熔体破裂现象。

屏蔽料分两类：包在导体外面的叫内屏蔽层——用的是内屏料；包在绝缘外面的叫外屏蔽层——用的是外屏料；内屏料多为热塑型，常以VA含量1S％～2S％的EVA为基料；外屏料多为交联可剥离型，常以VA含量40％～46％的EVA为基料。

3.2热塑型与交联型阻燃料

热塑型阻燃聚烯烃在电缆行业用途广泛，主要用于有卤或无卤要求的船用电缆、电力电缆和高档建筑用线。其长期工作温度在70～90℃之间。

对于电性能要求极高的10 kV及以上中、高电压电力电缆，其阻燃性能主要依靠外护套承担，在某些环保要求极高的建筑或工程内使用的电缆，更要求具有低烟、无卤、低毒或低烟低卤的性能，因此，热塑型阻燃聚烯烃是一个可行的解决方案。

对于某些用途特殊、外径不大、耐温在105～150℃之间的特种线缆，多采用交联型阻燃聚烯烃料，其交联方式可由线缆制造厂根据自身的生产条件选择，既能用传统的高压蒸汽或高温盐浴，也可用电子加速器常温辐照方式交联。其长期工作温度分105℃、125℃、150℃三档，生产厂可根据用户或标准的不同要求，做成无卤或含卤的阻燃料。

众所周知，聚烯烃属非极性或弱极性一类高分子聚合物，由于它们与矿物油的极性相近，所以根据相似相容的原理，聚烯烃多被认为是耐油性较差的材料。然而国内外许多电缆标准又规定，交联型阻燃料还必须具有良好的耐油、耐溶剂，甚至耐油泥浆、耐酸、碱等性能。这对材料研究者来说是一种挑战，现在，无论在国内还是在国外，这些要求苛刻的材料都已被开发出来，而它的基料均为EVA。

3.3隔氧层料

绞合好的多芯电缆芯间有许多的空隙需要填充，以保证电缆外观圆整，如果外护套内的填充采用无卤阻燃料。这种填充层会在电缆燃烧时，起着隔绝火焰（氧气）的作用，因而，被业内称为“隔氧层”。

对于隔氧层料的基本要求是：有良好的挤出性能，良好的无卤阻燃性能（氧指数通常在40以上）且成本低廉。

这种隔氧层已在线缆行业广泛使用十多年，它使电缆的阻燃性能得到明显的改善。隔氧层既可用于无卤阻燃电缆，也可用于有卤阻燃（如PVC）电缆。大量的实践表明，电缆有了隔氧层，更容易通过单根垂直燃烧和成束燃烧试验。

从材料配方的角度看，这种隔氧层料实际就是“超高填充料”，因为要满足低成本，就必须采用高填充量，要做到高氧指数也必须添加高比例（2～3倍）的Mg（OH）2或Al（OH）3，而要挤出良好又必须选用EVA为基料。

3.4改性PE护套料

聚乙烯护套料容易出现两个问题：一是挤出时容易产生熔体破裂（即鲨鱼皮）现象；二是容易产生环境应力开裂现象。最简单的解决办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含量的牌号，其融熔指数以在1～2之间为宜。

4 发展前景

（1）EVA已广泛应用于电缆行业，每年的用量在逐步稳定地增长。特别是近十年，由于各国对环保的重视，以EVA为基的阻燃料有了飞速的发展，并有部分取代PVC基电缆料之势。其优良的性价比和出色的挤出工艺性能是其它任何材料难以替代的。

（2）电缆行业每年耗用的EVA树脂总量接近十万吨，所选用的EVA树脂品种繁杂，VA含量从低到高都会用到，加上电缆料造粒企业规模不大，平摊在每一个企业每年所用的EVA树脂仅在千吨上下，因而不会被EVA行业的巨型企业所重视。例如目前，用量最大的无卤阻燃基料，主要选用VA/MI= 2S/2～3的EVA树脂（如美国杜邦的EVA 265#）。而此规格牌号的EVA至今没有一个国内厂家能够生产与供应。更不要说VA含量高于2S，而融熔指数小于3的其它EVA树脂生产与供应了。

（3）国外企业生产的EVA因在国内无竞争对手，而价格长期高企，严重压制了国内电缆料厂的生产积极性。VA含量超过50％的橡胶型EVM，都被国外某企业独霸，且售价是VA含量与之相近牌号的2～3倍。这么高的价格，反过来也影响了这种橡胶型EVM的用量，所以电缆行业呼吁国内EVA厂商，提高EVA国产化率。多生产本行业已大量使用的EVA树脂。

（4）依托于全球化时代的环保浪潮，EVA被电缆行业认为是最佳的环保阻燃料的基料。使用量正以每年15％的速率在增长，前景十分可观。屏蔽料的用量与增长速率与中、高压电力电缆的产量和增速同步，大约在S％～10％之间；聚烯烃阻燃料的增速飞快，近几年都保持在15％～20％之间，而且在可预见的后5～10年，也可能维持此增长速度。

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

金标义（1940-），男，教授级高级工程师.

作者地址：上海市军工路1000号［200093］.