İçindekiler tablosu
Etilen-vinil asetat (EVA), tam da klasik polietilenlerin, sert termoplastiklerin veya kırılgan elastomerlerin sınırlarına ulaştığı yerde, yüksek esnekliği, mükemmel sönümleme özellikleri ve olağanüstü geniş bir özellik penceresi ile etkileyici olan yumuşak, yarı kristal bir kopolimerdir. Vinil asetat (VA) içeriği ve çapraz bağlanma derecesi özel olarak ayarlanarak EVA, şeffaf ve yumuşaktan yapısal olarak kararlı ve yüksek yastıklamaya kadar özelleştirilebilir. Bu da onu ayakkabı tabanı, sönümleme elemanları, güneş enerjisi kapsülleri veya esnek filmler gibi alanlarda ilk tercih haline getirmektedir. [1]
Kristallik: esneklik ve sönümlemenin anahtarı
EVA, VA içeriğinin polietilen segmentinin kristalleşmesini önemli ölçüde engellediği etilen ve vinil asetatın rastgele bir kopolimeridir. VA içeriği arttıkça, kristal içeriği saf PE’de yaklaşık %50-60’tan ağırlıkça yaklaşık %40 VA’da neredeyse amorf yapılara düşer ve malzemeyi önemli ölçüde daha yumuşak ve daha kauçuksu hale getirir. [2]
Bu kristallik hem sertliği hem de esnekliği kontrol eder: daha yüksek kristallik mekanik güç sağlarken, daha düşük kristallik belirgin sönümleme ve enerji emilimine yol açar – EVA’nın döngüsel yükler altında, örneğin spor ayakkabılarında veya titreşim pedlerinde bu kadar iyi performans göstermesinin temel nedeni budur. Çapraz bağlı EVA ağlarında (cEVA), kristalin alanlar fiziksel bağlantı noktaları olarak da kullanılabilir ve daha yüksek sıcaklıklarda bile mukavemeti ve boyutsal kararlılığı artırır. [1]
Erime noktası ve termal işlenebilirlik
Bu erime noktası doğrudan kristalinite ve dolayısıyla VA içeriği ile bağlantılıdır. Kristal, PE bakımından zengin EVA kaliteleri yaklaşık 110-120 °C aralığında erime zirvelerine sahipken, erime aralığı yüksek VA içeriklerinde (yaklaşık ağırlıkça %40) yaklaşık 40-60 °C’lik daha geniş ve önemli ölçüde daha düşük bir aralığa kayar. [2]
Pratikte bu, orta düzeyde VA içeriğine sahip EVA kalitelerinin termal esneklik için yeterince yüksek bir erime noktasını ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama veya köpükleme işlemlerinde iyi işlenebilirlikle birleştirdiği anlamına gelir. Çapraz bağlı EVA sistemlerinde, kimyasal çapraz bağlanma tam akışı engellediği için klasik erime noktası daha az önemli hale gelir – ancak termal geçişler erime noktası içinde kalır. DSC sinyali görünür. [1]
Camsı geçiş sıcaklığı ve zayıflama davranışı
Bu cam geçiş sıcaklığı(Tg), VA içeriğine ve ağ morfolojisine bağlı olarak tipik olarak yaklaşık -25 °C ile -30 °C arasındadır, bu nedenle VA içeriğinin Tg üzerindeki etkisi nispeten düşüktür. Dinamik mekanik analizler (DMA) ayrıca iki gevşeme süreci göstermektedir: amorf PE segmentlerine atanan yaklaşık -90 °C civarında derin bir gevşeme ve -32 °C ile -3 °C arasında belirgin bir zayıflama maksimumuyla yaklaşık -50 °C ile +30 °C arasında daha fazla gevşeme. [1]
Bu gevşeme süreçleri sönümleme davranışı için belirleyicidir: Maksimum kayıp faktörü alanında, EVA özellikle yüksek enerji emilimi ve titreşim sönümlemesi gösterir – spor ayakkabılarında, koruyucu dolgularda ve akustik uygulamalarda kullanılmasının temel nedeni budur. Bileşenler özellikle ana gevşemenin sıcaklık penceresinde çalıştırılırsa, ayrı elastomerlere geçmek zorunda kalmadan sönümleme en üst düzeye çıkarılabilir. [5]
Termal stabilite ve bozunma mekanizmaları
Termogravimetrik Araştırmalar EVA için iki aşamalı bir termal bozunma olduğunu göstermektedir: İlk olarak VA segmentlerinin deasetilasyonu yaklaşık 300-410 °C arasında gerçekleşmekte, bunu yaklaşık 420-510 °C arasında etilen omurgasının zincir bozulması izlemektedir.
Bu mekanizma, EVA’nın neden orta işlem sıcaklıklarında (tipik olarak 250 °C’nin altında) güvenli bir şekilde işlenebildiğini, ancak aşırı termal strese maruz kaldığında asetik asit salma ve yapısal bozulmaya neden olma eğiliminde olduğunu açıklamaktadır. [1]
Bu termal kararlılık uygun stabilizatörler ve çapraz bağlama ile önemli ölçüde geliştirilebilir, bu da fotovoltaik laminatlarda, kablo yalıtımında ve yüksek sıcaklıklarda teknik köpüklerde kullanılmasını sağlar. Dinamik olarak termomekanik stresli uygulamalarda, çapraz bağlı EVA kaliteleri, genişletilmiş bir sıcaklık aralığında kararlı modül ve sönümleme özellikleri sağlar. [4]
Kimyasal, UV ve mekanik direnç
Kimyasal olarak EVA suya, birçok polar ortama ve sulu çözeltilere karşı iyi direnç gösterir; güçlü oksitleyici kimyasallar veya belirli organik çözücüler söz konusu olduğunda sınırlamalar vardır. Saf ile karşılaştırıldığında PE dolgu maddeleri ile yapışma ve uyumluluk – bileşikler, yapıştırıcılar ve kompozit sistemler için önemli bir avantaj. [4]
UV maruziyeti altında, özellikle uzun süreli maruziyette sararma, kırılganlık ve mekanik özelliklerde değişiklikler gibi yaşlanma süreçleri meydana gelir. Bu etkiler katkı paketinden büyük ölçüde etkilenir: uygun UV emiciler ve antioksidanlar ile formüle edilmiş EVA kaliteleri önemli ölçüde iyileştirilmiş uzun vadeli direnç sağlar ve bu nedenle PV modülleri, dış mekan tabanları ve contalar gibi dış mekan uygulamaları için uygundur. [3]
Mekanik olarak EVA, özellikle orta ila yüksek VA içerikleri ve/veya çapraz bağlanma ile yüksek darbe dayanımı, iyi yırtılma direnci ve mükemmel esneklik ile karakterize edilir. Yumuşak bir matris ve çapraz bağlı yapıların kombinasyonu, diğer emtia termoplastiklerinin genellikle kapsamadığı bir özellik profili olan eşzamanlı sönümleme ve boyutsal kararlılık sağlar. [4]
EVA çeşitleri: Düşük VA içeriğinden hotmelt'e
EVA’nın değişkenliği üç merkezi kontrol değişkenine dayanmaktadır: VA içeriği, moleküler ağırlık dağılımı ve çapraz bağlanma derecesi. [ 4] Tipik kaliteler kabaca üç gruba ayrılabilir: Düşük VA içeriğine sahip EVA (yaklaşık %4-10) daha çok PE gibi davranır, yarı kristaldir ve mukavemet ile esneklik arasında iyi bir uzlaşma sunar. Orta VA içerikleri (yaklaşık %10-28), filmler ve köpükler için tipik nitelikler olan gelişmiş şeffaflık ve sönümleme ile yüksek oranda esnekleştirilmiş malzemeler sağlar. [ 2] Yüksek VA içerikleri (≥ %30-40), genellikle yapıştırıcı sistemlerde kullanılan çok iyi enerji emilimi ve yapışma özelliğine sahip neredeyse amorf, kauçuk benzeri malzemelerle sonuçlanır. [5]
Örneğin peroksit kullanılarak yapılan kimyasal çapraz bağlama, fotovoltaik modüllerdeki EVA kapsülleyiciler için temel bir tasarım ilkesi olan daha yüksek termal boyutsal kararlılığa, daha yüksek modüle ve gelişmiş uzun süreli dayanıklılığa sahip cEVA ağları oluşturur. EVA ile poliolefinler veya biyopolimerler gibi karışımlar PLA İşleme konseptini temelden değiştirmeden kırılganlığı azaltmak ve özellikle tokluğu ve sönümlemeyi artırmak.
Tipik uygulama alanları: EVA'nın güçlü yönlerini gösterdiği yerler
Yumuşak, yarı kristal yapı, düşük Tg, ayarlanabilir çapraz bağlanma ve iyi yapışma kombinasyonu EVA’yı sönümleme ve esnek uygulamalar için tercih edilen malzeme haline getirmektedir. [5]
Ayakkabı tabanları ve tabanlıkları: EVA köpükleri, özellikle spor ayakkabılarda ve ortopedik tabanlıklarda hafiflik, yüksek enerji emilimi ve düşük yorulmalı yastıklama sunar. Paspaslar, koruyucu pedler ve yüzme yardımcıları gibi spor ve eğlence ürünleri yumuşak his, hoş sıkıştırılabilirlik ve sağlam esneklikten yararlanır. Makineler, araçlar veya elektronik cihazlardaki titreşim ve salınım sönümleyiciler, EVA’nın geniş sönümleme penceresinin yanı sıra termal stabilite ve esnekliğin olası kombinasyonunu kullanır. [5]
Çapraz bağlı EVA’dan yapılan fotovoltaik kapsülleyiciler güneş hücrelerini kapsüller, neme, mekanik strese ve UV ışığına karşı korur ve tanımlanmış modül esnekliğini sağlar. [ 4] Kablo yalıtımı, EVA’nın elektrik yalıtım özelliklerini, düşük sıcaklıklarda esnekliğini ve kimyasal direncini kullanır. EVA bazlı hotmelt yapıştırıcılar yapışma, tokluk ve işleme güvenliğini bir araya getirir ve ambalaj, ahşap ve inşaat sektörlerinde yaygın olarak kullanılır. [5]
Bu senaryoların çoğunda, sönümlemenin düşük sıcaklığa bağımlılığı, düşük Tg ve özelleştirilebilir çapraz bağlanma, bileşenlerin milyonlarca yük döngüsünden sonra bile hala güvenilir bir şekilde çalışıp çalışmadığını belirler – ve EVA’nın işlenmesi zor olan daha kırılgan termoplastiklere veya elastomerlere göre güçlü yönlerini gösterdiği yer burasıdır. [5]
EVA'nın enstrümantal karakterizasyonu
EVA tiplerini özellikle esneklik, sönümleme ve termal direnç açısından optimize etmek isteyen laboratuvar kullanıcıları için kapsamlı termal analizler şarttır. Eşzamanlı Termal Analiz (STA, TGA-DSC), erime süreçleri, kristallik, cam geçişleri ve iki aşamalı termal ayrışma (deasetilasyon, omurga bozulması) tek bir ölçüm çalışmasında belirlenebilir ve doğrudan ilişkilendirilebilir. Buna ek olarak, DSC sistemleri erime ve kristalleşme davranışı, Tg ve entalpilerin yüksek çözünürlüklü analizini sunarken, dilatometri ve termofiziksel ölçüm yöntemleri EVA bileşenlerinin termal genleşme ve ısı transferi açısından tasarımını destekler. Bu temelde, araştırmacılar ve mühendisler EVA formülasyonlarını esneklik ve sönümlemenin yanı sıra uzun vadeli ve süreç kararlılığı açısından uygulama gereksinimlerine tam olarak uyarlayabilirler.
Bibliyografya
[1] Li, G. ve diğerleri (2019): “Poli(etilen-ko-vinil asetat) kopolimerlerinin ve çapraz bağlı analoglarının termal ve mekanik özellikleri.” Polimerler. PMC6631310.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6631310/
[2] Gétenga, C. ve diğerleri (2019): “Etilen-vinil asetat kopolimerlerinin viskoelastisite gelişimi.” Kimya Mühendisliği İşlemleri, Cilt 74, s. 183-188.
https://www.aidic.it/cet/19/74/183.pdf
[3] Jin, J. ve diğerleri (2010): “Farklı vinil asetat içerikli etilen-vinil asetat (EVA) kopolimerlerinin UV yaşlanma davranışı.” Polimer Bozunması ve Kararlılığı.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141391010000911
[4] Renner, K. ve diğerleri (2022): “UV-şeffaf EVA ve POE kapsülleyicilerin çapraz bağlanma kinetiğinin karşılaştırılması.” Polimerler. PMC9003555.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9003555/
[5] Sinocure Chemical (2024): “Çapraz bağlı EVA’larda yaşlanmayı ve sararmayı önlemeye yönelik uygulamalar, faydalar ve stratejiler.”
