Материал EVA: свойства, производство и применение¶
EVA (этилен-винилацетатный сополимер, также известный как ЭВА) — это термопластичный полимерный материал на основе сополимера этилена и винилацетата, отличающийся эластичностью, мягкостью, устойчивостью к ударам и низким температурам. Широко применяется в обувной промышленности, производстве упаковки, спортивного инвентаря, медицинских изделий и строительных материалов. По химической природе EVA относится к полиолефинам и получается полимеризацией этилена с винилацетатом под давлением в присутствии инициаторов.
¶Состав и структура
Основу материала составляют две мономерные единицы: этилен (C₂H₄) и винилацетат (CH₃COOCH=CH₂). От соотношения этих компонентов зависят ключевые свойства готового полимера. Содержание винилацетата в коммерческих марках EVA обычно составляет от 3 до 40 %, наиболее распространены сополимеры с долей винилацетата 9—18 %.
Чем выше содержание винилацетата, тем:
- мягче и эластичнее материал;
- выше адгезия к другим поверхностям;
- лучше перерабатываемость;
- ниже химическая стойкость к растворителям;
- выше стоимость сырья.
При содержании винилацетата ниже 5 % сополимер приближается по свойствам к полиэтилену низкого давления, а при значениях выше 40 % напоминает каучук.
¶Основные свойства
| Свойство | Характеристика |
|---|---|
| Плотность | 0,92—0,98 г/см³ |
| Температура эксплуатации | от −70 °C до +80 °C (некоторые марки до +120 °C) |
| Прочность на разрыв | 5—25 МПа в зависимости от марки |
| Удлинение при разрыве | 300—800 % |
| Водопоглощение | менее 0,05 % |
| Химическая стойкость | устойчив к кислотам, щелочам, спиртам; неустойчив к ароматическим и хлорированным углеводородам |
Материал обладает низкой плотностью, что делает его одним из самых лёгких термопластов. Он не впитывает воду, сохраняет эластичность при отрицательных температурах, не поддерживает горение (самозатухает), а также демонстрирует хорошую электрическую изоляцию.
¶Производство
Промышленное производство EVA ведётся методом радикальной полимеризации этилена и винилацетата в растворе или в массе при давлении 100—300 МПа и температуре 40—200 °C. В качестве инициаторов используют пероксиды или азосоединения. Получённый сополимер гранулируется и поставляется производителям в виде гранул или порошка.
Для изготовления изделий применяют стандартные технологии переработки термопластов:
- литьё под давлением;
- экструзию;
- формовку;
- вспенивание (при добавлении пенообразователей).
Особенно важна технология вспенивания: вспененный EVA (пенополиэтилен на основе EVA) обладает пористой структурой, малым удельным весом и высокими амортизирующими свойствами. Такой материал получают методом свободного вспенивания гранул при нагреве.
¶Применение
¶Обувная промышленность
Наиболее массовое применение EVA получил в обувной индустрии. Из вспененного материала изготавливают подошвы, стельки и промежуточные подкладки. EVA-подошвы легче традиционных резиновых, обеспечивают амортизацию при ходьбе и беге, не скользят на мокрой поверхности. Материал используется в кроссовках, тапках-сланцах, сандалиях, а также в ортопедических стельках.
¶Упаковка
EVA применяют для производства:
- защитных вкладышей для электроники и оптики;
- амортизирующих обёрток для хрупких изделий;
- гибких футляров и чехлов.
¶Спортивный инвентарь
Из EVA изготавливают покрытия спортивных залов, маты для йоги и фитнеса, элементы защитной экипировки (шлемы, наколенники), а также детали лыжных ботинок и коньков.
¶Строительство
Материал используют в качестве гидроизоляции, теплоизоляции, а также в качестве подложки под напольные покрытия. Вспененный EVA применяют в плавучих конструкциях и спасательных жилетах.
¶Медицина и гигиена
Из EVA производят ортопедические изделия, костыли с мягкими накладками, детские игрушки, а также упаковку для лекарственных средств.
¶Прочее
Материал нашёл применение в производстве спортивных мячей, ручек, клейких лент, а также в полиграфии (как основа для тиснения).
¶Экологические аспекты
EVA, как и большинство термопластов, поддаётся переработке. Отходы производства можно гранулировать и повторно использовать в производстве изделий с менее высокими требованиями. Однако материал не биоразлагаем, а при сжигании выделяет уксусную кислоту и другие продукты окисления, что ограничивает утилизацию открытым способом.
¶Сравнение с аналогами
| Параметр | EVA | Полиэтилен (ПЭ) | Полиуретан (ПУ) | Резина |
|---|---|---|---|---|
| Эластичность | высокая | средняя | высокая | высокая |
| Морозостойкость | до −70 °C | до −60 °C | до −40 °C | до −50 °C |
| Плотность | 0,92—0,98 | 0,91—0,96 | 0,6—1,2 | 1,1—1,5 |
| Лёгкость | высокая | высокая | средняя | низкая |
| Стоимость | средняя | низкая | высокая | средняя |
EVA сочетает в себе лёгкость полиэтилена и эластичность каучука, что и определяет его широкое распространение.
¶История
Сополимер этилена и винилацетата был впервые синтезирован в лаборатории компании DuPont в 1950-х годах. Коммерческое производство EVA началось в начале 1960-х годов. Первоначально материал использовался преимущественно в клеевых составах и упаковке, а массовое применение в обуви началось в 1980-х годах, когда производители спортивной обуви оценили его амортизирующие свойства.
Источники:
- «Полимерная энциклопедия» / под ред. З. А. Роговина
- ГОСТ Р 56583-2015 «Полимеры этиленвинилацетатные. Технические условия»
- «Справочник по полимерам» / под ред. Г. А. Ракова
- DuPont Technical Data Sheets: Elvax® EVA Resins
- Journal of Applied Polymer Science: EVA copolymer properties and applications