塑料数据液晶塑料管道

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1、于东明于东明 陈立楠陈立楠曼瑞德集团管道系统事业部曼瑞德集团管道系统事业部预祝预祝20132013（西安）塑料管道国际交流会议圆满成功！（西安）塑料管道国际交流会议圆满成功！液晶聚合物在塑料管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨材制造中应用的探讨液晶聚合物在塑料管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨材制造中应用的探讨液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨前言前言液晶聚合物的分类液晶聚合物的分类 TLCPTLCP的结构与性能的结构与性能 TLCPTLCP的主要用途的主要用途 TLCPTLCP新用途及加工新技术新用途及加工新技术 液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨目 录液晶聚合物在塑料管材制造中应

2、用的探讨前 言液晶聚合物简介液晶聚合物简介 液晶聚合物高强度高模量，液晶聚合物高强度高模量，耐热性优良耐热性优良,线膨胀系数小线膨胀系数小,具有高阻隔性、具有高阻隔性、自阻燃性、自增强性、蠕变可以忽略、熔体粘度低、流动性好、成型收缩自阻燃性、自增强性、蠕变可以忽略、熔体粘度低、流动性好、成型收缩率小、耐化学腐蚀性好和优良的电光性质等。液晶聚合物是一种重要工程率小、耐化学腐蚀性好和优良的电光性质等。液晶聚合物是一种重要工程塑料，也是一种性能独特的塑料加工助剂。塑料，也是一种性能独特的塑料加工助剂。液晶聚合物的主要缺点有：各液晶聚合物的主要缺点有：各向异性、熔接缝强度低和价格高等向异性、熔接缝强度

3、低和价格高等。充分合理利用液晶聚合物的一些优良。充分合理利用液晶聚合物的一些优良性能，在液晶聚合物阻氧塑料管、液晶改性煤矿井下用聚乙烯管、液晶原性能，在液晶聚合物阻氧塑料管、液晶改性煤矿井下用聚乙烯管、液晶原油油井抽油管、低压蒸汽输送管、原油输送管道及其制造，和原位复合技油油井抽油管、低压蒸汽输送管、原油输送管道及其制造，和原位复合技术的应用及塑料管材挤出成型大分子链取向等，作者做了大量有益探索。术的应用及塑料管材挤出成型大分子链取向等，作者做了大量有益探索。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨分 类液晶的分类液晶的分类 液晶有小分子液晶和高分子液晶之分，高分子液晶也称液晶聚液晶有小分子液晶和

4、高分子液晶之分，高分子液晶也称液晶聚合物合物(LCP)(LCP)，是由较小相对分子质量液晶基元键合而成的，液晶基元是是由较小相对分子质量液晶基元键合而成的，液晶基元是导致导致LCPLCP具有液晶特性的根本具有液晶特性的根本液晶聚合物的分类液晶聚合物的分类 液晶聚合物按液晶相的形成分类，有溶致性液晶聚合物（液晶聚合物按液晶相的形成分类，有溶致性液晶聚合物（LLCPLLCP）、热致性液晶聚合物（）、热致性液晶聚合物（TLCPTLCP）和压致性液晶聚合物三大类。）和压致性液晶聚合物三大类。按热变形温度分类，按热变形温度分类，TLCPTLCP一般分为一般分为l l型、型、llll型和型和llllll型

5、，型，液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨结构与性能TLCP的结构与性能的结构与性能 它的分子由刚性棒状大分子链组成，结构上附带一个小的柔性它的分子由刚性棒状大分子链组成，结构上附带一个小的柔性烷烃链，以促使液晶流动，分子上的极性基团保证了液态下分子的有序烷烃链，以促使液晶流动，分子上的极性基团保证了液态下分子的有序排列，分子排列呈一维或二维的远程有序。其具有如下特征：高强度、排列，分子排列呈一维或二维的远程有序。其具有如下特征：高强度、高模量，其力学性能比普通工程塑料要高得多高模量，其力学性能比普通工程塑料要高得多,耐热性优良耐热性优良,线膨胀系线膨胀系数小数小,具有高阻隔性、自阻燃性、自增

6、强性、蠕变可以忽略等特性具有高阻隔性、自阻燃性、自增强性、蠕变可以忽略等特性,熔体熔体粘度低、流动性好、成型收缩率小、耐化学腐蚀性好和优良的电光性质粘度低、流动性好、成型收缩率小、耐化学腐蚀性好和优良的电光性质等。等。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨用 途TLCP的主要用途的主要用途 LCP LCP已经以纤维、复合材料和模制件等应用于航空、航海和汽已经以纤维、复合材料和模制件等应用于航空、航海和汽车工业等。车工业等。另外，另外，TLCPTLCP具备的许多独特的性能使它在塑料加工助剂行业中具备的许多独特的性能使它在塑料加工助剂行业中的应用日益广泛。的应用日益广泛。液晶聚合物在塑料管材制造中应

7、用的探讨新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术 阻氧塑料管、阻氧塑料管、煤矿井下用聚乙烯管、煤矿井下用聚乙烯管、油井抽油管、油井抽油管、蒸汽输送管、蒸汽输送管、原油集输管、原油集输管、原位复合技术与改变热塑性塑料管材挤出成型的熔体流动方向相结合原位复合技术与改变热塑性塑料管材挤出成型的熔体流动方向相结合的挤出涂覆装置等。的挤出涂覆装置等。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术 传统阻氧塑料管的阻氧材料主要为乙烯传统阻氧塑料管的阻氧材料主要为乙烯/乙烯醇共聚物（乙烯醇共聚物（EVOHEVOH）,EVOH,EVOH强度低、

8、耐水性差、透氧率受温度的影响大及与强度低、耐水性差、透氧率受温度的影响大及与POPO管材相容性管材相容性差等，为此差等，为此EVOHEVOH应置于夹层保护下使用。应置于夹层保护下使用。TLCPTLCP没有这些缺点，常用聚合没有这些缺点，常用聚合物阻隔性如下表所示：物阻隔性如下表所示：TLCPTLCP阻氧塑料管及其制造阻氧塑料管及其制造液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨常用聚合物材料的阻隔性比较常用聚合物材料的阻隔性比较聚合物水汽渗透率/g.25m/m2.24 h.atm at 23氧气渗透率/cm3.25m/m2.24 h.atm at 23Nylon 650072PAN9115.2EVOH

9、821.1PET2878HDPE228100PEN9.137PP8.43900PVDC3.38.7LCP0.10.5液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术TLCPTLCP的高阻隔性的高阻隔性LCPLCP的阻氧性约为的阻氧性约为EVOHEVOH的的2 2倍以上。倍以上。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP阻氧塑料管及其制造阻氧塑料管及其制造液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术TLCP/POTLCP/PO合金阻氧塑料及其他制造合金阻氧塑料及其他制造 TLCP TLCP氧气阻隔性、耐水性、抗刮擦能力等都优于氧气阻隔性、耐水性、抗刮擦能力等都优于EVO

10、HEVOH，抗弯折，抗弯折能力又优于铝箔。以能力又优于铝箔。以TLCP/POTLCP/PO合金做氧气阻隔材料，可制成单层或者多合金做氧气阻隔材料，可制成单层或者多层结构氧气阻隔新型塑料管，省却了粘胶剂层和保护层，结构简单、性层结构氧气阻隔新型塑料管，省却了粘胶剂层和保护层，结构简单、性能优秀，制造容易，成本适中。能优秀，制造容易，成本适中。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP阻氧塑料管及其制造阻氧塑料管及其制造液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术 煤矿井下用聚乙烯管对其防静电性、阻燃性要求极高，管材的煤矿井下用聚乙烯管对其防静电性、阻燃性要求极高，管材的设

11、计使用寿命为设计使用寿命为5050年，制造难度极大。年，制造难度极大。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管新用途 新技术（一）聚乙烯的增强（一）聚乙烯的增强 可利用可利用TLCPTLCP的优良性能对聚乙烯进行增强改性：的优良性能对聚乙烯进行增强改性：TLCPTLCP具有异常具有异常规整的纤维状结构特点，具有自增强性，因而不增强的液晶塑料即可达规整的纤维状结构特点，具有自增强性，因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强

12、度及其模量的水平。液晶聚合物与常见塑料管材用树脂拉伸性能比较如表模量的水平。液晶聚合物与常见塑料管材用树脂拉伸性能比较如表2 2。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管TLCPTLCP的可利用性能的可利用性能液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨材料UPVCHDPE*PPTLCP拉伸强度/MPa25.764.58.237.922.741.487148弹性模量/MPa25094301172.31033.4344.51377.91030023000*：含：含MDPELCPLCP与常见塑料管用树脂拉伸性比较与常见塑料管用树脂拉伸

13、性比较液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术（二）取代部分阻燃剂（二）取代部分阻燃剂 可利用可利用TLCPTLCP的自熄性取代部分阻燃剂：在不添加阻燃剂的情况的自熄性取代部分阻燃剂：在不添加阻燃剂的情况下下TLCPTLCP材料对火焰具有自熄性，可达材料对火焰具有自熄性，可达UL-94 V-0UL-94 V-0级的阻燃性，在火焰中级的阻燃性，在火焰中不滴落，不产生有毒烟雾。这在塑料中都是少见的，是防火安全性最好不滴落，不产生有毒烟雾。这在塑料中都是少见的，是防火安全性最好的塑料之一。的塑料之一。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管增强

14、阻燃煤矿井下用聚乙烯管TLCPTLCP的可利用性能的可利用性能液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术 采用原位复合技术制备采用原位复合技术制备HDPE/TLCPHDPE/TLCP合金，对基础树脂合金，对基础树脂HDPEHDPE进行增强进行增强改性，可以使改性，可以使PE100PE100级别得到提升，减少阻燃剂用量免用含卤阻燃剂成级别得到提升，减少阻燃剂用量免用含卤阻燃剂成为可能；为可能；TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管增强阻燃煤矿井下用聚乙烯管TLCPTLCP改性煤矿聚乙烯管的制造改性煤矿聚乙烯管的制造液晶聚合物在塑料管材制造中

15、应用的探讨新用途 新技术 衬衬UHMWPEUHMWPE钢管目前国内外使用量比较大，近年又开始采用衬钢管目前国内外使用量比较大，近年又开始采用衬PEXPEX钢钢管。管。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP油井抽油管油井抽油管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术1.1.耐磨性好，与其它几种材料比较如下图所示。耐磨性好，与其它几种材料比较如下图所示。2.2.耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯，与耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯，与HDPEHDPE十分相近，除浓的强氧化性酸和十分相近，除浓的强氧化性酸和含氯介质外，被公认为耐腐蚀性优秀聚合物。含氯介质外，被公认为耐腐蚀性优秀聚合物。

16、TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP油井抽油管油井抽油管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨优点优点UHMWPEUHMWPE与其他材料耐磨性比较与其他材料耐磨性比较液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术 PEX PEX和和UHMWPEUHMWPE耐热温度比较低，不能采用蒸汽清耐热温度比较低，不能采用蒸汽清蜡，因此只能采用热水清蜡，并且也只能适应浅层油井蜡，因此只能采用热水清蜡，并且也只能适应浅层油井的抽油。的抽油。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP油井抽油管油井抽油管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨不足不足新用途 新技术1 1、

17、TLCPTLCP耐腐蚀性十分优秀。耐腐蚀性十分优秀。2 2、TLCP TLCP 是理想的耐摩擦、是理想的耐摩擦、自润滑、自润滑、抗开裂材料。抗开裂材料。3 3、耐热性超群，按热变形温度分类，、耐热性超群，按热变形温度分类，TLCPTLCP一般分为一般分为l l型、型、llll型和型和llllll型型，如下表。，如下表。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP油井抽油管油井抽油管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨TLCPTLCP的优势的优势 性能类型类型类型热变形温度（）250350180250100200拉伸强度高高低拉伸模量高高低抗冲强度低中高加工性可优优TLCPTLC

18、P的类型的类型液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术 在在TLCP/TLCP/钢复合管的制造中，钢复合管的制造中，TLCPTLCP刚性极强，不能适应现有缩刚性极强，不能适应现有缩颈技术，必须对其进行改性，以降低颈技术，必须对其进行改性，以降低TLCPTLCP的刚性，增加其柔韧性，保的刚性，增加其柔韧性，保持体系较好的耐磨性、耐腐蚀性，又不过多的降低体系的耐热性。持体系较好的耐磨性、耐腐蚀性，又不过多的降低体系的耐热性。TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP油井抽油管油井抽油管液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨TLCPTLCP油井抽油管的制造油井抽油管的制造

19、新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术TLCPTLCP低压蒸汽输送管和原油输送管道低压蒸汽输送管和原油输送管道液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨下图为使用下图为使用1010年后钢管和交联聚乙烯塑料管的断面照片：年后钢管和交联聚乙烯塑料管的断面照片：树脂热变形温度/树脂热变形温度/树脂热变形温度/PAR280PPS240PPI360LCP315PA66GF255PEEK230PBI435PEEKGF310PBP450部分耐高温热性工程塑料的热变形温度部分耐高温热性工程塑料的热变形温度液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨XydarXydar在在135135下的弯曲等应变蠕变曲

20、线下的弯曲等应变蠕变曲线蠕变抗性蠕变抗性液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨 新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术改变改变TLCPTLCP大分子链的取向大分子链的取向液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨 承压管道承受内压力时，管壁中周向应力约为轴向应力的承压管道承受内压力时，管壁中周向应力约为轴向应力的2 2倍。热倍。热塑性塑料管材传统的挤出成型，管壁中周向（环向）强度小于轴向强度，塑性塑料管材传统的挤出成型，管壁中周向（环向）强度小于轴向强度，本文提出的改变本文提出的改变TLCPTLCP大分子链取向，有可能使大分子链取向，有可能使TLCPTLCP高性能得到最大限度的高性

21、能得到最大限度的发挥，并具有普遍意义。发挥，并具有普遍意义。（a）传统方法 （b）新方法热塑性塑料管材挤出成型管壁中大分子链取向示意图热塑性塑料管材挤出成型管壁中大分子链取向示意图液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨 聚酯主链聚酯主链TLCPTLCP的弯曲模量与工程塑料比较的弯曲模量与工程塑料比较液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途及加工新技术原位复合技术原位复合技术液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨 分子复合法又被称为原位复合法，属于塑料自增强改性方法中的一种分子复合法又被称为原位复合法，属于塑料自增强改性方法中的一种。因为。因为TLCPTLC

22、P的分子链具有棒状刚性链或半刚性链的独特结构的分子链具有棒状刚性链或半刚性链的独特结构,在熔融加工过在熔融加工过程中，刚直大分子可沿流动方向上充分高度取向排列，在共混基体中呈微纤程中，刚直大分子可沿流动方向上充分高度取向排列，在共混基体中呈微纤结构，冷却固化后这种刚性增强相被保持下来，故而具有结构，冷却固化后这种刚性增强相被保持下来，故而具有“自增强特性。自增强特性。分子复合增强是纤维增强技术的发展和延续。因为刚性的棒状高分子材分子复合增强是纤维增强技术的发展和延续。因为刚性的棒状高分子材料，可以看成是一种高级纤维，其直径一般为料，可以看成是一种高级纤维，其直径一般为10nm10nm数量级（而

23、增强纤维的数量级（而增强纤维的的直径一般为的直径一般为10m10m左右），并且其分子链的长度又十分的长，长径比较大左右），并且其分子链的长度又十分的长，长径比较大，这种超级纤维以分子水平分散于柔性的高分子基体中，增强改性效果十，这种超级纤维以分子水平分散于柔性的高分子基体中，增强改性效果十分显著。分显著。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨塑料管材挤出涂覆机头及含有挤出涂覆机头的涂覆装置塑料管材挤出涂覆机头及含有挤出涂覆机头的涂覆装置,是把原位复合技术是把原位复合技术直接用于热塑性塑料管材的挤出涂覆成型，大分子链都将基本围绕着管材直接用于热塑性塑料管材的挤出涂覆成型，大分子链都将基本围绕着管材

24、周向排列，管材周向强度大于轴向强度。如下图所示，（周向排列，管材周向强度大于轴向强度。如下图所示，（a a）为涂覆机头和）为涂覆机头和（b b）为导流板。）为导流板。涂覆机头和导流板示意图涂覆机头和导流板示意图 （a）涂覆机头（b）导流板液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨结束LCPLCP是上世纪是上世纪8080年代初问世的高性能特种工程塑料，具有优异的综合性能年代初问世的高性能特种工程塑料，具有优异的综合性能，除了可直接用于高性能制品外，它还是有效的改性增强剂和塑料加工，除了可直接用于高性能制品外，它还是有效的改性增强剂和塑料加工助剂。但因助剂。但因TLCPTLCP价格高昂，性能各向异性等所限，目前还仅局限用于化价格高昂，性能各向异性等所限，目前还仅局限用于化学工业、电子通讯、军工机械、航空航天、汽车制造等高端领域。本文学工业、电子通讯、军工机械、航空航天、汽车制造等高端领域。本文所提供方案得以实现，所提供方案得以实现，TLCPTLCP的应用将可能得到扩大，塑料管材的制造技的应用将可能得到扩大，塑料管材的制造技术亦可能得到提升。术亦可能得到提升。谢谢！