塑料据液晶塑料管道

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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 液液晶晶聚聚合合物物高高强强度度高高模模量量， 耐耐热热性性优优良良, ,线线膨膨胀胀系系数数小小, ,具具有有高高阻阻隔隔性性、自自阻阻燃燃性性、自自增增强强性性、蠕蠕变变可可以以忽忽略略、熔熔体体粘粘度度低低、流流动动性性好好、成成型型收收缩缩率率小小、耐耐化化学学腐腐蚀蚀性性好好和和优优良良的的电电光光性性质质等等。液液晶晶聚聚合合物物是是一一种种重重要要工工程程塑塑料料，也也是是一一种种性性能能独独特特的的塑塑料料加加工工助助剂剂。液液晶晶聚聚合合物物的的主主要要缺缺点点有有：各各向向异异性性、熔熔接接缝缝强强度度低低和和价价格格高高等等。充

3、充分分合合理理利利用用液液晶晶聚聚合合物物的的一一些些优优良良性性能能，在在液液晶晶聚聚合合物物阻阻氧氧塑塑料料管管、液液晶晶改改性性煤煤矿矿井井下下用用聚聚乙乙烯烯管管、液液晶晶原原油油油油井井抽抽油油管管、低低压压蒸蒸汽汽输输送送管管、原原油油输输送送管管道道及及其其制制造造，和和原原位位复复合合技技术的应用及塑料管材挤出成型大分子链取向术的应用及塑料管材挤出成型大分子链取向等等，作者做了大量有益探索，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 液液晶晶有有小小分分子子液液晶晶和和高高分分子子液液晶晶之之分分，高高分分子子液液晶晶也也称称液液晶晶聚

4、聚合合物物(LCP)(LCP)， 是是由由较较小小相相对对分分子子质质量量液液晶晶基基元元键键合合而而成成的的，液液晶晶基基元元是是导致导致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 液液晶晶聚聚合合物物按按液液晶晶相相的的形形成成分分类类，有有溶溶致致性性液液晶晶聚聚合合物物（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，型，液晶聚合物在塑料管材制造中应用的

5、探讨结构与性能TLCP的结构与性能的结构与性能 它它的的分分子子由由刚刚性性棒棒状状大大分分子子链链组组成成，结结构构上上附附带带一一个个小小的的柔柔性性烷烷烃烃链链，以以促促使使液液晶晶流流动动，分分子子上上的的极极性性基基团团保保证证了了液液态态下下分分子子的的有有序序排排列列，分分子子排排列列呈呈一一维维或或二二维维的的远远程程有有序序。其其具具有有如如下下特特征征：高高强强度度、高高模模量量，其其力力学学性性能能比比普普通通工工程程塑塑料料要要高高得得多多, , 耐耐热热性性优优良良, ,线线膨膨胀胀系系数数小小, ,具具有有高高阻阻隔隔性性、自自阻阻燃燃性性、自自增增强强性性、蠕蠕变

6、变可可以以忽忽略略等等特特性性, ,熔熔体体粘粘度度低低、流流动动性性好好、成成型型收收缩缩率率小小、耐耐化化学学腐腐蚀蚀性性好好和和优优良良的的电电光光性性质质等。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 LCPLCP已已经经以以纤纤维维、复复合合材材料料和和模模制制件件等等应应用用于于航航空空、航航海海和和汽汽车工业等。车工业等。 另另外外，TLCPTLCP具具备备的的许许多多独独特特的的性性能能使使它它在在塑塑料料加加工工助助剂剂行行业业中中的应用日益广泛。的应用日益广泛。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨新用途 新技术TLCP新新用途及加工新技术用途

7、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、 原原位位复复合合技技术术与与改改变变热热塑塑性性塑塑料料管管材材挤挤出出成成型型的的熔熔体体流流动动方方向向相相结结合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 传传统统阻阻氧氧塑塑料料管管的的阻阻氧氧材材料料主主要要为为乙乙烯烯/ /乙乙烯烯醇醇共共聚聚物物（EVOHEVOH）,EVOH,EVOH强强度度低低、耐耐水水性性差差、透透氧氧率率受受温

8、温度度的的影影响响大大及及与与POPO管管材材相相容容性性差差等等，为为此此EVOHEVOH应应置置于于夹夹层层保保护护下下使使用用。TLCPTLCP没没有有这这些些缺缺点点，常常用聚合物阻隔性如下表所示：用聚合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 650072PAN9115.2EVOH821.1PET2878HDPE228100PE

9、N9.137PP8.43900PVDC3.38.7LCP0.10.5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 TLCPTLCP氧氧气气阻阻隔隔性性、耐耐水水性性、抗抗刮刮擦擦能能力力等等都都优优于于EVOHEVOH，抗抗弯弯折折能能力力又又优优于于铝铝箔箔。

10、以以TLCP/POTLCP/PO合合金金做做氧氧气气阻阻隔隔材材料料，可可制制成成单单层层或或者者多多层层结结构构氧氧气气阻阻隔隔新新型型塑塑料料管管，省省却却了了粘粘胶胶剂剂层层和和保保护护层层，结结构构简简单单、性性能优秀，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 煤煤矿矿井井下下用用聚聚乙乙烯烯管管对对其其防防静静电电性性、阻阻燃燃性性要要求求极极高高，管管材材的的设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。

11、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 可可利利用用TLCPTLCP的的优优良良性性能能对对聚聚乙乙烯烯进进行行增增强强改改性性：TLCPTLCP具具有有异异常常规规整整的的纤纤维维状状结结构构特特点点，具具有有自自增增强强性性，因因而而不不增增强强的的液液晶晶塑塑料料即即可可达达到到甚甚至至超超过过普普通通工工程程塑塑料料用用百百分分之之几几十十玻玻璃璃纤纤维维增增强强后后的的机机械械强强度度及及其其模量的水平。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。

12、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（二二）取代部分阻燃

13、剂）取代部分阻燃剂 可可利利用用TLCPTLCP的的自自熄熄性性取取代代部部分分阻阻燃燃剂剂：在在不不添添加加阻阻燃燃剂剂的的情情况况下下TLCPTLCP材材料料对对火火焰焰具具有有自自熄熄性性，可可达达UL-94 UL-94 V-0V-0级级的的阻阻燃燃性性，在在火火焰焰中中不不滴滴落落，不不产产生生有有毒毒烟烟雾雾。这这在在塑塑料料中中都都是是少少见见的的，是是防防火火安安全全性性最最好好的塑料之一。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

14、用的探讨新用途 新技术 采采用用原原位位复复合合技技术术制制备备HDPE/TLCPHDPE/TLCP合合金金，对对基基础础树树脂脂HDPEHDPE进进行行增增强强改改性性，可可以以使使PE100PE100级级别别得得到到提提升升，减减少少阻阻燃燃剂剂用用量量免免用用含含卤卤阻阻燃燃剂剂成成为可能；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应用的探讨新用途 新技术 衬衬UHMWPEUHMWPE钢钢管管目目前前国国内内外外使使用用量量比

15、比较较大大，近近年年又又开开始始采采用用衬衬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.耐耐腐腐蚀蚀性性仅仅次次于于聚聚四四氟氟乙乙烯烯，与与HDPEHDPE十十分分相相近近，除除浓浓的的强强氧氧化化性性酸酸和和含氯介质外，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。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

16、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 PEXPEX和和UHMWPEUHMWPE耐耐热热温温度度比比较较低低，不不能能采采用用蒸蒸汽汽清清蜡蜡，因因此此只只能能采采用用热热水水清清蜡蜡，并并且且也也只只能能适适应应浅浅层层油油井井的抽油。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、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

17、、 自润滑、自润滑、 抗开裂材料。抗开裂材料。3 3、耐耐热热性性超超群群，按按热热变变形形温温度度分分类类，TLCPTLCP一一般般分分为为l l型型、llll型型和和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TLCPTLCP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/钢钢复复合合管管的的制制造

18、造中中，TLCPTLCP刚刚性性极极强强，不不能能适适应应现现有有缩缩颈颈技技术术，必必须须对对其其进进行行改改性性，以以降降低低TLCPTLCP的的刚刚性性，增增加加其其柔柔韧韧性性，保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 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

19、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

20、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

21、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 分分子子复复合合法法又又被被称称为为原原位位复复合合法法，属属于于塑塑料料自自增增强强改改性性方方法法中中的的一一种种。因因为为TLCPTLCP的的分分子子链链具具有有棒棒状状刚刚性性链链或或半半刚刚性性链链的的独独特特结结构构, , 在在熔熔融融加加工工过过程程中中，刚

22、刚直直大大分分子子可可沿沿流流动动方方向向上上充充分分高高度度取取向向排排列列，在在共共混混基基体体中中呈呈微微纤纤结结构，冷却固化后这种刚性增强相被保持下来，故而具有构，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。 分分子子复复合合增增强强是是纤纤维维增增强强技技术术的的发发展展和和延延续续。因因为为刚刚性性的的棒棒状状高高分分子子材材料料，可可以以看看成成是是一一种种高高级级纤纤维维，其其直直径径一一般般为为10nm10nm数数量量级级（而而增增强强纤纤维维的的的的直直径径一一般般为为10m10m左左右右），并并且且其其分分子子链链的的长长度度又又十十分分的的长长

23、，长长径径比比较较大大，这这种种超超级级纤纤维维以以分分子子水水平平分分散散于于柔柔性性的的高高分分子子基基体体中中，增增强强改改性性效效果果十十分分显显著。著。液晶聚合物在塑料管材制造中应用的探讨塑塑料料管管材材挤挤出出涂涂覆覆机机头头及及含含有有挤挤出出涂涂覆覆机机头头的的涂涂覆覆装装置置, ,是是把把原原位位复复合合技技术术直直接接用用于于热热塑塑性性塑塑料料管管材材的的挤挤出出涂涂覆覆成成型型，大大分分子子链链都都将将基基本本围围绕绕着着管管材材周周向向排排列列，管管材材周周向向强强度度大大于于轴轴向向强强度度。如如下下图图所所示示，（a a）为为涂涂覆覆机机头头和和（b b）为导流板

24、。）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是是上上世世纪纪8080年年代代初初问问世世的的高高性性能能特特种种工工程程塑塑料料，具具有有优优异异的的综综合合性性能能，除除了了可可直直接接用用于于高高性性能能制制品品外外，它它还还是是有有效效的的改改性性增增强强剂剂和和塑塑料料加加工工助助剂剂。但但因因TLCPTLCP价价格格高高昂昂，性性能能各各向向异异性性等等所所限限，目目前前还还仅仅局局限限用用于于化化学学工工业业、电电子子通通讯讯、军军工工机机械械、航航空空航航天天、汽汽车车制制造造等等高高端端领领域域。本本文文所所提提供供方方案案得得以以实实现现，TLCPTLCP的的应应用用将将可可能能得得到到扩扩大大，塑塑料料管管材材的的制制造造技技术术亦可能得到提升。亦可能得到提升。谢谢！