塑料數(shù)據(jù)液晶塑料管道

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1、于 東 明 陳 立 楠曼 瑞 德 集 團(tuán) 管 道 系 統(tǒng) 事 業(yè) 部預(yù) 祝 2013（ 西 安 ） 塑 料 管 道 國(guó) 際 交 流 會(huì) 議 圓 滿 成 功 ！液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 前 言液 晶 聚 合 物 的 分 類 TLCP的 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 TLCP的 主 要 用 途 TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù) 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討目 錄 液 晶 聚 合

2、 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討前 言 液 晶 聚 合 物 簡(jiǎn) 介 液 晶 聚 合 物 高 強(qiáng) 度 高 模 量 ， 耐 熱 性 優(yōu) 良 ,線 膨 脹 系 數(shù) 小 ,具 有 高 阻 隔 性 、自 阻 燃 性 、 自 增 強(qiáng) 性 、 蠕 變 可 以 忽 略 、 熔 體 粘 度 低 、 流 動(dòng) 性 好 、 成 型 收 縮率 小 、 耐 化 學(xué) 腐 蝕 性 好 和 優(yōu) 良 的 電 光 性 質(zhì) 等 。 液 晶 聚 合 物 是 一 種 重 要 工 程 塑 料 ， 也 是 一 種 性 能 獨(dú) 特 的 塑 料 加 工 助 劑 。 液 晶 聚 合 物 的 主 要 缺 點(diǎn) 有 ： 各向 異

3、 性 、 熔 接 縫 強(qiáng) 度 低 和 價(jià) 格 高 等 。 充 分 合 理 利 用 液 晶 聚 合 物 的 一 些 優(yōu) 良性 能 ， 在 液 晶 聚 合 物 阻 氧 塑 料 管 、 液 晶 改 性 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管 、 液 晶 原油 油 井 抽 油 管 、 低 壓 蒸 汽 輸 送 管 、 原 油 輸 送 管 道 及 其 制 造 ， 和 原 位 復(fù) 合 技術(shù) 的 應(yīng) 用 及 塑 料 管 材 擠 出 成 型 大 分 子 鏈 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 應(yīng) 用 的 探 討分 類 液 晶 的 分 類 液

4、 晶 有 小 分 子 液 晶 和 高 分 子 液 晶 之 分 ， 高 分 子 液 晶 也 稱 液 晶 聚合 物 (LCP)， 是 由 較 小 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 液 晶 基 元 鍵 合 而 成 的 ， 液 晶 基 元 是導(dǎo) 致 LCP具 有 液 晶 特 性 的 根 本液 晶 聚 合 物 的 分 類 液 晶 聚 合 物 按 液 晶 相 的 形 成 分 類 ， 有 溶 致 性 液 晶 聚 合 物 （ LLCP） 、 熱 致 性 液 晶 聚 合 物 （ TLCP） 和 壓 致 性 液 晶 聚 合 物 三 大 類 。按 熱 變 形 溫 度 分 類 ， TLCP一 般 分 為 l型 、 ll型 和

5、lll型 ， 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討結(jié) 構(gòu) 與 性 能TLCP的 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 它 的 分 子 由 剛 性 棒 狀 大 分 子 鏈 組 成 ， 結(jié) 構(gòu) 上 附 帶 一 個(gè) 小 的 柔 性烷 烴 鏈 ， 以 促 使 液 晶 流 動(dòng) ， 分 子 上 的 極 性 基 團(tuán) 保 證 了 液 態(tài) 下 分 子 的 有 序排 列 ， 分 子 排 列 呈 一 維 或 二 維 的 遠(yuǎn) 程 有 序 。 其 具 有 如 下 特 征 ： 高 強(qiáng) 度 、 高 模 量 ， 其 力 學(xué) 性 能 比 普 通 工 程 塑 料 要 高 得 多 , 耐 熱 性 優(yōu) 良 ,線 膨

6、脹 系數(shù) 小 ,具 有 高 阻 隔 性 、 自 阻 燃 性 、 自 增 強(qiáng) 性 、 蠕 變 可 以 忽 略 等 特 性 ,熔 體粘 度 低 、 流 動(dòng) 性 好 、 成 型 收 縮 率 小 、 耐 化 學(xué) 腐 蝕 性 好 和 優(yōu) 良 的 電 光 性 質(zhì)等 。 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討用 途 TLCP的 主 要 用 途 LCP已 經(jīng) 以 纖 維 、 復(fù) 合 材 料 和 模 制 件 等 應(yīng) 用 于 航 空 、 航 海 和 汽車 工 業(yè) 等 。 另 外 ， TLCP具 備 的 許 多 獨(dú) 特 的 性 能 使 它 在 塑 料 加 工 助 劑 行 業(yè) 中的 應(yīng)

7、 用 日 益 廣 泛 。 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討新 用 途 新 技 術(shù)TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù) 阻 氧 塑 料 管 、 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管 、 油 井 抽 油 管 、 蒸 汽 輸 送 管 、 原 油 集 輸 管 、 原 位 復(fù) 合 技 術(shù) 與 改 變 熱 塑 性 塑 料 管 材 擠 出 成 型 的 熔 體 流 動(dòng) 方 向 相 結(jié) 合的 擠 出 涂 覆 裝 置 等 。 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討新 用 途 新 技 術(shù)TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù) 傳 統(tǒng) 阻

8、氧 塑 料 管 的 阻 氧 材 料 主 要 為 乙 烯 /乙 烯 醇 共 聚 物 （ EVOH ） ,EVOH強(qiáng) 度 低 、 耐 水 性 差 、 透 氧 率 受 溫 度 的 影 響 大 及 與 PO管 材 相 容 性差 等 ， 為 此 EVOH應(yīng) 置 于 夾 層 保 護(hù) 下 使 用 。 TLCP沒 有 這 些 缺 點(diǎn) ， 常 用 聚 合物 阻 隔 性 如 下 表 所 示 ：TLCP阻 氧 塑 料 管 及 其 制 造 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討常 用 聚 合 物 材 料 的 阻 隔 性 比 較聚 合 物 水 汽 滲 透 率 /g.25 m/ m2.24

9、 h.atm at 23 氧 氣 滲 透 率 /cm3.25 m/ m2.24 h.atm at 23Nylon 6 500 72PAN 91 15.2 EVOH 82 1.1PET 28 78HDPE 22 8100PEN 9.1 37PP 8.4 3900PVDC 3.3 8.7LCP 0.1 0.5 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討新 用 途 新 技 術(shù)TLCP的 高 阻 隔 性LCP的 阻 氧 性 約 為 EVOH的 2倍 以 上 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP阻 氧 塑 料 管 及 其 制 造 液 晶 聚 合 物 在 塑 料

10、 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討新 用 途 新 技 術(shù)TLCP/PO合 金 阻 氧 塑 料 及 其 他 制 造 TLCP氧 氣 阻 隔 性 、 耐 水 性 、 抗 刮 擦 能 力 等 都 優(yōu) 于 EVOH， 抗 彎 折 能 力 又 優(yōu) 于 鋁 箔 。 以 TLCP/PO合 金 做 氧 氣 阻 隔 材 料 ， 可 制 成 單 層 或 者 多層 結(jié) 構(gòu) 氧 氣 阻 隔 新 型 塑 料 管 ， 省 卻 了 粘 膠 劑 層 和 保 護(hù) 層 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 性能 優(yōu) 秀 ， 制 造 容 易 ， 成 本 適 中 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP阻 氧 塑 料 管 及 其

11、 制 造 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討新 用 途 新 技 術(shù) 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管 對(duì) 其 防 靜 電 性 、 阻 燃 性 要 求 極 高 ， 管 材 的 設(shè) 計(jì) 使 用 壽 命 為 50年 ， 制 造 難 度 極 大 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP增 強(qiáng) 阻 燃 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管 新 用 途 新 技 術(shù) （ 一 ） 聚 乙 烯 的 增 強(qiáng) 可 利 用 TLCP的 優(yōu) 良 性 能 對(duì) 聚 乙 烯 進(jìn) 行 增 強(qiáng) 改 性 ： TLCP具 有 異 常規(guī) 整 的 纖 維 狀 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ， 具 有 自

12、 增 強(qiáng) 性 ， 因 而 不 增 強(qiáng) 的 液 晶 塑 料 即 可 達(dá)到 甚 至 超 過 普 通 工 程 塑 料 用 百 分 之 幾 十 玻 璃 纖 維 增 強(qiáng) 后 的 機(jī) 械 強(qiáng) 度 及 其 模 量 的 水 平 。 液 晶 聚 合 物 與 常 見 塑 料 管 材 用 樹 脂 拉 伸 性 能 比 較 如 表 2。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP增 強(qiáng) 阻 燃 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管TLCP的 可 利 用 性 能 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 材 料 UPVC HDPE* PP TLCP拉 伸 強(qiáng) 度/MPa 25.7 64.

13、5 8.2 37.9 22.7 41.4 87 148彈 性 模 量/MPa 2509 4301 172.31033.4 344.51377.9 1030023000*： 含 MDPELCP與 常 見 塑 料 管 用 樹 脂 拉 伸 性 比 較液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) （ 二 ） 取 代 部 分 阻 燃 劑 可 利 用 TLCP的 自 熄 性 取 代 部 分 阻 燃 劑 ： 在 不 添 加 阻 燃 劑 的 情 況下 TLCP材 料 對(duì) 火 焰 具 有 自 熄 性 ， 可 達(dá) UL-94 V-0級(jí) 的 阻 燃 性 ， 在 火

14、焰 中不 滴 落 ， 不 產(chǎn) 生 有 毒 煙 霧 。 這 在 塑 料 中 都 是 少 見 的 ， 是 防 火 安 全 性 最 好 的 塑 料 之 一 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP增 強(qiáng) 阻 燃 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管TLCP的 可 利 用 性 能 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) 采 用 原 位 復(fù) 合 技 術(shù) 制 備 HDPE/TLCP合 金 ， 對(duì) 基 礎(chǔ) 樹 脂 HDPE進(jìn) 行 增 強(qiáng)改 性 ， 可 以 使 PE100級(jí) 別 得 到 提 升 ， 減 少 阻 燃 劑 用 量 免 用 含 鹵 阻

15、 燃 劑 成為 可 能 ；TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP增 強(qiáng) 阻 燃 煤 礦 井 下 用 聚 乙 烯 管TLCP改 性 煤 礦 聚 乙 烯 管 的 制 造液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) 襯 UHMWPE鋼 管 目 前 國(guó) 內(nèi) 外 使 用 量 比 較 大 ， 近 年 又 開 始 采 用 襯 PEX鋼管 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP油 井 抽 油 管 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) 1.耐 磨 性 好 ， 與 其 它 幾 種

16、材 料 比 較 如 下 圖 所 示 。2.耐 腐 蝕 性 僅 次 于 聚 四 氟 乙 烯 ， 與 HDPE十 分 相 近 ， 除 濃 的 強(qiáng) 氧 化 性 酸 和含 氯 介 質(zhì) 外 ， 被 公 認(rèn) 為 耐 腐 蝕 性 優(yōu) 秀 聚 合 物 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP油 井 抽 油 管 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討優(yōu) 點(diǎn) UHMWPE與 其 他 材 料 耐 磨 性 比 較液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) PEX和 UHMWPE耐 熱 溫 度 比 較 低 ， 不 能 采 用

17、 蒸 汽 清蠟 ， 因 此 只 能 采 用 熱 水 清 蠟 ， 并 且 也 只 能 適 應(yīng) 淺 層 油 井的 抽 油 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP油 井 抽 油 管 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討不 足 新 用 途 新 技 術(shù) 1、 TLCP耐 腐 蝕 性 十 分 優(yōu) 秀 。2、 TLCP 是 理 想 的 耐 摩 擦 、 自 潤(rùn) 滑 、 抗 開 裂 材 料 。3、 耐 熱 性 超 群 ， 按 熱 變 形 溫 度 分 類 ， TLCP一 般 分 為 l型 、 ll型 和 lll型， 如 下 表 。TLCP新 用 途 及 加 工 新

18、技 術(shù)TLCP油 井 抽 油 管 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討TLCP的 優(yōu) 勢(shì) 性 能 類 型 類 型 類 型 熱 變 形 溫 度 （ ） 250 350 180 250 100 200拉 伸 強(qiáng) 度 高 高 低拉 伸 模 量 高 高 低抗 沖 強(qiáng) 度 低 中 高加 工 性 可 優(yōu) 優(yōu)TLCP的 類 型 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù) 在 TLCP/鋼 復(fù) 合 管 的 制 造 中 ， TLCP剛 性 極 強(qiáng) ， 不 能 適 應(yīng) 現(xiàn) 有 縮頸 技 術(shù) ， 必 須 對(duì) 其 進(jìn) 行 改 性 ，

19、 以 降 低 TLCP的 剛 性 ， 增 加 其 柔 韌 性 ， 保持 體 系 較 好 的 耐 磨 性 、 耐 腐 蝕 性 ， 又 不 過 多 的 降 低 體 系 的 耐 熱 性 。TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP油 井 抽 油 管 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討TLCP油 井 抽 油 管 的 制 造 新 用 途 新 技 術(shù)TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)TLCP低 壓 蒸 汽 輸 送 管 和 原 油 輸 送 管 道液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討下 圖 為 使 用 10年 后 鋼 管 和

20、 交 聯(lián) 聚 乙 烯 塑 料 管 的 斷 面 照 片 ： 樹 脂 熱 變 形 溫 度/ 樹 脂 熱 變 形 溫 度 / 樹 脂 熱 變 形 溫 度/PAR 280 PPS 240 PPI 360LCP 315 PA66GF 255 PEEK 230PBI 435 PEEKGF 310 PBP 450部 分 耐 高 溫 熱 性 工 程 塑 料 的 熱 變 形 溫 度液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 Xydar在 135 下 的 彎 曲 等 應(yīng) 變 蠕 變 曲 線 蠕 變 抗 性 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用

21、途 新 技 術(shù)TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)改 變 TLCP大 分 子 鏈 的 取 向液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 承 壓 管 道 承 受 內(nèi) 壓 力 時(shí) ， 管 壁 中 周 向 應(yīng) 力 約 為 軸 向 應(yīng) 力 的 2倍 。 熱塑 性 塑 料 管 材 傳 統(tǒng) 的 擠 出 成 型 ， 管 壁 中 周 向 （ 環(huán) 向 ） 強(qiáng) 度 小 于 軸 向 強(qiáng) 度 ，本 文 提 出 的 改 變 TLCP大 分 子 鏈 取 向 ， 有 可 能 使 TLCP高 性 能 得 到 最 大 限 度 的發(fā) 揮 ， 并 具 有 普 遍 意 義 。 （ a） 傳 統(tǒng) 方

22、法 （ b） 新 方 法 熱 塑 性 塑 料 管 材 擠 出 成 型 管 壁 中 大 分 子 鏈 取 向 示 意 圖液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 聚 酯 主 鏈 TLCP的 彎 曲 模 量 與 工 程 塑 料 比 較液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 新 用 途 新 技 術(shù)TLCP新 用 途 及 加 工 新 技 術(shù)原 位 復(fù) 合 技 術(shù) 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 分 子 復(fù) 合 法 又 被 稱 為 原 位 復(fù) 合 法 ， 屬 于 塑 料 自 增 強(qiáng) 改 性 方 法 中 的

23、 一 種。 因 為 TLCP的 分 子 鏈 具 有 棒 狀 剛 性 鏈 或 半 剛 性 鏈 的 獨(dú) 特 結(jié) 構(gòu) , 在 熔 融 加 工 過程 中 ， 剛 直 大 分 子 可 沿 流 動(dòng) 方 向 上 充 分 高 度 取 向 排 列 ， 在 共 混 基 體 中 呈 微 纖結(jié) 構(gòu) ， 冷 卻 固 化 后 這 種 剛 性 增 強(qiáng) 相 被 保 持 下 來 ， 故 而 具 有 “ 自 增 強(qiáng) 特 性 。 分 子 復(fù) 合 增 強(qiáng) 是 纖 維 增 強(qiáng) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 延 續(xù) 。 因 為 剛 性 的 棒 狀 高 分 子 材料 ， 可 以 看 成 是 一 種 高 級(jí) 纖 維 ， 其 直 徑 一 般 為 1

24、0nm數(shù) 量 級(jí) （ 而 增 強(qiáng) 纖 維 的的 直 徑 一 般 為 10 m左 右 ） ， 并 且 其 分 子 鏈 的 長(zhǎng) 度 又 十 分 的 長(zhǎng) ， 長(zhǎng) 徑 比 較 大， 這 種 超 級(jí) 纖 維 以 分 子 水 平 分 散 于 柔 性 的 高 分 子 基 體 中 ， 增 強(qiáng) 改 性 效 果 十分 顯 著 。 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討塑 料 管 材 擠 出 涂 覆 機(jī) 頭 及 含 有 擠 出 涂 覆 機(jī) 頭 的 涂 覆 裝 置 ,是 把 原 位 復(fù) 合 技 術(shù)直 接 用 于 熱 塑 性 塑 料 管 材 的 擠 出 涂 覆 成 型 ， 大 分 子 鏈

25、 都 將 基 本 圍 繞 著 管 材周 向 排 列 ， 管 材 周 向 強(qiáng) 度 大 于 軸 向 強(qiáng) 度 。 如 下 圖 所 示 ， （ a） 為 涂 覆 機(jī) 頭 和（ b） 為 導(dǎo) 流 板 。 涂 覆 機(jī) 頭 和 導(dǎo) 流 板 示 意 圖 （ a） 涂 覆 機(jī) 頭 （ b） 導(dǎo) 流 板 液 晶 聚 合 物 在 塑 料 管 材 制 造 中 應(yīng) 用 的 探 討 結(jié) 束LCP是 上 世 紀(jì) 80年 代 初 問 世 的 高 性 能 特 種 工 程 塑 料 ， 具 有 優(yōu) 異 的 綜 合 性 能， 除 了 可 直 接 用 于 高 性 能 制 品 外 ， 它 還 是 有 效 的 改 性 增 強(qiáng) 劑 和 塑 料 加 工助 劑 。 但 因 TLCP價(jià) 格 高 昂 ， 性 能 各 向 異 性 等 所 限 ， 目 前 還 僅 局 限 用 于 化學(xué) 工 業(yè) 、 電 子 通 訊 、 軍 工 機(jī) 械 、 航 空 航 天 、 汽 車 制 造 等 高 端 領(lǐng) 域 。 本 文 所 提 供 方 案 得 以 實(shí) 現(xiàn) ， TLCP的 應(yīng) 用 將 可 能 得 到 擴(kuò) 大 ， 塑 料 管 材 的 制 造 技術(shù) 亦 可 能 得 到 提 升 。 謝 謝 ！