一种三层复合液晶聚合物增强管材.pdf

本发明公开了一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于：由外层功能材料层、中层为热致性液晶聚合物工程塑料增强层和内层功能材料层三层组成，三层由内至外依次同轴包裹而成，所述中间层在内层管材外缘沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列。本发明提供的复合聚乙烯管利用液晶的强度、耐压特性、聚乙烯高强度高柔韧性和自融合特性，使用专用设备进行液晶缠绕成型，既满足了内外层材料耐磨、耐腐蚀、阻燃、抗静电、超润滑等特殊工况下的使用，又通过液晶聚合物的本身特性提高管道的耐热性及耐压等级，最大可实现20兆帕压力的输水要求。

权利要求书
1.  一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于：由外层功能材料层、 中层为热致性液晶聚合物工程塑料增强层和内层功能材料层三层组成，三层由内 至外依次同轴包裹而成，所述中间层在内层管材外缘沿流动方向形成等距螺旋状 的定向排列。

2.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述中间层采用高温挤出机挤出缠绕而成。

3.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚 乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

4.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静电聚 乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。

5.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述外层功能材料层和内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层。

6.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述外层功能材料层和内层功能材料层为阻燃抗静电聚乙烯层。

7.  根据权利要求1所述的一种三层复合液晶聚合物增强管材，其特征在于： 所述外层功能材料层和内层功能材料层为高分子量聚乙烯层。

8.  一种权利要求1所述的三层复合液晶聚合物增强管材的制备方法，其特 征在于：步骤如下：
⑴使用专用挤出机挤出内层管材；
⑵在内层管材外缘挤出热致性液晶聚合物工程塑料层，其挤出方式为，在内 层管材轴向旋转前进，将热致性液晶聚合物工程塑料受热熔融，在内层管材外缘 沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列，形成一包覆内层管材的中间层，该中间 层保留液晶聚合物沿流动方向的定向排列；
⑶在包覆中层材料后，再在管材外缘挤出外层的功能材料层。

说明书一种三层复合液晶聚合物增强管材
技术领域
本发明属于聚乙烯管材领域，是一种高承压、高耐磨、阻氧、耐高温、高抗 冲击、抗静电阻燃的三层复合液晶聚合物增强管材。
背景技术
目前，聚乙烯管材已成为继PVC之后，世界上消费量第二大的塑料管道品种， 广泛用于给水、农业灌溉、燃气输送、排污、地暖、矿山砂浆输送等工程及油田、 化工及邮电通讯等领域。随着技术进步，很多场合对聚乙烯管道的性能要求增加， 例如：化工管道对防腐蚀性能要求逐渐增加，对管道压力也要求逐渐增大；煤矿 管道对管道的耐压等级要求增加，对输送介质复杂性的要求以及对安全性能要求 增加；石油管道对原油管道寿命的要求、对管道耐腐蚀性的要求以及对管道摩擦 系数要求等都提出了更高的要求,迫切需要一种性能更加有益的管道。
热致性液晶聚合物工程塑料(LCP)在热、电、机械、化学方面优良的综合 性能越来越被广泛认识,被誉为超级工程塑料，已经以纤维、复合材料和注塑件 等于航空、航海、航天等高技术领域得到成功应用。在塑料领域中应用的液晶 聚合物主要就是TLCP，与其它有机高分子材料相比，TLCP具有较为独特的分子 结构和热行为，它的分子由刚性棒状大分子链组成，分子链长径比大，似呈棒 状，受热熔融或被溶剂溶解后形成一种兼有固体和液体部分性质的液晶态。TLCP 的这种特殊相态结构，导致其具有如下特征：高强度高模量机械性能突出、耐热 性高、阻燃性极佳、摩擦磨耗性优良、线胀系数小、尺寸稳定高、阻隔性能超凡、 耐候性耐辐射性好、耐化学腐蚀性突出等优点。
现有的热致性液晶聚合物工程塑料的管道都是沿管壁內缘轴向流动方向形 成管材，轴向排列的能够大幅提高管材的轴向拉力，于径向压力无益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高承压、高耐磨、高抗 冲击、耐高温、抗静电阻燃的三层复合液晶聚合物增强管材。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三层复合液晶聚合物增强管材，由外层功能材料层、中层为热致性液晶 聚合物工程塑料增强层和内层功能材料层三层组成，三层由内至外依次同轴包裹 而成，所述中间层在内层管材外缘沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列。
而且，所述中间层采用高温挤出机挤出缠绕而成。
而且，所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻 燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。
而且，所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻 燃抗静电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。
而且，所述外层功能材料层和内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层。
而且，所述外层功能材料层和内层功能材料层为阻燃抗静电聚乙烯层。
而且，所述外层功能材料层和内层功能材料层为高分子量聚乙烯层。
一种三层复合液晶聚合物增强管材的制备方法，步骤如下：
⑵使用专用挤出机挤出内层管材；
⑵在内层管材外缘挤出热致性液晶聚合物工程塑料层，其挤出方式为，在内 层管材轴向旋转前进，将热致性液晶聚合物工程塑料受热熔融，在内层管材外缘 沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列，形成一包覆内层管材的中间层，该中间 层保留液晶聚合物沿流动方向的定向排列；
⑶在包覆中层材料后，再在管材外缘挤出外层的功能材料层。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的三层复合液晶聚合物增强管材是一种高承压、高耐磨、阻 氧、耐高温、高抗冲击、抗静电阻燃的三层复合液晶聚合物增强管材，可用于地 热、煤矿，供水，以及燃气输送等领域。其原理是利用TLCP(热致性液晶聚合物 工程塑料)高强度、高模量、高耐热、高阻燃、高阻隔、高耐磨、高耐腐蚀、低 蠕变、低热导率等特性，使用专用设备实现液晶聚合物的熔融，克服了现有设备 无法解决TLCP和聚烯烃相容的问题，既满足了内外层材料耐磨、耐腐蚀、阻燃、 抗静电、超润滑等特殊工况下的使用，又通过液晶聚合物的特性，提高管道的耐 热及耐压等级，最大可实现20兆帕压力的输水要求。
2、本发明提供的三层复合液晶聚合物增强管液晶聚合物和聚乙烯塑料进行 复合使用，即可以提高聚乙烯的拉伸强度和弹性模量，又可以增加液晶的适用范 围，同时结合超高分子量聚乙烯以及阻燃抗静电材料，可以获得耐压等级高、适 用性更广的功能管道。
3、本发明的申请人通过在生产过程中的实践，发现当热致性液晶聚合物工 程塑料再内层管材外侧液体流向呈径向排列时，能够将管材的径向耐压力提高 10-20倍这一惊人现象，因此获得了性能更好的管材。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中：1、外层功能材料层；2、热致性液晶聚 合物工程塑料增强层；3、内层功能材料层；其中图中虚线为中间层聚合物熔融 液流动方向，即熔融液的分子取向；
图2为图1的径向剖视图；
图3为图1的轴向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
以下用液晶聚合物的缩写代替“热致性液晶聚合物工程塑料”的全称，热致 性液晶聚合物工程塑料的使用型号Vectra A950，热致性液晶聚合物工程塑料的 说明见附件。
一种三层复合液晶聚合物增强管材，由外层功能材料层1、中间层液晶聚合 物增强层2和内层功能材料层3由内至外依次同轴包裹而成，中间层在内层管材 外缘沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列，形成一包覆内层管材的中间层，该 中间层保留液晶聚合物沿流动方向的定向排列，能够大幅提高管材的径向耐压 力，提高管道径向强度；
所述外层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静 电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。
所述内层功能材料层为超高分子量聚乙烯层、高分子量聚乙烯层、阻燃抗静 电聚乙烯层、阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层中的一层或多层共挤。
所述热致性液晶聚合物工程塑料主要就是TLCP，与其它有机高分子材料相 比，TLCP具有较为独特的分子结构和热行为，它的分子由刚性棒状大分子链组 成，分子链长径比大，似呈棒状，受热熔融或被溶剂溶解后形成一种兼有固体 和液体部分性质的液晶态。液晶材料采用高温挤出机挤出缠绕而成的液晶聚合物 形成均匀的增强层。
本管材的制备方法，步骤如下：
⑴使用专用挤出机挤出内层管材；
⑵在内层管材外缘挤出热致性液晶聚合物工程塑料层，其挤出方式为，在内 层管材轴向旋转前进，将热致性液晶聚合物工程塑料受热熔融，在内层管材外缘 沿流动方向形成等距螺旋状的定向排列，形成一包覆内层管材的中间层，该中间 层保留液晶聚合物沿流动方向的定向排列，能够大幅提高管材的径向耐压力，提 高管道径向强度；
⑶在包覆中层材料后，再在管材外缘挤出外层的功能材料层。
本管材的一种推荐组成为：包括下述重量份的原料：外层：分子量为80-350 万单位的聚乙烯40-80份，内层：阻燃或抗静电材料20-50份，中间层：液晶聚 合物10-30份。采用上述方法制备该管材，管道最大承压20兆帕，可以实现深 井作业，同时超高分子量聚乙烯可在80℃长期使用，有利于矿井深井开发。
本申请提供的管材主要应用于煤矿井下给排水、瓦斯抽放、地热供暖、正压 通风、负压通风，泥浆，砂浆抽放，煤层气输送，高压供水等，主要的三个应用 方向为：
当内层和外层均是阻燃抗静电超高分子量聚乙烯层时，可以作为煤矿井下瓦 斯抽放、给排水、通风以及煤层气输送的气液传送管道，保证管道的阻燃性和抗 静电性能。
当内层和外层均采用普通高分子量聚乙烯时，可以做普通的给排水管道，成 本低，重量轻，耐磨防磨性能好，承压高，适合固定建筑物或封闭空间的给排水 管道使用。
当内层和外层均采用超高分子量聚乙烯层时，其管道耐磨性大增，适合建筑、 采矿上运送砂浆等管道使用。
本发明提供的复合聚乙烯管还具有以下优点：1、中间层采用液晶聚合物大 大提高管材的强度和耐压能力；2、内层采用超高分子量阻燃抗静电聚乙烯，提 高了矿井下水及砂浆对管材的磨损，提高管材寿命；减少瓦斯抽放产生的静电， 避免瓦斯爆炸的风险；3、外层采用阻燃抗静电聚乙烯，避免管道在矿井下碰撞 出电火花，以及避免表面静电积聚，避免瓦斯爆炸的风险。
本申请中内、外层功能材料的介绍如下：
超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简 称UHMWPE)，是分子量150万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—， 密度：0.920～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。
高分子量聚乙烯的分子数量在50-500万分子量。在使用中高分子量聚乙烯 的为耐磨性为主，耐磨损性比碳钢高6-8倍，同时抗冲击性能优良。
阻燃抗静电超高分子量聚乙烯是现有技术中的材料，例如由赵小平夏友林 等公开发表的《防静电阻燃超高分子量聚乙烯材料的研究》，《安徽华工》1995 年02期，中公开的的材料即可。
阻燃抗静电聚乙烯层也是现有技术中的材料，例如由刘罡等公开发表的《阻 燃抗静电聚乙烯塑料的研究》，塑料工业2011年4月第39卷SI，116-119，中 公开的材料即可。