海洋工程塑料橡胶制品调查报告

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　 海洋工程塑料橡胶及产品应用

　2019-11-14

　 2 目录

　一、海洋工程常用塑料橡胶 ........................................... 3 1.高密度聚乙烯 .................................................. 4 2.交联聚乙烯 .................................................... 5 3.尼龙-11 ....................................................... 6 4.聚偏氟乙烯 .................................................... 7 5.耐热聚乙烯 .................................................... 8 6.高相对分子质量高密度聚乙烯 .................................... 8 7.通用型橡胶 ................................................... 10 8.特种型橡胶 ................................................... 11 9.玻璃微珠 ..................................................... 11 10 纤维强化塑料................................................. 12 11.高密度聚乙烯 ................................................ 13 12.玻璃纤维增强聚乙烯 .......................................... 14 13.聚氨基甲酸酯 ................................................ 15 14.碳纤维复合材料 .............................................. 16 非金属挠性软管 .................................................... 17 水上浮筒........................................................... 19 护舷 .............................................................. 19 观光船............................................................. 20 深水网箱、海上平台................................................. 21 防弯器............................................................. 22 限弯器............................................................. 23 VIV 抑制装置 ....................................................... 24

　 3 一、海洋工程常用塑料橡胶 非金属材料在海洋工程及船舶工程中的应用非常广泛，这主要得益于它在海水环境中所表现出来的优异性能。采用非金属材料设计制造的海工装备和海洋船舶可以实现高强度、轻重量、低成本、防腐蚀、低排放、远续航、长寿命、吸振消声、优异舒适性的设计理念，已经成为现代海工行业的理想材料。

　 船舶与海洋工程中使用的非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃钢、混凝土、装饰材料、涂料、木材、玻璃、石油化工产品等。其中高分子材料应用广泛。高分子材料也称聚合物或高聚物，是由许许多多分子量特别大的链状大分子所组成。每个大分子中大量结构相同的单元（称作链节）实质上是一种成几种简单的低分子化合物，它们在共价键的作用下，连接成链状结构，其分子量一般在 103~106之间。高分子材料最典型的代表就是聚乙烯，它的分子是由数量足够多的乙烯小分子打开双键加聚反应后形成的，化学反应方程式如下：

　由此可见，尽管高分子物质的分子量较大，微观结构复杂多变，但仍然有规律可循。因此，可以按照“大分子链的化学组织→大分子链的构型→大分子链的非金属材料有机合成材料（高分子材料）塑料热塑性塑料热固性塑料橡胶合成纤维胶粘剂涂料无机非金属材料硅酸盐材料玻璃水泥绝缘材料耐火材料陶瓷氧化物类陶瓷材料

　 4 构象→大分子链的聚集态→高聚物的高次结构”这样的结构层次来说明高分子结构特点。

　大分子链的空间形象称作构象。由于大分子链是由成千上万个原子经共价键连接而成，而每一个链节均可以在保持其键长和键角不变的前提下自由转动。因此，整个大分子链表现出一定程度的柔顺性。这种分子链的刚柔性对高聚物的性能影响很大，一般来说，刚性分子链使高聚物的强度、硬度和熔点提高，而柔性分子链则增大高聚物的弹性、韧性和流动性等。

　1. 高密度聚乙烯 【英文缩写】HDPE 【常用俗称】低压乙烯 【组成单体】乙烯 【基本特性】高密度聚乙烯是一种不透明白色腊状材料，比重比水轻，比重为 0.941~0.960，柔软且有韧性，比 LDPE 略硬，无毒，无味。

　【燃烧特性】易燃，离火后能继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，燃烧时会熔融，有液体滴落，无黑烟冒出。

　【主要优点】耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良。低温时，仍能保持一定的韧性。表面硬度，拉伸强度，刚性等机械强度高于 LDPE，接近 PP，比 PP 韧性强，但表面光洁度不如 PP。

　【主要缺点】机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，脆性低于PP，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤。难印刷，印刷时，需进行表面放电处理，不能电镀，表面无光泽。

　【应用场合】用于挤出网箱、立管管材，包装薄膜，绳索，编织袋，渔网，水管；注塑低档日用品及外壳，非承载荷构件，胶箱，周转箱；挤出吹塑容器，中空制品，瓶子。

　【注塑工艺】

　HDPE 熔点为 142℃，分解温度为 300℃；注塑温度的可调区间较大。注塑时，使用温度为 180℃--230℃；烯烃类塑料不吸水，所以生产时无需烘干，为保证

　 5 产品质量，可用 60℃温度烘干 1hr，排出浮水；聚乙烯的熔体粘度大，流长比小，薄壁制品可能缺胶，因此，浇口和流道相对较大；制品易带静电，表面易吸埃。收缩率为 16‰；溢边值为 0.05mm。

　供应商及价格：

　茂名石化

　8378 元/吨 韩国 LG 化学

　11076 元/吨 科威特 EQUATE

　8488 元/吨 美国埃克森美孚（沙特）

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　 2. 交联聚乙烯 【英文缩写】XLPE 【组成单体】乙烯 【耐热特性】网状立体结构的 XLPE 的耐热性能优异。在 200℃以下不会分解及碳化，长期工作温度达 90℃，热寿命达 40 年。

　【主要优点】使用温度范围宽，可以在-75℃至-110℃条件下长期使用；交联度高，质地坚实而有韧性，抗内压强度高，20℃时的爆破强度大于 4MPa，95℃时爆破强度大于 2MPa，95℃下使用寿命长达 50 年；耐化学药品腐蚀性好，耐环境应力开裂性优，即使在高温度下也可用于输送多种化学品和具有加速管材应力开裂的多种流体；不生锈，耐腐蚀；内壁表面张力低，可有效防止水垢形成；不霉变，不滋生细菌，完全符合国家标准 GB9687-88 的理化卫生指标；内壁光滑，流体流动阻力小，在相同管径时，输送流体的流量比金属管材大，噪音低；导热系数远低于金属管道，隔热保温性能优良， 用于供热系统时，不需保温，热能损失小；可以任意弯曲，不会脆裂；重量轻，只有钢管的 1/7，搬运方便；安装简便轻松，安装工作量不到金属管的一半。管路接头少，安装成本低。

　【应用场合】由于交联聚乙烯管材料性能优异。具有完全无毒的卫生性，所

　 6 以已经被视为新一代的绿色管材，主要应用在：化工、石油工业流体输送管线，制冷系统及水处理系统管线，民用住宅供暖系统。

　【交联工艺】聚乙烯的交联方法有物理交联（辐射交联）和化学交联两种。化学交联又分为硅烷交联、过氧化物交联。

　辐射交联：将聚乙烯制品，如包覆在导线上的聚乙烯护套、薄膜、薄壁管等产品用γ一射线、高能射线进行照射进行交联（引发聚乙烯大分子产生自由基，形成 C-C 交联链）。交联度受辐射剂量及温度的影响，交联点随辐射剂量的增加而增加，因此通过控制辐射条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。

　化学交联：化学交联则是采用化学交联剂使聚合物产生交联，由线性结构转变为网状结构。交联剂的选择应视聚合物品种，加工工艺和制品性能而定，理想的交联剂除满足一些具体的要求外，还应具有如下基本要求：交联率高，交联结构稳定；加工安全性大，使用方便，加入树脂后的有效期适中，无过早或过晚交联之弊；不影响制品的加工性能和使用性能；无毒、不污染、不刺激皮肤和眼睛。

　供应商及价格：

　天津市永鑫缘塑料制品有限公司

　 10500 元/吨

　3. 尼龙-11 【英文名称】nylon 11;poly-ω-aminoundecanoyl 【基本特性】尼龙 PA11 又称聚ω-氨基十一酰，尼龙 11 的密度为 1.04g/cm3，吸水率 0.1-0.4℅，拉伸强度 47-58MPa，熔点 186～187℃，不溶于一般溶剂，仅溶于间甲苯酚等。

　【主要特性】可耐一般酸、碱和氧化剂；吸水性低，尺寸稳定性好，耐磨性和耐油性良好；质量轻、耐腐蚀、不易疲劳开裂、密封性好、阻力小；耐潮湿、干旱、严寒(-40℃以下)、酷暑(达 70℃)、尘土、海水或含盐分的空气，耐碰撞冲击：耐电弧性及电解腐蚀性好，用作电线电缆防护套可提高电缆的可靠性并延长使用寿命；用作海底光缆、电缆的保护材料时，可减少信号在传输过程中的损失；用 PA11 制作的煤气管道埋设时，因质轻不需起吊装置，接头用胶粘剂直接粘接即可，运输、操作十分方便；PA11 粉末有较好的熔融性、附着性和涂膜的

　 7 均一性；PA11 成膜性好，用作肠衣具有无毒、强度高、耐磨、透气率低等优点。

　【用途】一种热塑性树脂。用于作底光缆、电缆的保护材料，输油管，刹车管，制油管，薄膜，电缆护套，枪托、握把、扳机护圈、降落伞盖等。

　【制备或来源】由ω-氨基十一酸缩聚而得。

　供应商及价格：

　湖北永阔科技有限公司

　1000 元/吨 湖北奥顺生物科技有限公司 1000 元/吨

　4. 聚偏氟乙烯 【英文缩写】PVDF 【常用俗称】低压乙烯 【组成单体】由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成 【基本特性】PVDF 聚偏氟乙烯，外观为半透明或白色粉体或颗粒，分子链间排列紧密，又有较强的氢键，氧指数为 46%，不燃，结晶度 65%~78%，密度为1.77~1.80g/cm3,熔点为 172℃,热变形温度 112~145℃,长期使用温度为-40~150℃。

　【主要优点】可射出及押出之氟化树脂（俗称热可塑性铁氟龙）；极佳的耐化学特性；耐磨，高机械强度及韧度；耐候，抗紫外线及核射线；耐热性佳并有高介电强度。

　【加工方法】PVDF 可用一般热塑性塑料加工方法加工，如挤塑、注塑、浇注、模塑及传递模塑成型，其它加工方法包括加工 PVDF 还可采用浸渍、共挤出、符合等加工工艺。

　【应用场合】PVDF 应用主要集中在石油化工、电子电气和氟碳涂料三大领域，由于 PVDF 良好的耐化学性、加工性及抗疲劳和蠕变性，是石油化工设备流体处理系统整体或者衬里的泵、阀门、管道、管路配件、储槽和热交换器的最佳材料之一。PVDF 良好的化学稳定性、电绝缘性能，使制作的设备能满足 TOCS 以及阻燃要求，被广泛应用于半导体工业上高纯化学品的贮存和输送，采用 PVDF树脂制作的多孔膜、凝胶、隔膜等，在锂二次电池中应用，目前该用途成为 PVDF

　 8 需求增长最快的市场之一。PVDF 是氟碳涂料最主要原料之一，以其为原料制备的氟碳涂料已经发展到第六代，由于 PVDF 树脂具有超强的耐候性，可在户外长期使用，无需保养，该类涂料被广泛应用于发电站、机场、高速公路、高层建筑等。另外 PVDF 树脂还可以与其他树脂共混改性，如 PVDF 与 ABS 树脂共混得到复合材料，已经广泛应用于建筑、汽车装饰、家电外壳等。

　供应商及价格：

　南京百慕达生物科技有限公司

　900 元/吨 上海翼菁实业有限公司

　1000 元/吨

　5. 耐热聚乙烯 【英文缩写】PE-RT 【常用俗称】低压乙烯 【组成单体】乙烯(ethylene)和辛烯的单体经茂金属催化共聚而成 【主要优点】耐高温聚乙烯(PE-RT)管材是聚烯烃类管材、管件、耐温性，耐老化性理想的换代产品，它既具有交联聚乙烯管材耐高温、不结垢的优点，又弥补了交联后的管材不能热熔连接，废品、次品不能再生利用的缺点。与普通PE 管相比，PE-RT 管材保留了热熔连接，卫生、无毒、耐低温、柔性好、易施工的优点，又弥补了 PE 管材高温性能方面的不足、寿命短的缺点，是当前地板采暖用管材中经济适用的新型环保管材 【基本特性】优良的耐温性能，使用范围为-70℃～90℃；优良的隔热性能，导热系数低；较长的使用寿命，可安全使用 50 年以上；抗化学耐腐蚀性能好；良好的恢复形状记忆性能；抗振动，耐冲击；水力特性优良。

　6. 高相对分子质量高密度聚乙烯 【英文缩写】HMWHDPE 【常用俗称】高分子聚乙烯

　 9 【组成单体】乙烯 【基本特性】重均分子量在 200000 和 500000 之间，HMW 聚合物品级是密度范围在 0.944－0.954g／cc 的共聚物。

　【主要优点】

　（1）耐磨特性，抗滑动摩擦能力强。超高分子量聚乙烯管耐磨性高于一般的钢管 4-7 倍，不锈钢的 27.3 倍。是酚醛树脂的 17.9 倍，尼龙六的 6 倍，聚乙烯的 4 倍，年磨损率平均值 0．58mm ,提高了管道的使用寿命。

　（2）耐冲击性，在现有的工程塑料中超高分子量聚乙烯的冲击韧性值最高，其抗冲击强度常温下是 PE100 的 10 倍以上。随着环境温度的降低，其抗冲击性能越强。

　（3）耐腐蚀性能，能耐绝大多数腐蚀性介质和有机溶剂的侵蚀，超高分子量聚乙烯可以在浓度小于 80%的浓盐酸中应用，在浓度小于 75%的硫酸、浓度小于 20%的硝酸中性能相当稳定。

　（4）自润性，自身滑动性能优于用油润滑的钢或黄铜。在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方，超高分子量聚乙烯管自身干润滑性能更好。能运动自如，保护相关工件不磨损或拉伤。摩擦系数只有 0.07~0.12，是普通 PE 的 1/5，新钢管的1/6，橡胶的 1/20。

　（5）无毒性，超高分子量聚乙烯材料是国家已认证的环保材料，无毒无味、防污抗蛀新型热塑性工程塑料。美国食品与药品管理局（FDA）和美国农业部（USDA）允许它用于与食品和药品接触的场合。中国许多城市的主供排水道管都改用超高分子量聚乙烯管。

　（6）耐低温性、抗老化，超高分子量聚乙烯管可长期在-269℃到 80℃的温度下工作，由于分子链中不饱和分子团很少，分子量大，稳定性高，老化速度特别缓慢，使用寿命加长。

　（7）表面非附着性、不结垢，超高分子量聚乙烯管由于摩擦系数小和无极性，具有表面非附着性。

　（8）抗开裂性最优，超高分子量聚乙烯管通过拉伸试验证明，它具有100~300%的延伸率，在承受巨大的外压和内压时或者是弯曲应力也能保持一定的变形而不断裂。

　 10 【应用场合】HMWHDPE 在大型工业吹塑件的成型中，主要用来制作容积 200L以上的大型中空容器、塑料托盘、大型储水罐、储油罐等。

　【生产工艺】高相对分子质量高密度聚乙烯，它是 PE 类的新品种之一，有均聚物与共聚物之分，可以用淤浆法和气相法来生产。聚合反应在低压（0.48~3.1MPa）、低温（80~110℃）和过渡金属催化剂存在下进行，所用催化剂有齐格勒型或以铬氧化物为基础的菲利浦型。共聚单体多为 1-丁烯、1-辛烯等 α-烯烃。

　【成型工艺】HMWHDPE 可以用挤出和吹塑法成型，在挤出成型时，挤出机需要设计强制冷却和进料沟槽的进料段，以提高生产效率，防止聚合物降解并提高材料的进料性能，并且可使挤出量提高 60%以上。

　7. 通用型橡胶

　通用型橡胶的综合性能较好，应用广泛。主要有：

　①天然橡胶 由三叶橡胶树的乳胶制得，基本化学成分为顺-聚异戊二烯。弹性好，强度高，综合性能好。

　②异戊橡胶 全名为顺-1，4-聚异戊二烯橡胶，由异戊二烯制得的高顺式合成橡胶，因其结构和性能与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。

　③丁苯橡胶 简称 SBR，由丁二烯和苯乙烯共聚制得。按生产方法分为乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。其综合性能和化学稳定性好。

　④顺丁橡胶 全名为顺式-1，4-聚丁二烯橡胶，简称 BR，由丁二烯聚合制得。与其他通用型橡胶比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性能好，易与天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等并用。

　⑤氯丁橡胶 简称 CR，由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能，耐油、耐燃、耐氧

　 11 化和耐臭氧。但其密度较大，常温下易结晶变硬，贮存性不好，耐寒性差。

　8. 特种型橡胶 特种型橡胶指具有某些特殊性能的橡胶。主要有：

　①丁腈橡胶 简称 NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。耐油、耐老化性能好，可在 120℃的空气中或在 150℃的油中长期使用，有优良的耐水性、气密性及粘结性能。

　②硅橡胶 主链由硅氧原子交替组成，在硅原子上带有有机基团。耐高低温，耐臭氧，电绝缘性好。③氟橡胶 分子结构中含有氟原子的合成橡胶。通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶 23，是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀。

　④聚硫橡胶 由二卤代烷与碱金属或碱土金属的多硫化物缩聚而成。有优异的耐油和耐溶剂性，但强度不高，耐老化性、加工性不好，有臭味，多与丁腈橡胶并用。此外，还有聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等。

　9. 玻璃微珠

　 12 10 纤维强化塑料 【英文缩写】FRP（Fiber Reinforced Plastics）

　【常用俗称】玻璃钢 【组成单体】玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体 【基本特性】玻璃钢学名纤维增强塑料，俗称 FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP），碳纤维增强复合塑料（CFRP），硼纤维增强复合塑料等。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。纤维（或晶须）的直径很小，一般在 10μm 以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。

　【主要优点】轻质高强，相对密度在 1.5~2.0 之间，只有碳钢的 1/4~1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧 FRP 的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到 400Mpa 以上；耐腐蚀，FRP 是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。电性能好，是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩；热性能良好，FRP 热导率低，室温下为 1.25~1.67kJ/ （m·h·K），只有金属的 1/100~1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在 2000℃以上承受高速气流的冲刷。

　【应用场合】现将玻璃钢主要的应用领域，粗略地概括如下：

　1、建筑行业：冷却塔、玻璃钢门窗、建筑结构、围护结构、室内设备及装饰件、玻璃钢平板、波形瓦、装饰板、玻璃钢盖板、卫生洁具及整体卫生间、桑

　 13 拿浴室、冲浪浴室、建筑施工模板、储仓建筑、混凝土模板、筋材以及太阳能利用装置等。

　2、化学化工行业：耐腐蚀管道、贮罐贮槽、耐腐蚀输送泵及其附件、耐腐阀门、格栅、通风设施，以及污水和废水的处理设备及其附件等等。

　3、汽车及铁路交通运输行业：汽车壳体及其他部件，全塑微型汽车，大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏，小型客货车，以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等。

　4、铁路运输方面，有火车窗框、车内顶弯板、车顶水箱、厕所地板、行李车车门、车顶通风器、冷藏车门、储水箱，以及某些铁路通讯设施等。

　5、公路建设方面，有交通路标、隔离墩、标志桩、标志牌、公路护栏等等，船艇及水上运输行业。

　6、内河客货船、捕渔船、气垫船、各类游艇、赛艇、高速艇、救生艇、交通艇，以及玻璃钢航标浮鼓及系船浮筒等等。

　7、电气工业及通讯工程：有灭弧设备、电缆保护管，发电机定子线圈和支撑环及锥壳，绝缘管、绝缘杆，电动机护环，高压绝缘子，标准电容器外壳，电机冷却用套管，发电机挡风板等强电设备；配电箱及配电盘，绝缘轴，玻璃钢罩等电器设备；印刷线路板、天线、雷达罩等电子工程应用。

　11.高 高 密度聚乙烯 【英文缩写】HDPE 【常用俗称】低压乙烯 【组成单体】乙烯 【基本特性】高密度聚乙烯是一种不透明白色腊状材料，比重比水轻，比重为 0.941~0.960，柔软而且有韧性，但比 LDPE 略硬，也略能伸长，无毒，无味。

　【燃烧特性】易燃，离火后能继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，燃烧时会熔融，有液体滴落，无黑烟冒出，同时，发出石蜡燃烧时发出的气味。

　【主要优点】耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时，仍能保持一定的韧性。表面硬度，拉伸强度，刚性等机械强度都高于 LDPE，接近于 PP，比 PP韧，但表面光洁度不如 PP。

　 14 【主要缺点】机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，脆性低于PP，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤。难印刷，印刷时，需进行表面放电处理，不能电镀，表面无光泽。

　【应用场合】用于挤出网箱、立管管材，包装薄膜，绳索，编织袋，渔网，水管；注塑低档日用品及外壳，非承载荷构件，胶箱，周转箱；挤出吹塑容器，中空制品，瓶子。

　【注塑工艺】HDPE 有数不清的应用，范围从可重复使用的薄壁饮料杯到 5－gsl 罐，消费国内生产的 HDPE 的 1/5。注塑品级一般熔体指数 5～10，有具有韧性较低流动性品级和具有可加工性的较高流动性品级。用途包括日用品和食品薄壁包装物；有韧性、耐用的食品和涂料罐；高抗环境应力开裂应用，如小型发动机燃料箱和 90－gal 垃圾罐。

　一般的 HDPE 熔点为 142℃，分解温度为 300℃；注塑温度的可调区间较大。注塑时，一般使用温度为 180℃--230℃；因是烯烃类塑料，它不吸水，生产时，不需烘干，但为了产品质量，可用 60℃温度烘干 1hr，以排出浮水；聚乙烯的熔体粘度大，流长比小，薄壁制品可能缺胶，因此，浇口和流道相对较大；制品易带静电，表面易吸埃。收缩率为 16‰；溢边值为 0.05mm。

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　8378 元/吨 韩国 LG 化学

　11076 元/吨 科威特 EQUATE

　8488 元/吨 美国埃克森美孚（沙特）

　7580 元/吨 中石化福建炼化

　7879 元/吨

　12. 玻璃纤维增强聚乙烯

　【英文缩写】GFRPE 【组成单体】乙烯、玻璃纤维 【主要用途】玻璃纤维增强聚乙烯具有类似于热塑性工程塑料的特性，可以代替金属和 ABS、

　 15 尼龙等工程塑料，用作管材、管件、支柱、电器制品、汽车部件。

　【主要优点】耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时，仍能保持一定的韧性。表面硬度，拉伸强度，刚性等机械强度都高于 HDPE，材料的热稳定性也因为玻璃纤维的增强有了一定提高。

　13. 聚氨基甲酸酯 【英文缩写】PU 【常用俗称】聚氨酯 【组成单体】二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG）

　【基本特性】一种高分子化合物。1937 年由 O.拜耳等制出此物。聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大类。他们可制成聚氨酯塑料（以泡沫塑料为主）、聚氨酯纤维（中国称为氨纶）、聚氨酯橡胶及弹性体。

　软质聚氨酯（PU）主要是具有热塑性的线性结构，它比 PVC 发泡材料有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性。隔热、隔音、抗震、防毒性能良好。因此用作包装、隔音、过滤材料。

　硬质 PU 塑料质轻、隔音、绝热性能优越、耐化学药品，电性能好，易加工，吸水率低。它主要用于建筑、汽车、航空工业、保温隔热的结构材料。聚氨酯弹性体性能介于塑料和橡胶之间，耐油，耐磨，耐低温，耐老化，硬度高，有弹性。主要用于制鞋工业和医疗业。聚氨酯还可以制作粘合剂、涂料、合成革等。

　【主要优点】具有优良的弹性、伸长率、压缩强度和柔软性，以及良好的化学稳定性。此外，聚氨酯泡沫塑料还有优良的加工性、粘合性、绝热性等性能，属于性能优良的缓冲材料。而聚氨酯弹性体由于其结构具有软、硬 2 个链段，因此可以通过对分子链的设计，赋予材料高强度、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，被称为“耐磨橡胶”的聚氨酯同时具备了橡胶的高弹性和塑料的刚性。

　【应用场合】汽车加工、家具制造加工、石油化工、机械工业、桥梁船舶等

　 16 产业。

　14. 碳纤维复合材料 【英文缩写】CFRP 【组成单体】有机纤维 【基本特性】碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在 90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

　碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

　碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的 1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa 以上，是钢的 7~9 倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa 亦高于钢。因此 CFRP 的比强度即材料的强度与其密度之比可达到 2000Mpa/(g/cm3)以上，而 A3 钢的比强度仅为 59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。

　【主要优点】高强度（是钢铁的 5 倍）；出色的耐热性(可以耐受 2000℃以上的高温)；出色的抗热冲击性；低热膨胀系数(变形量小)；热容量小（节能）；比重小（钢的 1/5）；优秀的抗腐蚀与辐射性能。

　【应用场合】碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

　碳纤维是 50 年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80 年代初期，高

　 17 性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

　 非金属挠性软管

　非金属软管是以纤维增强复合材料作为增强层，和金属软管相比，这种新型软管没有骨架层（carcass），而且抗拉层和抗压层材料均为复合材料，这样整个软管都是非金属材料。现以 Deepflex 公司生产的非金属软管为例，如图 1-8，来说明这种新型软管的优势。Deepflex 的产品内径在 2 英寸到 16 英寸不等，抗压能力到达 15000psi，耐高温环境，而且已经可以在 3000m 水深下使用，而金属软管最大适用水深为 2000m。国内，文登鸿通管材有限公司承接国家 863 项目——海洋深水非金属材料复合管研制课题，已经开展了科研攻关和新产品开发。

　除此之外还有很多优点：

　（1）质量轻，比强度高，采用非金属增强层，质量比金属增强柔性管轻 25%到 50%，这样更适合于深水和超深水环境； （2）采用非金属复合材料层合板，有更好的抗疲劳性能和结构完整性； （3）安装过程更为轻便，安装部署成本低，更为经济； （4）耐高温、耐腐蚀性好。特别是在和海水等腐蚀环境中，抗疲劳寿命更长； （5）耐磨性能好内壁光滑，提高输送原油的流动性，更利于原油输送； （6）整个软管结构都采用非金属材料，导热系数低，保温性能好。

　工程实际表明，深水环境中，海洋立管主要的两个挑战：

　1）较大的轴向拉伸疲劳； 2）内流中硫化氢造成的腐蚀。

　在深水腐蚀环境中，钢的力学性能会大打折扣，特别是当内流温度高，含量较大时。由于金属软管重量较大，在深水环境中，为了减少软管收到的轴向拉力，必须要有大量的浮块绑定在软管上，因此会造成额外的花费。而非金属软管重量轻，抗腐蚀性好，能克服上述缺点。目前，非金属软管能够很好地满足超深水环境，相对于金属软管，优势明显，前景较好。

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　图 1

　 Deepflex 公司非金属软管铺管作业

　下图是非金属软管典型的结构示意图。由内到外依次为，内衬层（LinerExtrusion）、Anti-Extrusion Layer、环向增强层（Hoop Reinforcement）、防磨层（Anti-Wear Layer/Permeated Gas Flowpath ）

　、 Membrane Extrusion 、 拉 力 增 强 层 （ Tensile Reinforcement）、外套层（Jacket Extrusion）。

　多选用高密度聚乙烯（HDPE）、交联聚乙烯（XLPE）、尼龙 11（PA-11）、聚偏氟乙烯（PVDF）、耐热聚乙烯（PE-RT）。

　 19 水上浮筒 浮筒，通过吹塑工艺加工而成，可漂浮在水面上，它采用强韧高分子聚乙烯等材料制成，具有良好的抗侯性及抗冲击破坏性，能防紫外线、防冻、抗海水化学剂油渍等侵蚀。可随着水潮涨落而自动升降，普遍应用于浮桥、浮码头等水上浮动平台项目的建设。另一种浮筒为漂浮在水面上的密闭金属筒，下部用铁锚固定，用来系船或做航标等。

　适用范围：水上平台、游艇码头、水上浮桥、水上休闲平台、快艇码头、浮动码头、观光平台、水上餐厅、水上乐园、水上木屋、水上舞台、海上浴场、水上泳池、轮渡、网箱养殖、施工浮标、光伏电站、工程建设和水上娱乐设施等一系列水上工程。

　产品材质采用高分子量高密度合成材料 HMWHDPE（高分子聚乙烯）生产的新型环保材料, 其中还添加抗紫外线物质,富有足够的韧性、硬度、能经受自然环境变化和低温侵袭，重量轻、浮力大、耐酸碱、零维护、组合变换灵活、寿命长、颜色鲜艳美观、抗腐、防冻、防紫外线抗老化、不受海水、化学品、药剂、油渍及水生物的侵蚀，无污染、不破坏环境，整个浮筒一次成型、无渗水、无存水的问题，并可回收再生利用，已广泛地在国内外应用。

　 护舷

　护舷（fender）又称船的护木，是码头或船舶边缘使用的一种弹性缓冲装置，有木制的、橡胶的。主要用以减缓船舶与码头或船舶之间在靠岸或系泊过程中的冲击力，减小或消除对船舶、码头的损坏。

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　通常橡胶护舷根据结构可分为两大类：实心橡胶护舷（非漂浮型）和漂浮型橡胶护舷。实心橡胶护舷（非漂浮型）是应用历史较早、应用范围广的码头船舶防冲撞设备。根据橡胶护舷受力情况可分为剪切型、转动型和压缩型等；根据护舷的结构，实心橡胶护舷又可分为D 型、锥形、鼓型、扇形、矩形、圆筒形护舷等等。漂浮型橡胶护舷能够自由漂浮于水面，根据其内部缓冲介质的不同可分为：充气型橡胶护舷、填充式橡胶护舷。充气型橡胶护舷是以压缩空气为介质，通过压缩空气做功来消耗碰撞能量。泡沫填充式护舷又称为实心聚氨酯护舷，内部为缓冲介质主要为闭孔发泡材料，例如发泡 EVA、发泡聚氨酯以及发泡橡胶等等。

　观光船 船体采用玻璃钢材料来进行制作而成的，因此，具有很高的强度，且重量比较轻，具有很好的耐腐蚀性能，不怕日晒雨淋，外型美观。电动船表面材料主要是使用高档树脂胶衣进行制作的，休闲观光电动船不仅具有鲜艳靓丽的色泽效果，且使用过程中不会产生褪色等现象，具有经久耐用等特点。玻璃钢电动船是供公园水域、湖泊、水泊、水库、水上游乐的理

　 21 想工具。乘员 4-5 人，船体材质玻璃钢，具有强度高、重量轻、耐腐蚀、不怕日晒雨淋、色彩艳丽、外型美观的特点。维修方便，没有污染，可有游客自行驾驶。

　船体采用双浮联体设计，稳性好。全玻璃钢材料制造。客舱宽敞，观景好。活动棚架，时尚大方。是游玩聚会水上娱乐好选择。

　深水网箱、海上平台 深水网箱养殖容量较大，是具有较强的抗风浪、海流性能的海上养殖设施。深水网箱在拓展养殖海域、减轻沿岸环境压力、提高养殖鱼的质量、增加养殖效益等方面已显示出明显

　 22 的优势。深水网箱于海上平台的框架系统由高强度 HDPE 管材构成，具有良好的强度和韧性。

　防弯器 防弯器（bend stiffener）是一种类似圆锥形的非金属弯曲限制器，其具体的应用模式如图 1.4 所示。一般情况下，防弯器可以分为两段式、三段式以及多段式三种。防弯器一般是由聚氨酯弹性体（polyurethane）制备而成，这种材料具有良好的抗腐蚀、抗老化、抗磨损等优异性能。在防弯器较粗一端的内部，一般都会预埋一个金属法兰盘和螺栓，通过螺栓可以将防弯器连接到柔性管缆接头或浮体上。

　一方面，防弯器可以通过增加柔性管缆的局部刚度，有效地防止柔性管缆在静态应用时发生过度弯曲。同时，防弯器还可以抑制柔性管缆在动态应用过程中的曲率突变，提高柔性管缆的抗疲劳性能。由于防弯器具有易安装、占地小、抗疲劳等优秀的特点，因此它是应用最为广泛的海洋柔性管缆弯曲限制器之一。对于任意一根动态应用的柔性管缆，都需要在其与浮体的连接处安装防弯器，以保证其在剧烈的风、浪、流等外部荷载的作用下不发生过度弯曲失效以及疲劳失效。

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　防弯器（bend stiffener）为动态限弯装置，通常由聚氨酯材料制成，有良好的抗腐蚀、耐高温特性。其可以安装在立管上部与平台的连接处，也可以安装在立管与海底基盘的连接处。其结构为圆锥结构，主要是通过改变立管和防弯器组合结构的刚度，实现了从柔性立管结构到平台刚性结构之间刚度的过度，防止立管发生过度弯曲。同时，防弯器还可以防止立管在交变载荷作用下的疲劳破坏。由于防弯器整体的结构尺寸会对防弯效果有较大影响。合理的结构型式可以保证结构的防弯效果，同时还要保证防弯器整体结构体积适合安装，因此在设计时要对其结构进行详细的设计与分析。

　限弯器 限弯器（bend restrictor）在功能上与喇叭口相同，它是用来防止海洋柔性管缆发生过度弯曲导致弯曲破坏的弯曲限制器之一。一般地，根据所选用材料可将限弯器分为金属限弯器、聚合物限弯器以及混合型限弯器三类，其中金属限弯器所用材料一般为高碳钢材料，而聚合物限弯器所用材料与防弯器类似，也是聚氨酯弹性体。但是由于防弯器和限弯器在功能上的要求不同，对于它们的材料性能要求也大相径庭。

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　 VIV 抑制装置 抑制立管可通过改变结构物表面形状或在结构物表面附加其他装置来破坏漩涡的形成，从而抑制涡激振动，目前国际上主要采用这种方法抑制涡激振动。抑振装置材料多为聚氨酯或碳纤维复合材料。

　不同的被动控制装置破坏尾流区漩涡脱落的形式也不同，1981 年，Zdravkovich 将被动控制装置分为三大类：

　（1）表面突出装置，例如螺旋导板、月牙肋和球形突起等。

　（2）覆盖物，例如轴向杆、轴向板和纱网等。

　（3）尾流翼面，例如整流罩、导流板和飘带等。

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