熔融纺丝速度对中间相沥青炭纤维性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用熔融纺丝法制备出中间相沥青纤维,再经预氧化和炭化处理得到中间相炭纤维。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及纤维拉力仪等手段,研究了熔融纺丝速度对中间相炭纤维直径、内部微观结构、纤维表面微观形貌及纤维力学性能的影响。研究结果表明,随着纺丝速度的增大,中间相沥青纤维平均直径减小,可纺性逐渐下降;当纺丝速度大于330m/min时,中间相炭纤维表面出现纵向纹理缺陷,纤维内部微观结构变得无序;在纺丝速度为330m/min时,炭纤维拉伸强度达到最大值1786MPa,此时纤维直径为11μm。     

煤直接液化沥青制备中间相沥青炭纤维的研究北大核心

中间相沥青基炭纤维的性能直接取决于纺丝用中间相沥青,煤直接液化沥青因其饱和烃含量高,氢碳比高,高温融变性好,硫含量低等优点成为制备纺丝用中间相沥青的优良前驱体。本文以煤直接液化沥青为原料,研究不同热缩聚工艺对中间相沥青组成和结构的影响,通过考察其偏光织构、软化点、喹啉不溶物含量、黏温曲线和纺丝时长等指标综合评价可纺性。采用高低温结合多段聚合工艺制得具有大融并体结构、可纺性优良的中间相沥青,并进一步制得具有理想微观形貌的纤维,其拉伸强度为2.03 GPa,拉伸模量达到581 GPa。     

低软化点可溶性中间相沥青的制备

将AlCl3(10%)催化萘在200℃恒温5 h制得萘的齐聚物,齐聚物主要为萘的三聚体,并含有四聚体和五聚体;然后通过加入不同比例的供氢剂十氢萘在340℃下恒温5 h热缩聚制得中间相沥青。结果表明:当十氢萘加入量为10%时,所得的沥青中间相含量高(100%),残炭率高(64.1%),软化点较低(190℃),可溶性较强(甲苯可溶组分含量为60.4%,吡啶可溶组分含量为80.2%)。     

煤加氢液化残渣制备中间相沥青的研究

对神华煤加氢液化残渣依次使用正庚烷、甲苯、吡啶进行萃取,分别得到正庚烷可溶物(HS)、正庚烷不溶-甲苯可溶物(HI-TS)以及甲苯不溶-吡啶可溶物(TI-PS)3种可溶组分。分别以HI-TS及TI-PS两种组分为原料,采用直接热缩聚法,制备了中间相沥青(MP)。通过偏光显微镜、凝胶渗透色谱(GPC)等仪器分析手段对合成的中间相沥青进行了形貌及组成表征。实验结果表明:HI-TS组分在反应温度380℃,反应时间为6 h,TI-PS组分在反应温度380℃,反应时间4 h,均生成了光学组织结构好、中间相含量近100%的中间相沥青。     

中间相沥青炭纤维研究

本文采用石油重质渣油，通过加压－减压两段热缩聚方法调制中间相沥青，并对其进行了收率测算，元素分析，红外光谱分析、热台偏光显微镜观查等，研究了其组成和结构。将上述纤维经单孔纺丝、预氧化、炭化处理后，利用扫描电镜研究了所得炭纤维的横截面形态结构。实验结果表明：两段式热缩聚可获得中间相含量高、收率、热稳定性及可纺性好的中间相沥青。由该沥青制备的炭纤维横截面呈洋葱皮形态结构，平均直径１０μｍ，拉伸强度１．７８８ＧＰａ，断裂伸长１．１％。     

中间相沥青基炭纤维的研制

对不同的中间相沥青原料进行了微型纺丝机的试纺工作，探讨了中间相沥青的可纺性及炭纤维性能与中间相沥青性能的关系；采用自制的落球粘度计研究了BS－9中间相沥青原料的流变性能随温度变化的规律；同时对以BS－9为原料获得的沥青纤维进行了不熔化、炭化处理，研究了预氧化最终温度对炭纤维性能的影响。研究表明：中间相沥青本身的性质影响其可纺性并最终影响炭纤维的性能，在熔融纺丝过程中，要与纺丝工艺参数相互协调；落球法提供的可纺温度与微型纺丝机的纺丝实验基本吻合，为今后纺丝温度的选取提供了理论依据；不熔化处理温度是影响炭纤维性能的关键因素。以BS－9为原料，在本实验条件下，得到直径为10.03μm、拉伸强度为1.96GPa的沥青基炭纤维。     

煤沥青基高性能炭纤维的研制

本文叙述了在实验室中以太钢改质煤沥青为原料研制高性能沥青炭纤维的过程。通过对初始沥青原料进行溶剂重整预处理、热聚合调制中间相沥青、熔融纺丝、不熔化及炭化处理，制得了强度最高为３９６０ＭＰａ、模量为２６０ＧＰａ的炭纤维。探讨了中间相沥青调制条件、纺丝和不熔化处理条件及形态缺陷对炭纤维质量的影响。     

氧化速率对石油基中间相沥青炭纤维结构和性能的影响北大核心

以石油基中间相沥青为原料制备高性能沥青炭纤维,重点探究预氧化过程中升温速率对中间相沥青炭纤维结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪、纤维强伸度仪等分析手段研究了不同氧化速率下纤维的微观形貌、氧含量及分布、力学和导热性能。结果表明:随着氧化速率从0.5℃/min增大到1.3℃/min,石墨纤维均呈现大角度劈裂,热导率和拉伸强度出现先增大后减小的趋势。氧化速率越慢,中间相沥青纤维横截面上的氧含量分布越均匀,更容易获得综合性能更高的纤维。但是,过度氧化会导致沥青分子的氧化分解,从而降低纤维的热导率和拉伸强度。在0.7℃/min氧化速率下纤维皮芯结构效应最弱,石墨纤维性能最佳,热导率及拉伸强度分别为1029 W/(m·K)和3.09 GPa。     

硫化法调制可纺性煤焦油沥青

研究了软化点在250℃～280℃范围内的硫化沥青的制备,发现以其为原料制备的炭纤维的抗张强度高达900MPa,抗张模量达40GPa。结果表明：硫化法调制的高软化点煤沥青,可纺性好,制得的炭纤维性能优良,工艺简单,易于工业放大。     

可溶性中间相沥青的制备研究

以净化沥青为原料 ,采用四氢萘高压氢化处理制取了氢化沥青 ,氢化沥青 H/ C原子比提高 14 %左右 ,最佳氢化温度为 4 2 0℃。以氢化沥青为原料 ,炭化热处理制备了中间相沥青 ,对炭化温度和恒温时间进行了优化选择 ,在 4 0 0℃下对氢化沥青炭化热处理 3h(升温速率为 2℃ / min) ,可制得喹啉可溶物 (QS)高达 85 %以上、TI含量为 71%和 β树脂含量为 5 8%的可溶性中间相沥青。     

经甲苯刻蚀后中间相沥青的低温转化行为 (2)中间相沥青族组成对其性质的影响

考察了经甲苯刻蚀后中间相沥青性质的变化规律，包括软化点、各向异性含量及其形态的变化．研究结果表明．甲苯可溶组份含量的微小变化对中间相沥青性质的影响是巨大的，太高或太低的甲苯可溶组份含量都不利于中间相的良好“发育”。当甲苯可溶组份含量合适时，不仅能够提供一个合适的粘度范围，使平面大分子顺利完成有序排列，而且尺寸相对较小的TS分子也能参与这种有序排列，最终形成熔融流动性好的大域体（各向异性等色区面积超过300×100μm）中间相沥青     

高导热炭纤维复合材料的制备及其性能研究

以聚苯硫醚为基体,中间相沥青基炭纤维为增强材料,采用热压成型工艺制备高导热炭纤维复合材料。研究了不同炭纤维含量对聚苯硫醚基复合材料结构和性能的影响。通过XRD、SEM、TEM等手段对材料微观结构进行观察分析,并测试复合材料的力学性能和导热性能。结果表明:不同炭纤维含量对复合材料性能影响不同。随着炭纤维含量的增加,力学性能随之降低,导热率随之升高。纤维含量为5%时,复合材料拉伸强度最高为45.17 MPa,弯曲强度最高为82.24 MPa,导热率最低为0.82W/m·K;纤维含量为20%时,复合材料拉伸强度最低为30.57 MPa,弯曲强度最低为69.36 MPa,导热率最高为1.88 W/m·K。通过微观形貌分析得出炭纤维结合能低,惰性高,与基体结合不够紧密。     

以煤沥青为原料制备高性能无黏结剂炭材料

以煤沥青为原料,利用热缩聚搅拌法制备中间相原料,并对中间相原料进行预处理,以及后续的粉体制备、成型、烧结等工序制备无黏结剂炭材料。实验表明,炭粉A和树脂A的加入对中间相原料的制备有明显的催化作用,而搅拌对中间相原料的制备过程至关重要。研究还比较了不同预处理时间对中间相原料自烧结性能的影响,结果表明,氧化时间为120min的中间相原料制得的炭材料体积密度为1.61g/cm3,抗折强度为78MPa,抗压强度为152MPa。     

热缩聚工艺条件对中间相碳微球形成的影响

以中温煤沥青为原料采用常压热缩聚工艺制备中间相炭微球。考究了不同聚合条件对中间相碳微球收率及形态的影响，从而找出制备中间相碳微的最佳工艺中每。     

纺丝温度对中间相沥青炭纤维结构性能的影响

以萘催化合成中间相沥青(MP-1)和热缩聚法制备中间相沥青(MP-2)两种中间相沥青为原料,对其进行簇组成分析、偏光显微镜观察及红外光谱分析,研究其组成及结构.采用实验室气压式单孔纺丝装置在不同温度下对两种中间相沥青进行熔融纺丝,探讨纺丝温度对炭纤维结构及性能的影响.研究表明:MP-1低温获得无规结构,高温出现中心放射状边缘洋葱皮混合结构;MP-2随纺丝温度升高依次出现无规结构、准洋葱皮结构和洋葱皮结构.中间相沥青原料的性质影响着纤维截面结构随纺丝温度变化的规律.     

共炭化沥青的中间相形成及转化行为

煤焦油沥青与两种重质油(蒽油,三线芳烃)共炭化反应,制得改性沥青。用热台显微镜和偏光显微镜技术研究了改性沥青的中间相形成及其转化特征,发现共炭化沥青具有较原料沥青更好的热行为。与三线芳烃形成的共炭化沥青改性效果显著,中间相生长均匀,最终形成广域融并体结构,有希望作为制备高性能炭纤维的原料。     

大庆FCC油浆富芳馏分制备中间相沥青及其性能

经分析考察可知，FCC油浆经糠醛多级溶剂抽提后所得的富芳馏分（FCCRF）有着作为中间相沥青原料的优秀性能，从热台显微镜可以明显地看到最终形成的中间相呈广域流线型大融并体，且粘度较低，流动性能好，可溶性强，是纺制炭纤维的优质中间相体。实验考察了以FCCRF为原料用热处理的方法制备中间相沥青，测试了其可纺性能，结果表明以FCCRF油浆为原料所制得的中间相沥青呈大融并体状，软化点低，其粘温曲线中存在较大的平稳流动区域，可纺性能好。     

以石脑油裂解焦油为原料制备通用级沥青炭纤维的研究

辽化化工实验二厂利用本厂石脑油裂解焦油为原料,通过热致改性法获得四种不同软化点的沥青,与北京化工大学协作,由该校采用改性后三种沥青进行炭纤维的开发研究,经熔融纺丝、氧化、炭化等工序,研制出石脑油通用级沥青炭纤维制品,其中改性5号料的制品性能最佳,获得直径为9.6μm、拉伸强度1 127MPa、拉伸模量50.7GPa,均匀柔软的通用级沥青炭纤维.其性能优于国内同类产品,和国外同类产品相比属优级行列.     

2种煤沥青的中间相热聚合行为研究

以中温煤沥青(MTCP)和改质煤沥青(MCP)为原料，采用热聚合反应方法，在相同的反应时间下，研究不同反应温度下2种煤沥青的中间相热聚合行为。采用软化点仪、偏光显微镜、X射线粉末衍射仪(XRD)以及激光共焦拉曼光谱仪(Raman)对中间相沥青表征和分析。结果表明，2种煤沥青在相同工艺条件下呈现出相似的中间相聚合行为。偏光显微镜照片说明2种煤沥青聚合所得到的中间相类型均为镶嵌结构。XRD与Raman分析表明随着聚合温度的升高，中间相沥青内部芳香片层分子的取向性更好，排列更为规整。MTCP经过430℃、8 h聚合，可制备软化点为319℃的中间相含量高于80%的中间相沥青；MCP经过420℃、8 h聚合，可制备软化点316℃,中间相含量高于80%的中间相沥青。     

炭质中间相的历史和展望

0 前言炭质中间相的研究是从对煤炭结焦过程的研究开始的。在 Brooks 和 Taylor 以后对经热处理的沥青中的中间相进行了大量研究。除了不溶和不熔组分外,中间相还有可溶和可熔组分。对喹啉可溶及喹啉不溶的中间相的物化性质和用热台偏光显微镜观察得到的中间相热处理性质进行了评价。目前中间相的用途是制取高性能沥青炭纤维和作为高效液相色谱担体的中间相碳微珠。中间相未来的用途取决于对其性质的控制.本文叙述了炭质中间相的历史和展望。