煤沥青基中间相沥青的制备研究

以纯化的煤焦油沥青为原料,考察了热聚合温度和恒温时间对中间相沥青的收率、光学显微形态、软化点和族组成的影响.结果表明:反应温度在420℃,恒温5 h时得到了软化点为312℃的流线体型中间相沥青,其收率为79.1%;热聚合反应在相对较低的温度400℃,反应时间为10 h时形成了软化点为305℃、收率为81.4%的优质广域型可纺性中间相沥青.对该原料煤沥青而言,通过控制热聚合反应温度和恒温时间可以达到制备优质中间相的目的.     

煤沥青及其改性后中间相的转化行为研究

以煤沥青(CTP)和改性沥青(MCTP)为原料,在氮气保护下,采用热聚合的方法,制备出两种中间相沥青(MPPA和MPPB),采用FTIR与热分析对CTP与MCTP的中间相转化行为进行了研究.通过偏光显微镜分析,MPPA为镶嵌结构,MPPB为流域结构,对两种中间相沥青进行XRD分析,发现MPPB比MPPA具有较好的晶态结构.     

热聚合温度对煤液化沥青制备中间相沥青的影响

为制备优质的中间相沥青,以煤液化沥青为原料,在不同热聚合温度下制备中间相沥青,采用偏光显微镜、红外光谱仪、XRD、热分析等测试仪器对所得中间相沥青进行分析和表征。结果表明,温度对中间相沥青的收率、形貌和结构影响显著。随着温度升高,中间相沥青的收率降至86.2%,H含量降至3.96%,S含量有所下降,残炭率增大;中间相小球体的尺寸增大,逐渐出现融并现象,最终形成广域型中间相;煤液化沥青中的稠环芳烃、芳香烃的含量明显增加,烷烃成分则明显减少;煤液化沥青中的无定型区含量减少,分子的排列与取向性变好。选择低的热缩聚温度(410~420℃),适当延长反应时间有利于反应方向的控制,从而达到制备优质中间相的目的。     

煤焦油基沥青的热缩合聚合反应研究

本文以改质沥青为原料,采用直接热缩合聚合和催化热缩合聚合反应的方法,在高压反应釜中,氮气气氛保护进行热缩合聚合反应,合成出沥青中间相。考查了不同热缩合温度和不同恒温时间对合成煤沥青中间相的影响,用软化点测定仪对煤沥青的软化点进行了测定,并利用偏光显微镜对中间相的光学结构进行了观察。研究结果表明:采用直接热缩合聚合反应,在热缩合温度400℃下,恒温时间为5h,得到软化点为250℃的光学各向异性含量较高的优质中间相。催化热缩合可以降低煤沥青热缩合聚合反应的温度,控制反应温度为330℃,反应时间7h时,得到软化点263℃的光学各向异性含量较高的优质中间相。     

含碳耐火材料用中间相沥青的制备

以中温煤沥青为原料,通过热聚合-溶剂抽提法制备了中间相沥青,并考察了热聚合工艺参数(升温速率、热聚合温度和时间)对中间相形成的影响.采用热分析仪和红外光谱仪分析了热聚合前后沥青的热性能和结构变化,并在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察了中间相沥青炭化前后的微观结构.结果表明,热聚合工艺参数直接影响热聚合反应过程及热聚合沥青的结焦值和中间相的产率,最佳热聚合条件为:3.5℃/min,440℃,10 h(升温速率、热聚合温度和时间).制得的中间相沥青结焦值为85.5%,热裂解温度在300 ℃以上,炭化结构为薄带状叠合的板状炭质结构.     

新型中间相炭微球的制备及表征

采用甲醛对煤沥青进行聚合改性,然后经热聚合工艺制备中间相炭微球(MCMB),并对MCMB的结构及性能进行了研究.采用偏光显微镜和XRD对MCMB的结构进行分析,采用SEM对所制备的MCMB形貌进行分析,采用TGA对MCMB的热行为进行分析.结果表明,所制备的MCMB收率达35.1%,其平均粒径约为10μm,MCMB表面聚集了粒径小于0.5μm的小球;粒径较小的MCMB在偏光显微镜下不呈现各向异性;MCMB的平均微晶层间距距d002为0.342 0 nm,平均微晶高度Lc为3.42 nm,平均微晶大小La为2.38 nm;MCMB的5%(质量分数)热分解温度为618℃,整个过程的总失重率为15.12%.     

煤沥青热聚合研究

以煤沥青为原料,采用直接热聚合工艺制备出优质中间相沥青。研究了热聚合温度及保温时间对中间相沥青族组成及光学组织结构等性能的影响,并对反应机理进行了深入研究,得到了制备中间相沥青的最佳工艺条件。研究表明,在一定条件下,通过热聚合,在低温、长时间或高温、短时间都能制备优质中间相沥青。在360℃、5 h条件下制备的中间相球晶较小,分布较分散;而在380℃、4 h条件下制备的球晶较大,分布较集中。制备的中间相可作为高级炭材料的优质前躯体,为制取高质量的新型炭材料提供了一条新的途径,对煤炭资源的综合利用具有十分重要的意义。     

高软化点包覆沥青的制备与表征

以净化缩聚沥青(中间相碳微球生产中的母液沥青)为原料,通过空气氧化法制备高软化点包覆沥青。通过单因素法,考察了空气流量、反应温度、反应时间对包覆沥青的基本性质(工业分析指标和光学显微结构)的影响。结果表明,当反应温度为300℃,空气流量160 L/h,反应时间为6 h,可制备出软化点(SP)为215℃,甲苯不溶物(TI)为56.00%,喹啉不溶物(QI)为8.41%,结焦值(CV)为75.83%,收率为68.56%,且在偏光显微镜下为光学各向同性的高品质包覆沥青。并利用元素分析、傅里叶转换红外光谱(FTIR)结合分峰拟合技术、热重分析仪(TGA)对高软化点包覆沥青的热稳定性进行研究。     

煤系中间相沥青的制备与分离研究

以精制煤焦油沥青为原料,采用常压热聚合法进行中间相转化。根据产物中中间相沥青与母体沥青之间的密度差,将中间相沥青分离出来。系统考察了热聚合温度和恒温停留时间对中间相沥青的收率、软化点、族组成和光学显微形态的影响,采用FT-IR分析技术分析了中间相沥青的官能团结构。实验结果表明:聚合温度430℃,聚合时间4 h,中间相沥青的软化点为316℃,w(QI)为74.62%,w(TI)为73.81%,收率为12.5%。     

改性煤沥青热转化中间相结构性质与表征

采用实验室自制石英管式炉,以中温煤焦油沥青（CTP01）、改性沥青（CTP02）进行热缩聚反应。通过红外光谱（FT-IR）、拉曼（Raman）、X射线衍射法（XRD）、热重（TG/DTG）以及偏光显微镜对CTP01和CTP02在热转化过程中生成的中间相沥青进行了表征分析。结果表明：在反应温度430℃、恒温时间7 h制得中间相沥青,CTP02内部具有排列规整、取向性更好的芳香片层分子,热聚合后明显相对分子质量变大,芳环上的取代基明显增强,稠环芳烃含量增加;CTP01制得中间相沥青光学各向异性含量较低,很难形成稳定的区域型结构,主要以中小区域镶嵌型为主,而CTP02制得中间相沥青光学各向异性含量较高,易形成广域型结构。     

高性能炭材料生产用煤沥青的研究

研究了软化点在评价煤沥青聚合程度中的作用；描述了热聚合改质过程中煤沥青热解缩聚行为，分析了中温煤沥青热聚合改质过程中各种沥青组分随热聚合温度和热聚合时间的转变规律，探讨了QI组分影响煤沥青热聚合改质的机理，认为原料煤沥青所含原生QI炭微粒促进了热聚合改质过程中煤沥青芳烃分子的聚合；描述了煤沥青的流变性能及其在炭材料实际生产中的意义，研究了中温沥青和改质沥青高温流变性能的差异，探讨了硬脂酸和油酸对煤沥青的改性作用；分析了煤沥青的热解缩聚特征，研究了升温速率对煤沥青热解缩聚的影响。     

萘沥青的合成条件与其中间相热转化行为的关系研究

以萘为原料,采用AlCl3催化合成和热转化处理二步法制备了高软化点、低QI含量的优质萘系中间相沥青。通过分析表征不同条件下合成的萘沥青经热转化后所得中间相沥青的性质和中间相织构形态,重点研究了萘沥青的合成条件与其中间相热转化行为间的内在关系,以确定合成萘沥青的最佳工艺参数。结果表明,在合成温度240℃、合成时间6 h、催化剂用量10%的条件下合成的萘沥青在390℃恒温8 h后能得到100%的广域流线型的体中间相沥青,其软化点为244.6℃,QI含量仅为10.32%。     

反应温度对苯甲醛齐聚物及其中间相沥青性能的影响

以中温煤沥青为原料,通过苯甲醛/对甲苯磺酸交联合成出以次甲基相连接的齐聚物,进一步热解制备了中间相沥青,考察了反应温度对齐聚物及其中间相沥青性能的影响。结果表明,随着反应温度的提高,改性煤沥青的收率、软化点、残炭率和密度都呈现上升的趋势;反应温度适当,易于得到光学各向异性发达、软化点较低的优质中间相沥青。     

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。     

三种不同原料中间相沥青的性质表征

为更深入地理解不同原料制备的中间相沥青的性质差别,从挥发分、饱和度、分子量分布、有序度的角度研究了以萘、煤沥青、精制煤液化沥青（DCLR）为原料的3种中间相沥青,分析手段包括偏光显微镜、元素分析、TGA、红外光谱（FTIR）、MALDI-TOF MS、XRD、拉曼。结果表明：萘系中间相沥青分子量最高且分布窄,挥发分低,饱和基团含量高,分子柔性大,平面性和规整性较差,分子堆砌紧密度较低,有序度较差,因此具有较低的软化点和广域流线型光学组织结构;煤系中间相沥青分子量较高,分布最宽,挥发分高,饱和度低,烷基侧链少,分子刚性和平面性较大,易堆积成紧密结构,因此具有较高的软化点,流动性差,较难形成流线型光学组织结构;DCLR系中间相沥青分子量低且分布窄,挥发分较高,含有一定量的饱和基团,分子具有一定的韧性,分子刚性和规整性较好,有序度高,因此流动性较差,软化点较高。     

中低温煤焦油沥青催化聚合制备改质沥青

以中低温煤焦油沥青为原料,采用催化聚合法制备改质沥青,并在中低温煤焦油沥青中加入乙烯焦油和蒽油进行调和来提高改质沥青的流变性能,分别考察反应时间、反应温度及催化剂和交联剂的加入量对改质沥青的软化点、结焦值、甲苯不溶物含量和喹啉不溶物含量的影响。结果表明:加入乙烯焦油和蒽油调和可以有效提高改质沥青的流变性能,催化剂和交联剂按照1∶1的质量比加入,可以有效降低改质沥青的软化点,这是因为酸性催化剂和交联剂之间形成相对均相的反应体系,解决了改质沥青软化点高的问题。采用调和中低温煤焦油沥青制备改质沥青,筛选出的最佳工艺条件为:反应温度370℃,反应时间7h,催化剂和交联剂的加入量2.5%,该条件下制备的改质沥青的性质符合工业标准YB/T 5194-2015的要求,改质沥青的软化点为120℃,结焦值为56.28%,甲苯不溶物含量为30.52%,喹啉不溶物含量为8.21%,β树脂含量为22.31%。采用傅立叶变换红外光谱仪和偏光显微镜对制备出的改质沥青和中低温煤焦油沥青进行分析,初步推断出改质沥青中化合物芳环上的取代基明显增加且烷基取代的化合物大多数为芳烃分子,且在偏光显微镜下改质沥青中出现小球体,表明中低温煤焦油沥青在制备成改质沥青的这一过程中其相对分子质量变大,稠环芳烃含量增多。     

煤焦油沥青改性乙烯焦油制备中间相沥青的研究

以煤焦油沥青为改性剂改性的乙烯焦油在温度420℃、常压及惰性气体(N_2)保护下进行炭化,制备出广域融并体各向异性中间相沥青。对生成的中间相沥青进行X射线衍射分析、元素和组分分析、偏光显微观察及高温条件下的粘度测定,讨论了改性乙烯焦油的炭化行为。结果表明,由煤焦油沥青改性乙烯焦油制备的中间相沥青(ET-CTP-MP)与没有经过改性的乙烯焦油制备的中间相沥青(ET-MP)相比,有序度高、流变性好、β树脂含量高,是优质的中间相沥青。     

煤沥青热聚合改质研究

在热聚合反应釜中 ,研究了煤沥青中甲苯不溶物、喹啉不溶物、β树脂、软化点及结焦值等质量指标在热聚合改质过程中的变化规律 .实验结果表明 ,在热聚合过程中 ,煤沥青中甲苯不溶物、喹啉不溶物、软化点及结焦值等指标均随聚合温度升高和聚合时间延长都有变化性增加 ,而β树脂在实验条件下 ,开始随聚合温度升高和聚合时间延长 ,到一定值后 ,再提高温度 ,或延长时间则下降 ,存在一极大值区间 ,该结果得到重复性实验的确认 .结果显示 ,改质沥青的主要质量指标波动范围很小 ,可为今后的放大实验或工业生产提供重要依据 .     

中间相沥青制备有序结构炭前驱体的研究

以低QI含量的煤沥青为原料,通过控制热聚合时间得到不同甲苯可溶物(TS)含量的热塑性沥青中间相预聚体,并以中间相预聚体为原料考察了热态成型对中间相有序生长的影响.结果表明,在室温～600 ℃,成型压力为3.12 MPa,中间相预聚体中TS含量为10.7%～26.3%(质量分数)时,通过热态成型能够得到有序柱状初坯体.通过偏光显微镜观察,其中间相液晶分子沿垂直于模压压力方向排列成纤维状长程有序结构,经1 100 ℃炭化后测得炭前驱体样品的电阻率纵向为1.78 Ω·cm～2.99 Ω·cm,横向为0.83 Ω·cm～1.41 Ω·cm.由此所得有序炭前驱体具有显著的择优取向结构,属于易石墨化碳,为制备高导热炭材料奠定良好基础.     

煤沥青中不溶组分对中间相炭微球形成的影响

以煤沥青为原料,采用热聚合方法制备中间相炭微球,研究热聚合温度370-385℃、聚合时间2h反应条件下煤沥青中喹啉不溶物、外添加氧化石墨烯对中间相炭微球形成的影响,结果表明:沥青中不溶物组分对中间相炭微球形成具有一定促进作用,在380℃热聚合条件下,能够制备出粒度分布较均匀、粒径为0.5μm-2.0μm的炭微球,而无喹啉不溶物的精制沥青,没有得到球形结构的碳材料。