中间相沥青的纺丝——中间相沥青的流变性和可纺性

为了调制出适宜于纺丝的中间相沥青,考察中间相沥青的流变行为和可纺性是必不可少的。本工作从几种不同原料热处理而得的中间相沥青的流变行为着手,比较了同种原料中间相沥青的粘度—温度曲线与软化点、中间相含量及中间相沥青可纺性之间的关系。不同原料中间相沥青,由于中间相分子大小和性质的不同,流变行为和可纺性能并不遵循同种原料中间相沥青的规律。这对进一步改进中间相沥青的调制工艺及进一步优化熔融纺丝工艺具有一定的指导意义。     

萘基中间相沥青与通用级沥青的纺丝性能比较

文章对比研究了自制萘基中间相沥青和通用级沥青的纺丝性能及纺丝相关热性能。采用萘基中间相沥青和商业化的通用级纺丝沥青,通过组分分析、热重、粘温性能分析、热台偏光显微镜观察,对其可纺性进行评价,并采用纺丝设备进行纺丝性能的验证。结果表明,萘基中间相沥青含有较少的低分子组分,纺丝温度下热稳定优良,且粘温相关性更小,是一种优良的纺丝沥青。但所得原丝性能极脆,从某种程度上又降低了纺丝的连续性,其原丝的脆性是制约纺丝的关键。     

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。     

AR中间相沥青纺丝性能的研究

以AR中间相沥青为原料,采用元素分析与红外分析手段,研究了沥青原料的结构和组成,通过热台偏光显微镜观察和分析了其流动特性。采用氮压式单孔纺丝机进行熔融纺丝,制备中间相沥青纤维,研究了中间相沥青的可纺性及纺丝工艺对于中间相沥青纤维性能的影响。结果表明,在纺丝温度350℃、纺丝压力0.016MPa与收丝速度220m/min的条件下纺丝得到性能优良的沥青纤维,纺丝连续性好,可连续纺丝约5min。经290℃不熔化处理和1000℃碳化后,得到碳纤维拉伸强度1.45GPa、弹性模量120GPa。     

AR中间相沥青纺丝性能研究

以AR中间相沥青为原料,采用元素分析与红外分析手段,研究了沥青原料的结构和组成,通过热台偏光显微镜观察和分析其流动特性。采用氮压式单孔纺丝机进行熔融纺丝,制备中间相沥青纤维,研究了中间相沥青的可纺性及纺丝工艺对于中间相沥青纤维性能的影响。结果表明,在纺丝温度350℃、纺丝压力0.016 MPa与收丝速度220 m/min条件下纺丝得到性能优良的沥青纤维,纺丝连续性好,可连续纺丝约5 min。经290℃不熔化处理和1 000℃碳化后,得到碳纤维拉伸强度1.45 GPa、弹性模量120 GPa。     

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。     

中间相沥青流变参数的测定

本文采用XLY-2型毛细管流变仪和单孔纺丝机对中间相沥青的流变性和可纺性进行了研究。测定了一系列重要的流变学参数;并从分子量大小、族组成分布和显微结构等方面分析了沥青流变性的影响因素。研究表明,中间相沥青的流变特性与其可纺性之间有着密切的关系。最后,还根据Arrhenius方程和高聚物溶液理论提出了中间相沥青表观粘度的四元参数模型。     

制备高性能碳纤维用煤沥青以四氢萘为供氢溶剂的加氢研究

由煤沥青调制的中间相沥青在熔纺过程中纺丝温度较高,不利于稳定连续纺丝。以四氢萘为供氢溶剂对精制煤沥青的加氢研究,考察了温度、气氛、初始充入压力、时间诸因素对煤沥青加氢反应的影响,通过~1HNMR和IR等仪器分析结果,探讨了氢化沥青和精制沥青的分子结构特征,并对其调制的中间相沥青进行了纺丝试验。结果表明:加氢反应使煤沥青分子结构中引入了脂环结构,氢化沥青中间相在喹啉中具有更高的溶解度并具有优异的可纺性,纺丝温度可降低40％左右。     

制备高性能炭纤维用煤沥青的加氢研究

本文介绍了以四氢萘为供氢溶剂对精制煤沥青的加氢研究,考察了温度,初始充入压力,时间等因素对加氢反应的影响,通过’HNMP和IR等仪器分析结果,探讨了氢化沥青和精制沥青的分子结构特征。并对其调制的中间相沥青进行了纺丝试验。结果表明:加氢反应使煤沥青分子结构中引入了脂环结构,氢化沥青中间相具有优异的可纺性,纺丝温度可降低30℃左右。     

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。     

水性中间相沥青溶液的可纺性研究

以生焦为原料,通过混酸氧化制备得到水性中间相沥青(AMP)。对AMP的产率和温度之间的关系进行了研究,并由AMP制备得到纺丝溶液,用硫酸做凝固浴进行纺丝。利用热重、红外和流变等测试方法对不同温度下得到的AMP碳收率及其可纺性进行研究,结果表明:AMP在60℃氧化温度下最高产率达140%左右;当m(PAN)/m(AMP)为10%时,溶解于DMSO的纺丝液能够连续纺丝数千米。     

熔融纺制的沥青基炭纤维

虽然沥青基炭纤维可以熔融纺制,但中间相沥青的流动性使得它极难处置。同许多液体一样,中间相沥青也可以是非牛顿型的。但其粘度对温度的敏感性要比大多数熔融纺丝物料的感性高得多。在本研究中,应用能量平衡和力平衡来论证工艺参数和原料性质对中间相可纺性的影响。研究结果表明:在熔融纺丝期间,温度与中间相粘度的相关性会产生丝的应力,这种应力接近丝的抗拉强度极限。因此,在沥青基炭纤维形成过程中,控制温度和传热速率是极为关键的。     

A240沥青和C—石油渣油沥青 原料及其缩聚物的分子量和分子量分布

为了从沥青原料调制出适宜于纺丝的“中间相沥青”,测定沥青原料及缩聚沥青的分子量和分子量分布是必不可少的研究工作。 本文在考察了应用凝胶渗透色谱法,VPO法及Li—乙二胺加氢还原法测定沥青原料及缩聚沥青的分子量和分子量分布后,对A240沥青原料和C—石油渣油沥青原料及其不同热缩聚条件下所得的纺丝物料进行了分子量和分子量分布的测定,并初步分析了纺丝物料的可纺性与分子量及分子量分布之间的关系。     

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％。     

沥青－重油共炭化制取中间相沥青基炭纤维初探

利用工业重油三线芳烃和煤焦油沥青共炭化改善沥青的炭化性质，调制可纺性中间相沥青。本文主要考察了共炭化反应条件对沥青改性的影响，不同热缩聚条件与所得中间相沥青的软化点，光学各向异性含量和可纺性的关系，并对中间相沥青进行初步熔纺及后处理，制得强度较高的炭纤维，讨论了由此途径制取高性能沥青基炭纤维的工艺特点。     

各向同性沥青的可纺性及纺丝工艺研究

以乙烯裂解焦油调制的各向同性沥青为原料，对沥青熔喷纺丝的可纺性及其主要影响因素进行探讨。通过对喷丝头最大拉伸倍数和纤维形态及直径的测定，说明沥青软化点、熔体温度、沥青吐出量、热空气温度、热空气流量和接收距离等工艺参数对沥青熔喷纺丝可纺性有明显影响。软化点为２３３℃的国产石油沥青（ＧＰ－３）有较好的可纺性，可以满足熔喷纺丝对沥青的高要求。     

热台显微镜技术在研制高性能沥青炭纤维中的应用

采用最新热台显微镜技术,对近年来迅速发展的可溶性中间相沥青即预中间相、潜在中间相、新中间相沥青在热动态下显微结构的变化特征作了研究。显微镜观察表明:不同工艺条件下的原料改性处理,改变了物料的组成结构,在热动态下显微结构呈现出与未改性物料有明显的差异;在观察中用针入法拉丝,也由原来不可拉丝转变为流变性能较好的可纺物料,能拉出具有光学各向异性的中间相沥青纤维,从而克服了通常用中门相沥青纺丝过程中存在的较多困难。研究表明,可溶性中间相沥青在制备高性能沥青炭纤维上有着令人鼓舞的发展前景;热台显微技术,作为对沥青热动态下形态结构的研究,显示了它有力的作用。     

催化剂用量对均四甲苯亚甲基齐聚物的组成结构及其衍生中间相沥青性能的影响

以均四甲苯为原料，通过三聚甲醛／对甲基苯磺酸交联合成以亚甲基桥连接的芳烃齐聚物，进一步热处理制取优质可纺性中间相沥青。详细考察了催化剂对甲基苯磺酸用量对均四甲苯亚甲基齐聚物的组成结构及其衍生中间相沥青性能的影响，结果表明：催化剂用量的增加使均四甲苯亚甲基齐聚物收率提高，软化点上升，平均聚合度提高，体系的副反应减少，易于得到光学各向异性发达的软化点较低的可纺性中间相沥青。     

催化剂用量对均四甲苯亚甲基齐聚物的组成结构及其衍生中间相沥青性能的

以均四甲苯为原料，通过三聚甲醛／对甲基苯磺酸交联合成以亚甲基桥连接的芳烃齐聚物，进一步热处理制取优质可纺性中间相沥青，详细考察了催化剂对甲基苯磺酸用量对均四甲苯亚甲基齐聚物的组成结构及其衍生中间相沥青性能的影响，结果表明：催化剂用量的增加使均四甲苯亚甲基齐聚物收率提高，软化点上升，平均聚合度提高，体系的副反应减少，易于得到光学各向异性发达的软化点较低的可纺性中间相沥青。     

熔融中间相沥青的流动性

熔融中间相沥青的流变性能,在科学研究中已成为人们迫切需要了解的问题。同时,在技术上也是极其重要的。然而,除近年来一点研究外,早期的实验技术不完全适合于描述熔融中间相沥青这类复杂液体的流变特性。因此,关于中间相沥青流变性能的资料似乎并不很多。而且精确测定碳质各向异性物质的表观粘度是困难的。本文讨论了引起这些困难的主要因素。为了测定中间相沥青的表观粘度,对一个Couette流变仪进行了改进,用以克服实验中的大量困难。关于这个装置的可靠性也进行了试验,对于多种流体的表观粘度,其测量值与用其它两种流变计(Instron Capittary和Seiscor/Han)所测得的数值进行横向校对。现在,用改良的Couette流变仪,采用先进的技术,研究了工业用沥青完全转变为各向异性沥青的过程中流变性质的变化。为了比较,也研究了两种由模拟化合物制得的中间相沥青的流变性。