沥青基带状纤维的预氧化研究

采用熔融纺丝工艺制备中间相沥青基带状纤维,分别于不同温度和不同时间进行氧化稳定化处理,采用红外光谱仪和元素分析测定预氧化纤维官能团和氧含量的变化,并采用扫描电镜和纤维强伸度仪等检测设备研究2 500℃石墨化纤维的结构和性能.实验结果表明：沥青分子在预氧化过程中与氧发生反应,生成了热固性的沥青大分子.氧化温度越高,氧化时间越长,带状纤维的氧含量越高.厚度为～35μm,宽度为～380μm的带状沥青纤维于氧气气氛经220℃下预氧化20h和2 500℃石墨化处理后,其拉伸强度可达1.75GPa,比240℃和260℃预氧化制得的石墨纤维的拉伸强度高.     

大直径中间相沥青基炭纤维的制备研究

以萘系中间相沥青为原料,通过熔融纺丝和随后的预氧化、炭化以及石墨化处理制备了中间相沥青基圆形炭纤维.研究了热处理温度对纤维导电性能和力学性能的影响,并采用红外光谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对纤维的组成、形貌和微观结构进行了表征.研究结果表明：纤维在预氧化时形成的羟基、酰基等含氧官能团在随后的炭化、石墨化处理过程中消失;随热处理温度的升高,石墨微晶逐渐发育、长大,并沿纤维轴向高度取向,纤维的电阻率不断降低,力学性能不断增强;3 000℃石墨化纤维电阻率为1.3μΩ·m,对应的强度和模量值为1.6GPa和380 GPa.     

用FTIR法对煤沥青热氧化过程中结构转变的研究

本文采用KBr-CsI压片法研究了若干热氧化煤沥青和中间相样品的红外光谱结构特征。结果表明,沥青的热氧化反应分二段进行,第一阶段发生脂肪性取代基团的氧化,脂链的消耗导致生成羧酸,羧酸酐,脂醚和酮等含氧化合物。而酚羟基则发生缩合反应失去水转成芳醚。脂链氧化消失后转入第二氧化阶段,芳香氢的氧化。芳氢氧化导致芳核缩聚增大。氧化沥青中的QI具有和全沥青相似的结构,不同点仅在脂链少,含OH,COOH取代基较多,芳香氢较少。     

中间相沥青纤维稳定化过程中的氧化动力学计算

为了定量测算稳定化中间相沥青纤维(MPPF)的交联程度,采用差示扫描量热法(DSC)对不同温度下MPPF恒温氧化稳定化过程中的热流随时间的变化进行测试.通过氧化反应和交联反应的连串反应机制对MPPF的恒温DSC曲线进行定量分析.计算结果表明,MPPF氧化稳定化过程中氧化反应和交联反应的活化能分别为59和67 kJ·mo...     

中间相沥青基炭纤维在CO_2中氧化特性的研究

通过热重分析仪(TG)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)以及扫描电镜(SEM)等检测方法探索了不同炭化温度的中间相沥青基炭纤维在CO_2中的氧化特性。结果表明,在恒温氧化阶段,炭纤维失重率与氧化时间呈线性关系,较高炭化温度处理的中间相沥青基炭纤维,由于其较好的石墨微晶结构,抗氧化性能较好。炭纤维在CO_2中氧化烧蚀,会导致纤维表面形貌发生变化,随着反应进行,氧化反应向纤维内部扩散。在相同氧化条件下,炭化温度较高的炭纤维保持形貌能力更强。     

Evotherm温拌橡胶沥青的老化特性及红外光谱分析

模拟Evotherm温拌橡胶沥青热-氧-水浸老化试验,采用红外光谱考察Evotherm温拌橡胶沥青在水老化过程中各组分及官能团的变化。结果表明,Evotherm温拌橡胶沥青水老化前后吸收峰的形状和官能团的位置相似,未生成新的官能团。Evotherm温拌橡胶沥青在热-氧-水老化条件下,以氧化反应为主;老化5 h后,芳香分、沥青质增多,饱和分减少;老化后,羟基和羰基变得更加突出,亚砜基变化不明显;热-氧-水浸环境下的含氧官能团比热-氧-水蒸气环境下的含氧官能团含量更多;采用羰基和碳氢键峰面积表征Evotherm温拌橡胶沥青的水老化更合适。     

韩国70道路沥青老化特性分析（Ⅱ）管能团与分子结构变化

利用现代分析方法（IR光谱，SEC，XPS）考察了进口韩国70道路沥青在0－250h和60℃－130℃薄膜老化过程中特征官能团与分子结构变化。试验发现，沥青经薄膜热老化时分子中羰基官能团的吸收峰面积随老化时间逐渐增加，老化温度愈高变化愈明显，亚砜官能团的吸收峰面积有变化但不显著，老化后沥青分子中高分子量组分的含量增加，分散度变大，特征官能团与分子量分布的变化说明沥青分子间存在极性官能团之间的缔合作用，沥青分子中O，S原子的存在形态比较复杂，主要以亚砜，羰基官能团以及硫醚，硫醇的形式存在，沥青的老化是一个缓慢的自氧化过程，氧化反应符合自由基醚反应历程。     

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。     

磷酸二氢铵对聚丙烯腈纤维预氧化程度及热稳定性的影响

聚丙烯腈(PAN)纤维的预氧化过程是PAN基炭纤维生产中最耗能耗时的阶段。为了加快PAN纤维的预氧化过程,提高PAN纤维的预氧化程度,采用非金属化合物磷酸二氢铵(NH_4H_2PO_4)对PAN纤维进行改性,探讨了磷酸二氢铵对PAN纤维化学结构和热性能的影响。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析得到,PAN纤维的预氧化程度随着预氧化温度和试验设定的NH_4H_2PO_4浓度范围内升高而升高。与未改性PAN纤维相比,相同温度下,改性PAN纤维环化度更高,在180℃和200℃低温条件下更为明显,240℃及260℃的促进效果一般,另外改性PAN纤维在240℃可提前完成环化反应。热重(TGA)结果表明,NH4H2PO4受热分解产生的磷酸与羟基反应导致分子链交联,能降低预氧化过程中的热失重,提高热稳定性。     

用连串反应表征沥青纤维的氧化动力学

沥青纤维在不熔化过程中,同时伴着氧的增加和脱除,含氧量的变化又会体现在沥青纤维的增重及失重上。使用热重分析仪(TG)研究沥青纤维在空气中的热氧化行为,考察了从120℃升温到410℃的质量变化,以及分别在230和290℃恒温过程中的质量变化。将氧化过程中含氧官能团的生成和脱除视为同时发生的两个连串反应,用连串反应动力学模拟计算了氧化过程中的纤维重量变化并计算了反应速率常数。结果表明:氧化和脱氧反应均为一级反应,用连串反应可以很好地拟合沥青纤维的氧化增重过程。用恒速升温的非等温动力学可以分别计算出氧化反应和脱氧反应的频率因子和活化能,并据此可以计算不同温度下两种反应的表观速率常数随温度的变化。低温时氧化反应速率常数k1明显大于脱氧反应速率常数k2,随着温度的升高,k1和k2均增大,但k2增加的速率k1,达到290℃时k1和k2相等,290℃后k2k1,与实验结果先增重后失重相吻合。同样用连串反应动力学模拟了恒温过程中纤维的质量变化,也具有很好的拟合度,但所得到的反应速率常数k1和k2与恒速升温反应相比明显要小,并对其原因进行了分析。     

韩国70道路沥青老化特性分析(Ⅱ)官能团与分子结构变化

利用现代分析方法（ＩＲ光谱，ＳＥＣ．ＸＰＳ）考察了进口韩国 ７０道路沥青在 ０～２５０ ｈ和６０℃～１３０℃薄膜热老化过程中特征官能团与分子结构变化。试验发现：沥青经薄膜热老化时分子中连基官能团的吸收峰面积随老化时间逐渐增加，老化温度愈高变化愈明显。亚砜官能团的吸收峰面积有变化但不显著。老化后沥青分子中高分子量组分的含量增加，分散度变大。特征官能团与分子量分布的变化说明沥青分子间存在极性官能团之间的缔合作用。沥青分子中Ｏ，Ｓ原子的存在形态比较复杂．主要以亚砜、羰基官能团以及硫醚、硫醇的形式存在。沥青的老化是一个缓慢的自氧化过程．氧化反应符合自由基链反应历程。     

加压氧化对抑制中间相沥青纤维氧化粘连并丝的影响

为了解决中间相沥青纤维氧化稳定化过程中由于纤维表面发生小分子挥发以及低分子质量组分软化导致的粘连并丝问题,采用加压空气和加压氧气对中间相沥青纤维进行氧化稳定化热处理,研究氧气分压和氧化气体的总压力对沥青纤维氧化粘连的影响.利用悬垂度的测试表征氧化沥青纤维的粘连程度,悬垂度越大说明纤维粘连程度越小.结果 表明:空气中压力...     

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。     

添加三聚氰胺制备含氮沥青基球形活性炭的研究

沥青加萘调制过程中引入与沥青等质量的富氮化合物三聚氰胺,然后经球化、氧化、炭化和H_2O活化制备得到具有一定含氮官能团的沥青基球形活性炭,利用热重、N_2吸附仪和X-射线光电子能谱等手段研究了氧化沥青球的炭化、活化行为,考察了活化样品的孔隙结构、元素组成和表面化学性质。结果表明,三聚氰胺的引入丰富了沥青基球形活性炭的表面化学性质,使其同时具备明显的含氧和含氮官能团,其中含氮官能团主要以吡啶、吡咯和氮氧化合物形式存在;此外,三聚氰胺的引入提高了炭化沥青球在活化过程中与H_2O的反应速率,从而得到孔隙结构更为发达的沥青基球形活性炭。     

苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程影响

以中间相沥青为原料,通过熔融纺丝、不熔化和炭化处理得到了中间相沥青炭纤维,利用FTIR和TG-DSC手段研究了沥青纤维的不熔化过程。结果表明,沥青纤维在氧化过程中沥青分子与氧反应形成了耐热的氧桥结构,且反应主要发生在200～350℃。利用DSC、SEM、EDS等手段研究了苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程的影响。研究结果表明,集束剂很好地改善了纤维间的静电作用,减少了纤维与导辊间的相互摩擦,有效避免纤维表面产生缺陷。同时集束剂还能够很好地改善沥青纤维的集束性和分纤性,使得纤维排列规整性提高。但是在集束剂作用下,纤维丝束密度过大阻碍了纤维束间的气流流动,减缓了反应过程中的热量释放,易导致热点处纤维的融并。当不熔化温度为290℃、集束剂浓度1%时,炭纤维的抗拉强度为1.36GPa。     

硼酸改性对聚丙烯腈纤维预氧化的影响

通过在线监测聚丙烯腈(PAN)纤维的热收缩应变和应力,研究了硼酸改性对PAN纤维预氧化的影响。试验结果表明:随着硼酸溶液浓度的增加,PAN纤维化学反应的起始和结束温度向高温方向移动,化学收缩量降低,预氧化纤维体密度逐渐降低,硼酸对PAN纤维化学反应有抑制作用;硼酸对分子内环化和分子间交联反应的抑制可有助于预氧化纤维均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面在较高温度下被过度氧化。     

胜利100B和韩国70道路沥青的热老化过程

利用红外光谱和凝胶色谱等技术考察了胜利 10 0B和韩国 70两种道路沥青热老化后族组成、羰基与亚砜官能团以及相对分子质量分布的变化。结果表明 :虽然韩国 70沥青的延展性好于胜利沥青 ,但其耐老化性并不好。依据试验数据认为道路沥青的老化是沥青本身缓慢的自氧化过程。氧化生成氢过氧化物 ,最终转化成含羰基与亚砜官能团的组分 ,氧化反应符合游离基链反应历程。氧化促使沥青中含极性官能团组分之间的缔合与缩合 ,形成新的沥青质组分 ,使沥青平均相对分子质量增加 ,性能变差。     

煤液化残渣精制沥青制备中间相沥青的研究

用高压釜进行热缩聚反应,对煤液化残渣精制沥青在热缩聚过程中生成的中间相沥青进行了研究。通过元素分析、偏光显微镜对热缩聚产物进行了分析,考察了反应温度、停留时间、压力及搅拌等对中间相生成的影响。研究表明,在410~430℃,停留4~6 h条件下可以生成中间相沥青,反应初期提高压力有利于中间相的生成,有搅拌的热缩聚效果好于无搅拌的情况。     

中间相沥青纤维的氧化稳定化研究

本文对两种不同的中间相沥青原丝进行氧化稳定化的研究。测试了原丝在氧化过程中含氧量的变化规律,提出了不同QI含量的沥青原丝在达到稳定化时所需最低含氯量的断定方法。本文还采用X射线光电子能谱法(XPS)测定了氧化丝表面含氧官能团的种类和数量,并结合元素分析数据探讨了氧化稳定化的机理。     

氧对PAN分子侧氰基反应进程的影响

采用固体13C-CP／MAS,FT-IR和DSC方法分析自制二元共聚PAN纤维在不同气氛下的热稳定化 行为,研究氧对PAN分子侧氰基反应的影响。结果表明:在无氧气氛下处理时,PAN分子先发生环化反应; 而在有氧气氛下,先发生脱氢反应,再发生环化、氧化反应,氧化反应中氧与PAN分子链结合生成C=O, HC-OH等官能团,氧可以促进环化、脱氢反应的发生,PAN链状分子结构逐渐演变为耐热的含氧梯型聚合 物结构。