中间相沥青纤维氧化及炭化的研究

以石油系催化裂化渣油为原料，调制出可纺性的中间相沥青，并纺出均匀的中间相沥青纤维。用热分析法和元素分析法，确定了最佳氧化条件。利用X-射线衍射技术（XRD）及透射电镜（TEM）对中间相沥青炭纤维进行了表征，求得了结构参数、并研究了炭化过程中，结构、性能与温度的依存关系。     

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。     

共炭化中间相沥青的晶体结构及可溶性研究

用X射线衍射偏光显微镜技术表征了三种中间相沥青的晶体结构,研究了沥青溶解度与中间福含量的关系,探讨了炭化条件(停留时间,温度)对中间相形成及溶解性的影响。发现煤焦油沥青和三线芳烃共炭化形成的中间相沥青具有光学各向异性发达,溶解性较好的特点,适于作为高性能炭纤维的原料。     

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。     

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％。     

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。     

加压炭化制取可纺性中间相沥青

分析了不同条件下三线芳烃加压聚合产物（沥青）的结构特征，阐述了三线芳烃在加压炭化过程中可能发生的反应，并由此沥青调制出了高光学各向异性含量的可纺性中间相沥青。三线芳烃经过加压炭化，然后进一步热处理，这是一条制备中间相沥青碳纤维的可行途径。     

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。     

中间相沥青及其炭纤维的显微结构和性能

中间相沥青基炭纤维(CF)的力学性能受中间相沥青的微结构和不熔化、炭化。石墨化过程的影响。本文考察了几种不同原料的中间相沥青的微观结构,乙沥渣油两个馏份的中间相沥青为细镶融并体,是难石墨化物质,而T渣油E馏份中间相沥青是由小球有序堆积形成的一种大的各向异性融并体,是易石墨化物质,中间相的不同结构直接影响CF的力学性能.用电子显微镜观察了CF的结构形态,由T渣油E馏份制成的中间相沥青炭纤维呈现放射状的径向结构,并存在孔隙裂纹.它们主要取决于中间相沥青的原料和不熔化、炭化和石墨化的工艺条件,最终影响CF的力学性能。     

石脑油渣油的共炭化改质

研究了石脑油渣油和催化裂化澄清油共炭化后所得的中间相沥青的性质。光学显微结构和各向异性含量的变化、中间相沥青基本组成的变化指出了石脑油渣油和催化裂化澄清油的共炭化并不遵循简单的叠加原理。两者混合后共炭化所得的中间相沥青粘度有效地降低,流动性得到改善,从而使中间相沥青的可纺性大为提高。所有这些结果显示了重质渣油的共炭化可改善中间相沥青的性能,而有利于中间相沥青碳纤维的制造。     

高性能沥青炭纤维前驱体的调制

沥青炭纤维及其复合材料具有广泛的用途。如何调制出适于生产高性能沥青炭纤维的前驱体具有重要意义。综述了近年来国际学术界上广泛采用的几种方法：溶剂重整法、超温界抽提法、共炭化法、加氧处理法、以及以芳烃为原料制备中间相沥青的方法。     

中间相沥青的调制及其大直径炭纤维制备

以萘沥青为原料,分别采用常压聚合、加压聚合以及甲苯可溶组分加压聚合3种方式调制中间相沥青,并对制备的3种中间相沥青进行熔融纺丝、氧化稳定化和炭化处理制备大直径(约20μm)炭纤维,再利用相关测试仪器对制得的不同中间相沥青及其炭纤维进行分析和表征。结果表明:相同热处理条件下,加压聚合制备的中间相沥青较常压聚合的沥青液晶相转化程度高,分子取向优异,以其为原料制备的大直径炭纤维拉伸强度为840 MPa,明显高于常压聚合沥青所制炭纤维的拉伸强度(540 MPa)。萘沥青经甲苯抽提后灰分从790×10~(-6)降至180×10~(-6),以其可溶组分加压聚合制备的中间相沥青光学织构取向较好,所制大直径炭纤维的拉伸强度可达950 MPa。     

沥青基炭纤维制备方法研究进展

沥青基炭纤维以沥青为原料,经调制、纺丝、不熔化、炭化或石墨化制得,具有高强度、高模量、耐超高温、耐腐蚀、耐冲击、低热膨胀、导电和导热等优异性能,是航空航天、国防工业中不可或缺的工程材料。本文介绍了通用级沥青基和中间相沥青基炭纤维制备方法的研究进展,深入阐述了炭纤维的反应条件对其性能的影响,并进一步对其在工业上的应用前景做出了展望。     

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。     

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。     

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。     

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。     

加氢作用对煤沥青性能的影响

研究了煤沥青溶剂加氢前后物化性质与分子结构的变化，探讨了加氢反应机理和氢转移反应对缩聚沥青可纺性以及炭纤维性能的影响。结果表明：ＴＨＱ是良好的供氢溶剂，煤沥青与ＴＨＱ反应后，增强了沥青分子中的环烷结构，使其流变性和可纺性得到了明显的改善，为后处理过程制得高性能炭纤维奠定了基础。     

中间相沥青纤维氧化及碳化的研究

以石油系催化裂化渣油为原料，调制出可纺性的中间相沥青，并纺出均匀的中间相沥青纤维。用热分析法和元素分析法，确定了最佳氧化条件。利用X射线衍射技术（XRD）及透射电镜（TEM）对中间相沥青碳纤维进行了表征，求得了结构参数。并研究了碳化过程中，结构、性能与温度的依存关系。