沥青基炭纤维(Pitch Based Carbon Fiber)

沥青基炭纤维是以燃料系或合成系沥青原料为前驱体,经调制、成纤、烧成处理而制成的纤维状炭材料.沥青炭纤维在20世纪60年代初由日本学者大谷杉郎首先研制成功,并于1970年由日本吴羽化学工业公司进行工业化生产.此后,由于碳质中间相的发现和"液相炭化"工艺的开发,特别是美国学者Singe等人在70年代用中间相沥青制造高性能连续沥青炭纤维工艺的开发成功,使沥青炭纤维的研究开发进入了一个新的阶段.由美国联合碳化物公司(UCC)制造的以"Thornel-P"为代表的高性能级沥青炭纤维问世,标志着沥青炭纤维工艺趋于成熟,成为继聚丙烯腈基炭纤维之后又一新型炭纤维材料.     

纺丝中间相沥青的制备与表征

中间相沥青炭纤维在模量和导热方面具有优于其它炭纤维的性能,但人们对中间相沥青的认识还不尽完善。本文从纺丝沥青的制备方法和沥青的表征两个方面进行了分析并归纳总结。通常以石油重质油或煤沥青为原料,经多重工艺手段的实施,可以制得合适的纺丝中间相沥青。虽然纺丝中间相沥青的表征有很大进步,但相关参数为生产所能提供的技术信息还是有一定的模糊性。新的表征手段的普及和出现,使研究者对中间相沥青及其炭纤维的认识不断提高。鉴于中国与日美的巨大差距,相关研究应进一步加强。     

熔融纺丝制备沥青碳纤维

尽管采用熔融纺丝可以制备沥青基炭纤维,但由于中间相沥青具有特殊的流动性,使其生产加工十分困难。中间相沥青象许多流体一样,均为非牛顿流体,但它的粘度对温度的敏感性比其它纺丝原料强的多。本文引用了力和能量平衡来论证工艺条件的变化和原料性质对中间相沥青的可纺性的影响,结果表明:在熔融纺丝过程中,中间相沥青的粘度对温度的强烈依赖性使纤维丝产生应力,其大小趋近于单丝的极限抗拉强度。因此,在沥青基炭纤维的制备过程中,温度和传热速率的控制是十分重要的。     

中间相沥青薄膜带的制造及结构

引言虽对中间相沥青高性能碳纤维进行了广泛的研究,但仍存在提高生成的炭纤维的性能及降低成本等许多问题。由于高性能炭纤维的物理性能极大地受到纤维截面形态及组织的影响,所以纺丝时控制其截面状态及组织是改善炭纤维物性的重要课题之一。本研究的目的是以中间相沥青为原料制造纤维截面厚度小于2μ的薄带长炭纤维,并剖析其结构及物性。为使改变生成纤维尺寸的模胀影响最小化,尽量引入低温、高压纺丝及牵伸     

不同形状中间相沥青炭纤维的横断面结构

在场发射扫描电子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）下观察了圆形、中空、条形和Ｙ－形中间相沥青炭纤维的横断面结构,用流变学理论分析了纺丝过程中几种炭纤维结构的形成,提出中空纤维纺制时沥青流体的最大流速线在喷丝孔中心线的内侧,并根据中空炭纤维横断面的显微照片对此加以证实,用催化缩聚中间相沥青制备的条形炭纤维显示出的特殊弧形对称结构,起因于中间相沥青的流变性质和条形喷丝孔的形状设计,非圆形中间相沥青炭纤维趋向于以线     

煤直接液化残渣制备中间相沥青炭纤维

中间相沥青炭纤维性能优异,但是高成本限制了它的大规模使用。尝试以煤直接液化残渣为原料制备中间相沥青炭纤维。一方面为开发低成本中间相沥青炭纤维提供原料;另一方面为煤直接液化残渣的高附加值利用拓宽了途径。通过热缩聚工艺得到中间相沥青,经过纺丝、预氧化和炭化制备中间相沥青炭纤维,验证煤直接液化残渣制备中间相沥青炭纤维的可行性。研究了中间相含量、软化点和挥发分含量对中间相沥青可纺性的影响。结果表明,以煤直接液化残渣为原料制备的中间相含量在70%以上、软化点高于300℃的中间相沥青具有较好的可纺性,纺制的炭纤维直径约为15μm,拉伸强度达到1 500 MPa,拉伸模量150GPa。     

中间相沥青可溶组分的结构表征

用１Ｈ／１３Ｃｎ．ｍ．ｒ．联合解析的方法分析表征了澄清油中间相沥青和乙烯渣油中间相沥青甲苯可溶组分（ＴＳ）和甲苯不溶吡啶可溶组分（ＴＩ－ＰＳ）的平均结构特征,并给出了满足平均结构参数的平均结构模型。为研究中间相沥青的形成机理以及调制合适的纺制高性能炭纤维的原料－中间相沥青提供了结构信息     

沥青基炭纤维的制备及其表征

石油沥青在氮气氛中420℃热缩聚7h,制得软化点为295℃的炭纤维前驱体沥青.此前驱体沥青在单孔纺丝器中熔纺获得沥青纤维.将沥青纤维于空气中320℃稳定化处理,最后在氮气流中1000℃炭化制成炭纤维.应用SEM、TGA、FTIR和XRD对石油沥青、前驱体沥青、沥青纤维、预氧化纤维和炭纤维分别进行表征.发现:前驱体沥青中含有质量分数70.5%中间相组分,炭纤维具有径核结构,其最大抗拉强度为650MPa.     

沥青基炭纤维

沥青基炭纤维是以燃料系或合成系沥青原料为前驱体，经调制、成纤、烧成处理而制成的纤维状炭材料。沥青炭纤维在２０世纪６０年代初由日本学者大谷杉郎首先研制成功，并于１９７０年由日本吴羽化学工业公司进行工业化生产。此后，由于碳质中间相的发现和“液相炭化”工艺...     

中间相沥青表征研究进展

中间相沥青是光学各向异性的芳香类碳氢化合物的聚集体,是一种重要的炭材料前驱体。中间相沥青的性质表征及分析对中间相沥青及其衍生产品的制备、质量调控及应用具有重要意义。中间相沥青的分子结构、分子量及分布的有效测定有助于掌握反应机理和控制产品质量,聚集态结构直接决定着炭纤维和其它衍生炭材料的性能,中间相沥青的流变性是炭纤维研制和生产过程中最重要的参数。本文综述了中间相沥青性质表征方面的研究进展,重点介绍了中间相沥青分子量、聚集态结构、流变性方面的表征方法及结果,最后展望了中间相沥青表征的研发前景。     

甲基萘经HF／BF3催化制备中间相沥青

一、引言人们已制备出制造炭纤维用的优质前驱体中间相沥青。据信,环烷基和甲基有利于纺丝和稳定化。已经证明,纯的芳香烃在HF/BF_3的帮助下,能以非常合理的成本制得优质中间相沥青。从萘得到的沥青带有大量的环烷氢,它们能降低其软化点并增强其稳定化反应性。本工作研究了由甲基萘催化合成中间相沥青的过程,其目的是弄清甲基基团对芳香     

由超临界气体抽提从沥青调制炭材料用原料—抽提率, 炭化特性

绪言为从沥青制高性能碳纤维有必要调制中间相沥青。目前中间相沥青是由原料沥青加氢轻质化及加热处理进行调制。本文作者以仅通过沥青成分分离调制中间相沥青原料为目的,考察了超临界流体抽提法进行沥青分离的可能性。     

中间相沥青碳纤维通过鉴定

中间相沥青碳纤维是由石油系或煤系重质油,经原料预处理、热缩聚、熔融纺丝、不熔化及碳化处理而制成的一种优质碳素材料。天津大学化工系煤化工研究室与天津纺织工学院纺化系纺化研究室,共同承担天津市科委下达的中间相沥青碳纤维研制任务,从1986年初至1988年底历时三年时间,在原材评选、中间相沥青调制、熔融纺丝、不熔化和碳化处理等方面进行了大量的工艺实     

浸渍中间相沥青使炭／炭复合材料致密化

浸渍中间相沥青使炭／炭复合材料致密化１前言热固性树脂或煤焦油沥青被用作炭／炭复合材料［１］的基体前驱物，但它们的碳含量并不高。中间相沥青的碳含量高，且在高温下具有流动性，但在炭化过程中由于热解气体释出而大幅度膨胀。本文作者用炭纤维布和热固性树脂制造了...     

萘系中间相沥青分子结构对其炭纤维性能的影响（英文）

中间相沥青基炭纤维因具有高模量、低电阻率、高导热等特性，在许多领域有广阔的应用前景。本文分别以采用HF/BF₃催化萘一步法制备的中间相沥青(AR-MP)和采用AlCl₃催化萘两步法制备的中间相沥青(N-MP)为原料，制备了高性能炭纤维。通过元素分析、TG-MS、FT-IR、¹³C-NMR、MALDI-TOF-MS、XRD和SEM等手段对上述沥青和纤维进行了分析表征，对比了不同催化聚合工艺制备的中间相沥青的分子结构和性能，并进一步探究了中间相沥青分子结构差异对其炭纤维结构和性能的影响。结果表明：AR-MP分子构型偏向于半刚性的棒状，含有更多的环烷结构和甲基侧链，其预氧化后的纤维显示出更好的碳平面取向，使其石墨化纤维具有更好的热导率(716 W/m·K)；而N-MP分子构型偏向于刚性的圆盘状、芳香度高，其纤维在后续热处理过程中产生的缺陷更少，石墨化后具有更大的拉伸强度(3.47 GPa)。     

国内外动态

工业重油和沥青是石油炼制和煤炭加工的副产品,资源丰富、价格低廉,且炭化率高。以它为原料,沥青经调制、熔纺和不熔化及炭化处理,可制得价格低廉的沥青炭纤维。《通用级沥青炭纤维连续长丝研制》是国家“七五”重点科技项目;在实验室建成年产10吨炭纤维的原料调制和熔融纺丝的中试装置,用不熔化单元试验炉和炭化模试装置制备出性能优良的通用级沥青炭纤维连续长     

用于高性能碳纤维高级沥青的研制

1 引言中间相沥青,经溶融纺丝,不融化、碳化、石墨化处理,可以得到高性能碳纤维。这种中间相沥青的制造方法有许多种,在这里以3种煤焦油沥青为原料,用四氢化荼进行氢化处理再经热处理得到中间相沥青,对这种中间相沥青和初原料的特性进行了比较,并且对用于制备高性能碳纤维的高级沥青进行了评价。     

沥青基Y形炭纤维的熔融纺丝

本文叙述了在实验室中用氮压式单孔纺丝机及自制的Ｙ形喷丝板，以中间相沥青为原料熔融纺制Ｙ形沥青纤维的过程，考察了纺丝因素对纤维截面形状的影响。将沥青纤维不熔化、炭化，制得了强度较大的Ｙ形炭纤维。     

不同晶体取向中间相沥青基带状炭纤维的制备与表征

以中间相沥青为原料, 采用不同长宽比的矩形截面喷丝板, 通过控制熔融纺丝时的收丝速率, 制得了具有不同截面尺寸和晶体取向的高定向中间相沥青基带状炭纤维, 并研究了热处理温度和喷丝孔截面尺寸对所得炭纤维结构和性能的影响。结果表明, 喷丝孔的形状和收丝速度对炭纤维的晶体取向有显著影响。当收丝速度一定时, 随着喷丝孔截面长宽比的减小, 带状炭纤维截面碳晶体层片由褶皱平行取向结构向辐射状垂直取向结构转变。随着热处理温度的升高, 所制得炭纤维的室温轴向电阻率显著减小, 热导率相应增大, 力学性能明显提高; 随着收丝速率的增大, 带状炭纤维室温轴向电阻率变化不大, 但对其力学性能有显著影响。当喷丝孔截面长宽比和纺丝速度分别为30:1和75 m/min 时, 2500℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为2.53 GPa和234.77 GPa。     

沥青基Y型炭纤维的熔融纺丝

本文叙述了在实验室中用氮压式单孔纺丝机及自制的Ｙ形喷丝板，以中间相沥青为原料熔融纺制Ｙ形沥青纤维的过程，考察了纺丝因素对纤维截面形状的影响。将沥青纤维不熔化、炭化，制得了强度较大的Ｙ形炭纤维。