可溶性中间相沥青的研究进展

由于可溶性中间相沥青具有原料丰富、产品附加价值和技术含量高的特点,在高性能炭素材料应用领域日益重要。本文主要介绍了其研究现状,并展望了其今后的应用和发展。     

用丁苯橡胶改性乙烯焦油制备中间相沥青

用丁苯橡胶(SBR)与乙烯焦油在430℃、常压及惰性气体保护下进行共炭化,制备出各向异性中间相沥青,并对其进行了分析和表征.结果表明,由SBR改性乙烯焦油制得的中间相沥青与乙烯焦油直接炭化制得的中间相沥青相比,有序度高,黏度低,口树脂含量高,且具流线广域性组织结构.     

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。     

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。     

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。     

中间相沥青纤维的氧化稳定化及炭化

本文主要研究了具有不同直径萘系中间相沥青纤维的氧化稳定化及炭化性质，结果表明，直径为１１μｍ和１６μｍ的细径中间相沥青纤维在空气中以０．５℃／ｍｉｎ的升温速度升至２６０℃至３２０℃，即可完成以后续的炭化过程中完全不融化，且抗拉强度和模量分别达到最大值，而对于直径分别为２５μｍ和４７μｍ的沥青纤维，既使最终氧化温度很高。在炭化后的纤维仍然形成所谓的“皮芯”结构，而且纤维越粗，“皮芯”结构中的芯部越大     

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.     

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％。     

影响中间相沥青电解加氢反应因素的研究

在隔离式电解槽中,用泡沫铅（ＳＰｂ）作阴极,铂（Ｐｔ）作阳极,饮和甘汞电极（ＳＣＥ）作参考电极,以ＣＨ３ＣＮ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＿Ｂｕ４ＮＢｒ为电解体系,对由煤沥青为原料制得的中国相沥青（ＭＰ）进行电解加氢研究,当ｃ（ＣＨ３ＣＮ）：ｃ（Ｃ２ＨＯＨ）：ｃ（Ｈ２Ｏ）＝０．４：０．１：１（浓度比）,ｃ（Ｂｕ４ＮＢ４）＝０．３１ｍｏｌ／Ｌ,ｔ＝３０Ｃ,ｐ（ＭＰ）＝５０ｇ／Ｌ,阴极电解电位为－２．４Ｖ时,     

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。     

改进水性中间相沥青的制备

以针状焦为原料,通过低温—高温分步混酸氧化法改进制备水性中间相沥青(AMP),对AMP的产率和氧化条件之间的关系进行了研究。利用热重分析仪、红外光谱仪、动态光散射粒度仪和透射电镜等对不同氧化条件下得到的AMP碳收率、粒度及其微晶结构进行研究。结果表明:改进法制备的AMP最高产率达150%左右,通过引入低温插层效应能够将AMP的溶胶粒径尺寸减小至3.1 nm。     

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。     

中间相沥青纤维氧化增重过程

采用热重分析跟踪模拟中间相沥青纤维的氧化稳定化过程,研究升温速率、氧化终温及恒温时间对纤维氧化进程的影响,并在此基础上建立了氧化增重与反应时间和温度的关系。实验发现：在230～290℃空气中反应数小时稳定化能够完成,而且纤维的氧化增重量Δw与反应时间t0.3成很好的线性关系。通过Arrhenius方程拟合计算出不同温度下的动力学参数及活化能,确立了简单而精确的氧化增重与时间及温度的动力学模型,从而可准确把握和预测中间相沥青纤维在恒温空气下氧化增重的进程,实现稳定化。     

脱苯沥青的组成,性质及中间相沥青的制备

采用ＧＣ－ＭＳ技术分析了脱苯沥青的组成，该沥青大部分由二环和三环芳烃组成，碳含量接近８５％，且灰分含量低。精制沥青在３８０－４４０℃下处理６０ｍｉｎ，即可得天喹啉不溶物含量为７０．７－９４．４％的中间相沥青，是制备炭的良好原料。     

煤沥青中间相热聚合行为研究

以煤沥青为原料,采用程序升温、多管井式坩埚炉进行热转化反应,研究不同结构反应器中中间相的热聚合行为。试验显示:煤沥青中间相的光学结构与均相成核的中间相沥青相似;另一方面,热转化过程中不同结构反应器内样品的中间相生长存在差异。随着反应时间的延长,样品收率、挥发份产率不断降低,而软化点和甲苯不溶物含量则不断升高。对于不同结构的反应器,等径管内热反应样品的收率、挥发份产率比变径管内样品的偏低,甲苯不溶物含量和软化点则偏高;同时光学结构显示,等径管内中间相球体生成、长大、融并到变形的速率比变径管内样品快。分析认为:由于变径管中段直径的改变,对底端样品中的轻组分产生了中段截流作用,致使热聚合反应程度不同。     

煤液化产品的中间相微观结构分析

以不同溶剂、不同反应温度、不同氢初压及不同煤种所制取的煤液化产品为主。观察了这些产品经不同温度炭化后中间相球体的产生、长大及结合过程,并探讨了这些中间相球体的产生和所形成焦炭结构间的关系。     

Mesophase formation and the degree of hydrogenation of coal

Samples of vitrinite and brown coal were heated in glass tubes under hydrogen pressure in the presence of metal chloride catalysts but without vehicle solvent. Highly hydrogenated coaly material near the surface of the samples gave a relatively small quantity of mesophase material. The least hydrogenated coaly material in the lowest portion of the samples did not change to mesophase. Mesophase material was formed only in the moderately hydrogenated zones.     

一种新型煤基沥青的炭化性能研究

采用压力反应釜探讨了一种新型煤基沥青的炭化性能。结果发现,在试验的所有炭化条件下该原料均能够形成各向异性焦,说明融并性能良好。在炭化温度450～470℃,生焦各向异性组织的方向性随着温度的提高而改善,但生焦的形貌有所变差;在过高的炭化温度500℃下,生焦的显微结构和形貌均变差;在炭化压力0.3～0.7MPa,随着压力下降各向异性组织的方向性有所改善而单位变细,生焦的形貌改变不明显。选取适中的炭化温度450℃,更高的炭化压力1.3MPa,通过控制炭化体系的温度差和炭化后期适当减压增强气体逸出的剪切作用,制备出了显微组织和形貌得到明显改善的生焦。可见,适中的反应速率、较低的体系黏度和有效的气体逸出对于中间相的定向排列十分重要。