煤沥青的改性及中间相结构研究

以对甲苯磺酸(PTS)为催化剂,研究了改性温度、时间和改性剂苯甲醛用量对改性煤沥青(MCTP)中间相显微结构产生的影响。研究表明,当苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、反应温度为150℃和反应时间为15h时得到的MCTP,其中间相呈不完全纤维组织结构;XRD分析表明,通过苯甲醛改性煤沥青,有利于提高中间相光学组织结构的有序性。FT-IR分析表明,改性后芳核骨架振动吸收频率增大,提高了芳核的缩合度;1 H-NMR分析表明,改性过程中的改性反应主要发生在HA上,并对改性过程可能发生的反应机理进行了分析。     

煤沥青中间相的研究进展

煤沥青在炭化过程中会出现各向异性的中间相,主要论述了国内外关于煤沥青中间相研究的现状与进展.描述了煤沥青中间相的形成机理和形成条件,阐述了煤沥青中间相转化的热力学和动力学模型的发展动态,总结了中间相的分离与表征技术,并探讨了煤沥青的化学组成、热处理条件和添加剂对煤沥青中间相形成和结构的影响,最后提出未来可能发展的方向.     

煤焦油沥青制备中间相

煤焦油沥青在微型高压釜中、氮气氛下,通过改变反应温度和停留时间,制取了中间相沥青(MP)。采用FTIR、偏光显微镜、XRD和SEM对MP进行了表征,表明煤焦油沥青经脱氢缩合反应转变成MP。其最佳反应条件为400℃、7h。     

用于高性能碳纤维的中间相沥青

用溶剂分离法制备适用于高性能碳纤维的中间相沥青。从加氢煤焦油沥青的丙酮不溶份,可得到具有可纺性良好的中间相沥青。从这种沥青得到的碳纤维要比按常规的热处理方法得到的碳纤维显示出更好的性能。碳纤维的抗拉强度大于4.5GPa,弹性模量大于600GPa。用元素分析、溶剂抽提分析、红外光谱仪来检测由溶剂分离法制得的中间相沥青(SFMP)与由常规的热处理法制得的中间相沥青(HTMP)之间的差别,也可以用偏光显微镜和~(13)C-核磁共振仪来估测SFMP和HTMP中的中间相(定向分子)含量。元素分析、溶剂抽提分析、红外光谱仪的结果表明,SFMP的脂肪族结构高于HTMP,并认为HTMP比SFMP含有较高分子量的组分。用偏光显微镜估测两种沥青的中间相含量均接近100%,但是对于SFMP在~(13)-CNMR中的中间相信号强度高于HTMP。     

印刻法制备中间相沥青基中孔炭

用中间相沥青作碳源,硅胶水溶液作造孔剂,采用胶体印刻法制得一系列中孔碳。实验发现当适量纳米级硅源添加到中间相沥青中,会在彼此颗粒间形成一定的纳米孔道,从而导致中间相沥青在炭化过程中没有沥青由固相向液相转化的过程。结果表明：碳硅比、印刻温度以及中间相沥青的基本物化性质都将对中孔碳的孔结构发生重要影响。且制得比表面积和孔容分别为482m2/g和1.62cm3/g的中孔碳。     

中间相沥青的应用研究进展

中间相沥青是制备多种高级炭材料的优质原料,在高新材料领域引起了广泛关注.介绍了中间相沥青的基本性质以及国内外以中间相沥青为原料制备沥青基炭纤维、泡沫炭、多孔炭、电极材料等新型炭材料的研究现状,展望了中间相沥青的应用前景.     

中间相沥青碳纤维裂纹分析

采用扫描电子显微镜等仪器分析了中间相沥青初生纤维、不熔化纤维及碳化纤维的表面形态结构以及裂纹对碳化纤维力学性能的影响,探讨了中间相沥青经纺丝,不熔化处理及碳化处理过程产生裂纹缺陷的因素。     

水性中间相沥青的制备研究

以煤焦油沥青为原料,以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂,可得到易溶于碱性水溶液的水性中间相沥青。详细考察了沥青氧化条件对水性中间相沥青收率的影响,以及水性中间相沥青的元素和官能团组成。结果发现,反应温度、浓硫酸和浓硝酸的比例对水性中间相沥青收率影响存在一优化值,而反应时间、浓硫酸和浓硝酸的用量对水性中间相沥青收率先是线性的,当达到一定值后水性中间相沥青的收纺基本恒定。水性中间相沥青的组成是复杂的,根据其中化合物含氧官能团的数量和性质,它们可分别在不同pH值条件下制备而得。     

中间相沥青的研究进展

中间相沥青具有光学各向异性的液晶态物质,是一种重要的优质碳纤维前驱体。原料和制备方法的不同使得中间相沥青性质差异较大。阐述了国内外中间相沥青的研究现状,详细综述了中间相沥青的结构性质、形成机理,具体介绍了几种制备中间相沥青的常用方法;对近年来中间相沥青在各个领域的应用研究及最新研究进展进行了分析,并展望了中间相沥青的应用前景和发展方向。     

煤沥青原料中QI含量对中间相有序生长的影响

试验是以2种含不同QI的煤沥青为原料,采用变径反应管进行热转化反应制备有序性中间相的研究.试验采用偏光显微镜和扫描电镜(SEM)观察了原料各反应阶段的微观结构,考察了QI对热转化过程中中间相有序生长的影响,分析了热转化过程中软化点及族组分的变化.结果表明:少量的喹啉不溶物含量不会阻碍中间相有序的发展.高QI(2.03%)原料易生成镶嵌结构的中间相体,高温处理后样品呈轴状、短纤维、层片松散的石墨化焦结构;含低QI(0.11%)的原料能生成较好的、大区域的中间相体,域结构的中间相体在外力导向和内部裂解气流的作用下容易生成有序的半焦,高温处理后呈大区域、片层紧密、有序性强的细纤维焦结构.同时研究发现,在热转化过程中可通过测定软化点(SP)和TI含量来确定中间相转化程度.软化点约低于250℃、TI为75%左右时为初始中间相区域体形成阶段、半焦生成的前期.     

从煤焦油软沥青和苯基硅烷制备硅取代聚芳烃中间相的研究

过滤后的煤焦油沥青分别与一,二,三,四苯基硅烷在1MPa氩气气氛和420℃～460℃温度下共炭化,合成了硅取代聚芳烃中间相。在四种合成中间相中,元素硅的起始加入量均为2%。测定了裂解残留物和硅的收率、可溶性、玻璃转化温度以及裂解残留物的炭收率;并分别以偏光显微镜和电子探针微分析法考察了残留物的微结构和相应的硅分布,硅的收率取决于不同的苯取代硅烷的挥发性和反应性。裂解残留物显示出三种不同的共存相:(a)含有粗镶嵌织构和痕量硅的光学各向异性相;(b)硅含量较高的光学各向同性相;(c)含细镶嵌织构和中等硅含量的光学各向异性相。最后这种中间相主要来自二,三苯取代硅烷与煤沥青的共炭化,是由于硅取代聚芳烃中碳原子并破坏了其分子的平面结构而引起的。     

从煤焦油软沥青和苯基本原则硅烷制备取代聚芳烃中间相的研究

过滤后的煤焦油沥青分别与一、二、三、四苯基硅烷在1MPa氩气气氛和420℃～460℃温度下共碳化，合成了硅取代聚芳烃中间相，在四种合成中间相中，元素硅的起始加入量均为2%，测定了裂解残留物和硅的收率，可溶性，玻璃转代温度以及裂解残留物的炭收率；并分别以偏光显微镜和电子探针微分析法考察了残留物的微结构和相应的硅分布，硅的收率取决于不同的苯取代硅烷的挥发性和反应性。裂解残留物显示出三种不同的共存相：（a）含有粗镶嵌织构和痕量硅的光学各向异性相；(b）硅含量较高的光学各向同性相；(c）含细镶岩织构和中等硅含量的光学各向异性相。最后这种中间相主要来自二，三苯取代硅烷与煤沥青的共炭化，是由于硅取代聚芳烃中碳原子并破坏了其分子的平面结构而引起的。     

从煤焦油硬沥青和苯基硅烷制备硅取代聚芳烃中间相的研究

采取软、硬二种沥青与一,二,四苯基硅烷混合物共炭化方式,考察了硅取代聚芳烃中间相的生成。该炭化过程在反应釜中进行,控制实验条件如下:氩气压强1MPa,温度440℃,热裂解时间5h～10h。研究表明:含2%元素硅的初始混合物,不生成硅取代中间相;添加1.0%和0.5%元素硅的硬沥青炭化时明显生成硅取代中间相,但不是单一相。热裂解残留物是硅取代中间相体和均匀分散其中的无硅中间相小球体构成的复合相。     

对甲基苯甲醛改性煤沥青的原位成纤机理研究

以对甲基苯甲醛为改性剂,在对甲苯磺酸的作用下对煤沥青进行了改性,并对改性后煤沥青的原位成纤机制进行研究。采用FT IR和1H NMR对改性煤沥青的化学结构进行分析,采用SEM对改性煤沥青的原位成纤形态进行观察。研究表明,对甲基苯甲醛能够与煤沥青发生亲电取代反应,使煤沥青中的活性小分子交联形成大分子。此外,改性煤沥青中出现很多微纤,随着改性时间的增加,纤维直径越来越大,最后形成分布均匀且线性很好的纤维束。因此,经过对甲基苯甲醛改性后的煤沥青有望成为优质的炭材料基体前躯体。     

Carbonization behavior of coal tar pitch modified with benzoquinone

A soluble fraction of coal tar pitch (CP) in tetrahydrofuran (THF) was reacted with p-benzoquinone (BQ) at 160 and 180°C and followed by carbonization and graphitization. The reaction and carbonization behavior were monitored in-situ by using differential scanning calorimeter, high-temperature ¹H NMR and high-temperature ESR. The reactions of CP and BQ resulted in an increase in molecular weight with an increase in BQ concentration. Such molecular weight increases led to the formation of a less ordered structure due to the reduced mobility of the molecules. The relative order of the carbonized materials was determined by using polarized light microscope and X-ray diffraction. The molecular size of the precursor was recognized as an important factor in determining the morphology of carbon materials.     

煤系中间相成形过程中的共熔效应

煤焦油沥青甲苯可溶物(TS)和废聚苯乙烯(WPS)共炭化生成的中间相沥青,性能得到很大改善.可溶性中间相的质量分数从10%提高到52%,光学结构从中间相体积分数65%的粗镶嵌结构改善为:100%的广域融并体;表观黏度分析显示添加WPS后,中间相沥青从触变性变为非触变性.红外和核磁共振分析表明共炭化过程中发生烷基化反应,出现较多的α亚甲基结构.X射线衍射结果显示在添加WPS后使芳香平面分子取向排列变好.结果表明:共炭化过程中,烷基结构的增多是共熔效应发生的主要原因.     

改性纳米氧化锌对煤沥青延伸性能的影响

利用纳米氧化锌对煤沥青进行改性研究,考查了改性温度,分散方式,纳米氧化锌的添加量对煤沥青延伸性能的影响,优化了煤沥青的改性工艺,并对煤沥青的改性原理进行了探讨。     

Blending mesophase pitch to improve its properties as a precursor for carbon fibre Part 1 Blending of PVC pitch into coal tar and petroleum-derived mesophase pitches

The blending of mesophase pitch with isotropic PVC pitch was studied to improve their properties as a precursor for carbon fibre. PVC pitch prepared at 420° C which remained almost isotropic was found to be miscible with coal tar-derived mesophase pitch without reducing the anisotropic content and spinnability. The tensile strength of pitch fibres remained unchanged by the blending; however, the reactivity for stabilization was enhanced. The resultant carbon fibres from the blend exhibited slightly higher tensile strength. In contrast, petroleum-derived mesophase pitch failed to dissolve the PVC pitch, leaving a number of isotropic droplets. The structural factors of mesophase pitches with regard to their compatibility with PVC pitches are briefly discussed.