煤瀝青基中間相瀝青的制備與性能研究.pdf

1、中間相是由平面芳烴大分子平行排列形成的一種盤狀向列型液晶，是瀝青類有機(jī)物向固體半焦過渡時(shí)的中間液晶狀態(tài)。中間相瀝青是一種由相對分子質(zhì)量是370-2000的多種盤狀稠環(huán)芳烴組成的聚合物。由于中間相瀝青來源豐富、價(jià)格低廉、性能優(yōu)異以及具有較高的炭產(chǎn)率等，而被廣泛用于制造多種重要的高級炭材料。如超高模量炭纖維、超高功率電極用針狀焦、高級氟碳材料、超高比表面積活性炭等，這些高級炭材料已經(jīng)在國防、工業(yè)與生活等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮了巨大的作用。開展中間相

2、瀝青的合成工藝和性能研究對制備高性能炭材料具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 本文以精制煤焦油瀝青為原料，采用直接熱縮聚法和催化縮聚法(加無水三氯化鋁AlCl3為催化劑)合成出優(yōu)質(zhì)中間相瀝青，考察了熱聚合溫度和恒溫時(shí)間對中間相瀝青的收率、光學(xué)顯微形態(tài)、軟化點(diǎn)、族組成的影響，并對炭化機(jī)理進(jìn)行研究，得到合成中間相瀝青的最佳工藝參數(shù)，作為炭材料制品的優(yōu)秀前軀體。
　　 研究表明：直接熱縮聚法：反應(yīng)溫度在435℃下恒溫5h后，得到

3、軟化點(diǎn)高達(dá)325℃，收率77.9％和可溶性差的部分廣域中間相體。而熱聚合反應(yīng)在相對較低的溫度400℃，反應(yīng)時(shí)間為10h時(shí)形成了軟化點(diǎn)為305℃、收率為81.4％的優(yōu)質(zhì)廣域型可紡性中間相瀝青。
　　 催化縮聚法：經(jīng)345℃恒溫5h后，就可得到各向異性發(fā)達(dá)、中間相含量100％、軟化點(diǎn)低(304℃)，收率為83.3％的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)為廣域中間相的中間相瀝青；而在330℃恒溫10h后，就可得到各向異性發(fā)達(dá)、中間相含量100％、軟化點(diǎn)更低(

4、292℃)，收率為83.0％的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)全部為廣域中間相。
　　 所以對該原料煤瀝青而言，通過控制熱聚合反應(yīng)溫度和恒溫時(shí)間可以達(dá)到制備優(yōu)質(zhì)中間相的目的。高的熱聚合溫度雖然可以大大縮短中間相轉(zhuǎn)化的時(shí)間，但是由于在高溫下劇烈的熱縮聚反應(yīng)，使得體系內(nèi)瀝青分子過度脫氫和聚合，形成的中間相瀝青的軟化點(diǎn)和不溶物含量迅速提高。在催化劑AlCl3作用下，較低熱縮聚溫度和較少縮聚時(shí)間，即能制備出性能優(yōu)異的中間相瀝青。采用催化縮聚法，330℃恒溫