煤/重油加氢共炼残渣中甲苯可溶物制备中间相沥青的可行性研究

以煤/重油加氢共炼残渣中的甲苯可溶物(TS)为原料,研究了在直接热缩聚基础上添加共炭化剂制备中间相沥青的可行性。探索了反应温度、反应时间2个直接热缩聚条件,以及在优化的直接热缩聚条件下添加四氢萘(共炭化剂)对产物中间相含量、晶体结构以及组成的影响,并通过热沉降对中间相沥青产物中的各向异性组分进行富集,以期获得不同中间相含量的中间相沥青。结果表明,TS的直接热缩聚产物中,各向异性组分极少,中间相质量分数最高仅为9.0%,而在直接热缩聚基础上添加四氢萘可有效促进中间相的形成。TS在反应温度400℃、反应时间6 h和添加10%(质量分数)四氢萘条件下,可制备出中间相质量分数为42.8%的中间相沥青。该中间相沥青在热沉降温度340℃、热沉降时间5 h条件下,可有效富集各向异性组分,得到从热沉降产物底部(中间相质量分数96.2%)到顶部(中间相质量分数3.9%)等不同中间相含量的中间相沥青。

调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维的力学和导热性能

湖南大学、湖南东映碳材料科技股份有限公司和北京航天材料及工艺研究所的研究人员在《新型碳材料杂志》上发表了题为“基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维力学和导热性能”的论文。研究人员发现,通过调整纺丝温度,中间相沥青基碳纤维(MPCF)的机械性能和热导率可以在制备过程中得到显著提升。在纺丝温度为309℃的情况下,该碳纤维的导热系数和抗拉强度分别为704 W/(m·K)和2.16 GPa。当纺丝温度升至320.5℃时,该碳纤维的热导率和拉伸强度增加了约50%,分别达到1077 W/(m·K)和3.23 GPa。

可纺中间相沥青的研究进展

随着我国航空航天和电子等行业的快速发展,高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。其中,中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节,但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能不均一等因素限制,我国纺丝级中间相沥青量产化仍未实现,严重制约了相关产业的发展。本文综述了中间相沥青的形成过程和性质,对比了煤、石油、萘三种沥青原料的组成和分子结构,阐述了原料沥青中复杂成分对中间相沥青形成过程的影响以及常见的预处理方法,并对预处理方法的优缺点进行了比较,分析了直接热缩聚法、溶剂分离法、加氢改性法、催化改性法、共碳法以及其他方法的制备过程及其优缺点,并对中间相沥青形成过程中的影响因素进行了归纳总结。最后展望了中间相沥青的发展前景,针对目前的瓶颈问题提出了建议。研究者应从沥青原料出发,探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响规律并阐明其机理。

均相成核和非均相成核碳质中间相的异同

为系统研究均相成核和非均相成核碳质中间相的异同,以一种几乎不含喹啉不溶物和一种含有较多喹啉不溶物的煤焦油沥青为原料分别制备了两种成核体系的碳质中间相。通过研究它们的形成发展过程和内部结构特征,发现两种不同体系的碳质中间相具有不同的成核方式和生长过程,且它们的内部结构差异很大,可以用于不同炭材料生产的前驱体。虽然它们的具体生长过程不同,但这两种不同成核体系生成的碳质中间相遵循相同的形成机理,即"颗粒基本单元构筑"机理。

基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能

基于工程化设备,在恒定挤出量条件下,通过调控纺丝温度制备了中间相沥青炭纤维(MPCFs),探究纺丝温度对MPCFs微观结构、力学和导热性能的影响。结果表明:随着纺丝温度由309升高至320℃,MPCFs的微观结构由石墨片层细小的褶皱劈裂辐射状结构逐步向石墨片层粗大的劈裂辐射状结构转变,拉伸强度由2.16增大到3.23 GPa,热导率由704升高到1078 W·m^(−1)·K^(−1)。这主要是因为纺丝温度越高,沥青熔体黏度越小,喷丝口处挤出胀大效应越弱,沥青熔体在喷丝孔流道内形成的微晶取向得以保持,以此制备的炭纤维具有更大的晶体尺寸和更高的微晶取向。

中间相沥青基碳纤维的制备工艺及应用

中间相沥青基碳纤维是以中间相沥青为前驱体,经过熔融纺丝、预氧化、炭化过程制备而来,以其高模量、高导热等优越性能,在航空航天、电工电子等领域有着广泛的应用,作为一种军民两用的高性能材料,具有广阔的发展前景。本文主要介绍了中间相沥青基碳纤维的制备方法、国内外发展现状及应用领域,同时阐明了我国高性能中间相沥青基碳纤维面临的挑战。

改性煤沥青热转化中间相结构性质与表征

采用实验室自制石英管式炉,以中温煤焦油沥青(CTP01)、改性沥青(CTP02)进行热缩聚反应。通过红外光谱(FT-IR)、拉曼(Raman)、X射线衍射法(XRD)、热重(TG/DTG)以及偏光显微镜对CTP01和CTP02在热转化过程中生成的中间相沥青进行了表征分析。结果表明:在反应温度430℃、恒温时间7 h制得中间相沥青,CTP02内部具有排列规整、取向性更好的芳香片层分子,热聚合后明显相对分子质量变大,芳环上的取代基明显增强,稠环芳烃含量增加;CTP01制得中间相沥青光学各向异性含量较低,很难形成稳定的区域型结构,主要以中小区域镶嵌型为主,而CTP02制得中间相沥青光学各向异性含量较高,易形成广域型结构。

煤基中间相沥青研究进展及产业化发展

中间相沥青具有各向异性、成本低廉、原料来源广等特点,在航空航天、武器装备等尖端领域的材料制备中应用广泛。我国煤炭资源丰富,煤沥青供应充足,以其为原料制成的中间相沥青显示出良好的应用前景。介绍了煤沥青的构成及结构,综述了煤沥青的精制方法和煤基中间相沥青的制备工艺,分析了国内外煤基中间相沥青的产业化发展历程及现状。

煤液化沥青聚合中挥发分的形成及其对于中间相沥青特性的影响研究

以廉价的煤液化沥青为原料可制备低成本高性能中间相沥青基炭材料,反应过程中挥发分的形成对于中间相沥青的软化点、中间相形态、可纺性以及最终炭材料的性能有着显著的影响,研究挥发分的形成、控制及其对于中间相沥青特性的影响机制意义重大.将煤液化沥青在3种不同聚合工艺下合成中间相沥青,通过考察不同的聚合反应条件对于挥发分含量以及中间相沥青性质的影响,发现挥发分含量太高,中间相沥青软化点不均匀且可纺性差;挥发分含量太低,则中间相沥青软化点高、加工性能差、反应收率低.研究证实,采用常压吹扫与加压聚合分段工艺,可使挥发分在聚合体系中充分反应,得到反应收率较高、软化点较低、中间相形态分布均匀且可纺性好的中间相沥青.

中间相沥青基碳纤维发展现状与分析

中间相沥青基碳纤维具有高模量和高导热性等优异性能,是碳纤维发展的重点方向之一。综述了国内外中间相沥青基碳纤维发展现状,指出了国产高性能沥青基碳纤维发展存在的主要问题,给出了中间相沥青基碳纤维重点应用方向,简单地介绍了中间相沥青基碳纤维重点应用领域和方向,最后提出了中间相沥青基碳纤维发展建议,以期牵引和推动国产中间相沥青基碳纤维的健康可持续发展。

鳞片石墨对中间相炭微球织构的影响(英文)

以煤焦油沥青为原料 ,鳞片石墨为添加剂 ,在 4 10℃温度下反应 7h制得了中间相炭微球 (MCMBs)。在扫描电子显微镜下对它们的表面和断面进行了分析 ,并用X射线衍射对其结构进行了研究。结果表明 :MCMBs的表面被接近球形的小颗粒所覆盖而呈现出粗糙不平。MCB1(未加石墨 )的织构主要是平行层型 ,而MCB2 (加石墨 )的织构却是复杂的。加入煤焦油沥青中的大片石墨存在于MCMBs的中心而被认为是它们的核 ,而小片石墨却不能象大片石墨那样在反应体系内充当核的作用。认为在成核过程中 ,大片石墨聚集到一起而形成晶种 ,同时一些低分子量的沥青组分被包裹在这些晶种的内部 ,石墨片以及它们的积聚体的形状、大小决定了MCMBs的织构。然而 ,小石墨片只能使MCMBs的织构变得杂乱。MCMBs的XRD谱图表明石墨的添加改变了其结构 ,并降低了它的石墨化能力和晶体大小。

中间相沥青的研究进展

阐述了中间相沥青的形成过程和性质,对比了3种前驱体制备的中间相沥青的分子结构,并分析了中间相沥青的制备方法,包括热缩聚法、催化缩聚法及共碳化法,对以石油、煤以及萘等不同原料制备的中间相沥青的研究进展进行了综述。文中指出,未来的研发方向是深入探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响,优化现有预处理方法,以提高中间相沥青的产量和质量。

乳液法制备中间相炭微球的研究

为制备高性能中间相炭微球(MesocarbonMicrobeads,简称MCMB),选用三种不同中间相含量的石油渣油沥青为原料(中间相体积含量:PP185%,PP290%,PP3100%),采用乳液法制备中间相沥青微球(MesophasePitchMi crobeads,简称MPMB),再经预氧化和炭化处理,制得圆整度好、收率高、球径分布窄的中间相炭微球。利用扫描电子显微镜(SEM)考察了MPMB的微观形貌,同时还利用激光粒度分析仪测定了MPMB的粒度分布。研究了乳液法制备MPMB的影响因素,研究结果表明:(1)耐高温硅油适宜作为乳液法的导热分散介质;(2)不同中间相含量的沥青制备微球时有其适宜的处理温度和时间(PP1:320℃,30min;PP2:330℃,30min;PP3:355℃,30min),且制得的微球收率(收率:PP1<PP2<PP3)和微球形貌也有差异;(3)制备微球适宜的搅拌速度为900r/min～1200r/min;(4)通过控制原料沥青颗粒度分布,制得了不同粒径分布的MPMB。

影响炭质中间相形成和发展的因素——Ⅰ.原料和热缩聚条件

炭质中间相是制备炭材料,尤其是高附加值炭材料的优质前驱体。它在高性能炭纤维、超高功率电极用针状焦、锂离子二次电池负极、超高比表面积活性炭及催化剂载体、泡沫炭等领域得到了较好的应用。综述了原料和热缩聚条件对炭质中间相形成和发展的影响,这些影响因素包括原料的种类、热缩聚温度、反应压力和保温时间等。通过讨论指出,由于炭质中间相涉及的原料种类多样,热缩聚制备过程中涉及的反应、物相复杂,因此,在制备特定性能的产品时,应针对产品的特定性能要求来选择原料、设定热缩聚条件,以制得具有最佳结构和性能的产品。

Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相的影响研究

为了研究Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相的影响,对Cu/Al复层材料进行退火热处理,通过XRD、扫描电镜和EDX能谱检测的方法对界面中间相进行分析,得到Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相分布规律和界面层断裂位置的影响结果。最后得出结论:完成300℃×5 h的退火热处理后,当界面为纯铜/纯铝时,Cu/Al界面处仅生成CuAl_(2)相,界面层断裂发生在铜基体和CuAl_(2)相之间;当界面为纯铜/铝合金时,在Mg、Zn元素的作用下,Cu/Al合金界面处并没有CuAl_(2)相生成。完成400℃×5 h的退火热处理后,Cu/Al界面中间相分布均为Cu_(9)Al_(4)和CuAl_(2),但其厚度的分布有所差异,此时Mg元素和Zn元素的作用均不明显。完成500℃×5 h的退火热处理后,当界面为纯铜/纯铝时,Cu/Al界面中间相分布为Cu_(9)Al_(4)、CuAl和CuAl_(2),界面层断裂发生在CuAl相或CuAl_(2)相和Cu_(9)Al_(4)相之间;当界面为纯铜/铝合金时,主要在Mg元素的作用下,此时Zn元素的作用并不明显,Cu/Al界面中间相分布变为Cu_(9)Al_(4)、CuAl、Al_(5)Cu_(6)Mg_(2)和CuAl_(2),界面层断裂发生在CuAl_(2)相或CuAl相和CuAl_(2)相之间。

一种可纺中间相沥青的连续生产方法

本发明公开一种可纺中间相沥青的连续生产方法,原料油通过至少两个热反应单元后获得可纺中间相沥青,所述热反应单元之间至少设置一个精制净化单元,控制经精制净化后的产物中喹啉不溶物QI≤10%,灰分含量≤50×10^(-6)。所述方法可以稳定长周期运转,而且得到的中间相沥青品质可控性好,可连续生产。

使用超临界二氧化碳生产碳纤维的中间相沥青

描述了使用超临界二氧化碳来改进用于碳纤维生产的中间相沥青的方法的实施方案。该方法提高了已经具有至少一些中间相沥青的原料诸如煤焦油中中间相沥青的相对量和品质。

掺Cu/Ti中间相碳合金的制备及其高温摩擦磨损性能研究

采用机械合金化法将金属Cu,Ti掺杂到煤焦油沥青碳质中间相中,制备出掺Cu/Ti中间相碳合金。利用X射线衍射仪(XRD)分析了所制备中间相碳合金的晶体结构;通过高温端面摩擦试验研究了添加中间相碳合金润滑油的高温摩擦磨损性能;用SEM观察摩损表面的形貌,激光Raman光谱仪分析磨损表面碳的结构特征。结果表明,机械合金化掺杂金属Cu,Ti后,中间相碳合金的结晶有序度下降,向无定形结构转变;添加了中间相碳合金的润滑油,其高温减摩抗磨性得到优化,而且其减摩抗磨性能随着载荷的增大而大幅度提高;在高温摩擦机械作用下,增加载荷将促使磨损表面碳质材料的有序程度增加,其摩擦性能也越好。

煤加氢热解物制备中间相炭微球研究

对煤加氢热解物所得精制沥青的中间相转化行为进行了研究,发现其在440℃、1 MPa下保温6 h即可形成广域流线型中间相组织,说明融并性能良好;在常压、420℃、6 h的热处理条件下,添加1%炭黑,制备出了表面光滑、球形度好、粒径集中的中间相炭微球。该精制沥青可以作为高性能炭材料的优良前躯体。

影响炭质中间相形成和发展的因素——Ⅱ.添加剂和外加场

在制备炭质中间相的过程中,为了调整中间相形成的速度、获得特种中间相产品或研究中间相的形成机理,研究者们往往向制备中间相的原料中添加某些添加剂,这些添加剂的存在对中间相的形成过程和生成方式产生了影响。另外,在外加场(如力场、磁场、电场)的作用下,中间相分子的取向发展也会受到一定的影响。本文主要讨论添加剂(包括物理添加剂和化学添加剂)存在下中间相形成的特征以及外加场(力场、磁场和电场)对中间相形成和发展的影响,并利用“粒状基本单元构筑”中间相形成理论对这些影响因素的作用机理给予了合理的解释。