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。

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。

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。

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。

用于中间相沥青制备的两种催化裂化油浆组成分析

中间相沥青作为制备高性能碳材料的重要前驱体,研究影响中间相沥青结构的因素(原料组成和制备工艺)对推动碳材料发展具有重要意义.以新疆两种催化裂化油浆为原料,经凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振氢谱(^(1)H-NMR)、元素分析、气相色谱-质谱联用(GC-MS)等系统表征,明晰了其组成与结构特点.针对油浆高饱和分特性(>47%),一改传统原料溶剂精制策略,采用先热解优化原料组成,再热缩聚两步法制得软化点为290℃的广域型中间相沥青.

低温煤焦油分子结构和组成对中间相沥青结构的影响

以低温煤焦油(LCT)为原料,通过糠醛萃取得到不同分子结构和组分分布的萃取油;通过液相炭化工艺,考察了不同炭化温度和炭化时间制备的中间相沥青的碳质结构演化规律。结果表明:萃取温度和剂/油比的提高增加了萃取油中的芳烃含量和烷基侧链长度,并对三环芳烃和四环芳烃起到了一定程度的富集作用。烷基侧链长度的增加在热缩聚过程中提供了更多的烷基自由基和活性位点,三环芳烃和四环芳烃相对含量的提高更有利于各向异性广域型中间相结构的形成。

催化裂化油浆富芳烃组分热转化制备中间相沥青的研究

利用催化裂化油浆富芳烃组分(FCC-KQ)制备中间相沥青,探究反应温度、反应时间和反应压力对热缩聚残余物软化点和收率的影响。通过光学显微镜、热重分析、核磁共振氢谱等研究反应温度、反应时间和反应压力对FCC-KQ热转化行为的影响,提出中间相沥青的形成机理。结果表明:在低温或短反应时间下,热缩聚残余物软化点升高缓慢而收率减小迅速;在高温或长反应时间下,热缩聚残余物软化点升高较快而收率减小缓慢;加压使热缩聚残余物软化点降低,收率增大;中间相小球的生长和融并是快速过程,此过程中热缩聚残余物的软化点迅速升高。由FCC-KQ在390℃、2 MPa下反应8 h制得软化点为121℃的各向异性中间相沥青C120,其性能与美国A240沥青相似,同时具备更高的残炭和更低的杂原子含量。

中间相沥青基碳纤维原丝用油剂的研究现状

碳纤维已在众多领域发挥着越来越重要的作用,质量是其应用的保障,碳纤维原丝用油剂则是其中一个极其重要的质量把控点。经过多年的努力,我国中间相沥青基碳纤维已处于工程化开发进程中,因此亟需专用油剂以保障碳纤维产品的性能与质量。对国内外沥青基碳纤维原丝专用油剂的研究情况进行了总结和分析,具体涉及油剂分类、成分及其功能,以及上油工艺等,重点讨论了油剂成分及上油工艺的改进情况,并对我国中间相沥青纤维油剂今后的研发方向进行了探讨,以期为本行业的研究人员提供一定的帮助。

纺丝级中间相沥青制备技术研究进展

高性能沥青基碳纤维在高模量、高导热、高导电、高振动衰减和低热膨胀等方面拥有其他材料无可比拟的优势,成为航空航天、高端制造、热管理等领域中的理想材料。虽然中国在该领域的研发开展较早,但是产业化进程却较慢。其关键原料纺丝级中间相沥青量产技术仍未实现突破,严重制约国内相关产业的发展。系统地汇总了60年来纺丝级中间相沥青制备的研发进展,总结了纺丝级中间相沥青关键性质及其关联关系,分析了热缩聚法、共碳化法、催化缩聚法、交联合成法、添加剂改性法等制备技术的优缺点。热缩聚法工艺流程相对简单,但其沥青性能易受原料组成波动影响;催化缩聚法所制备中间相沥青的性能稳定优异,但其工艺存在一定的安全环保风险。针对目前的产业瓶颈问题提出了建议并进行展望,国内相关机构应加强催化缩聚法制备技术开发、中间相沥青构效关系研究、优化及稳定原料组成等方面的工作。

萘系中间相沥青分子结构对其炭纤维性能的影响

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)。

中间相沥青基碳纤维研究进展

中间相沥青基碳纤维是应用于电子、新能源、建筑等行业的高性能材料,也是航空航天和国防工业领域必不可少的特种材料。文章概述了国内外中间相沥青基碳纤维的发展及产业化现状,综述了国内以石油、煤以及萘等不同原料制备中间相沥青基碳纤维的研究进展,为高性能碳纤维的制备和应用提供参考。

FCC油浆制备中间相沥青的热缩聚反应行为研究

以某炼油厂的精制催化裂化油浆为原料,采用直接热缩聚法制备中间相沥青.重点考察不同反应温度、反应压力及反应时间对中间相沥青的软化点、中间相含量等结构性能的影响.结果表明:在反应温度为440℃、反应压力为4 MPa、高压反应6h且常压反应1h时,所得中间相沥青软化点为297℃,中间相含量为95%,满足纺丝用中间相沥青的要求.

分子模拟应用于中间相沥青的研究进展

中间相沥青成相机制和构效关系的研究对于生产合格的中间相沥青及碳纤维、碳微球、针状焦、泡沫碳等高性能碳材料具有指导意义。由于中间相沥青结构复杂、相对分子质量大,现有的分析表征手段尚不能充分认识其分子及晶体结构。分子模拟方法是理论分析和实验研究的重要补充和扩展,具有高效性、准确性和经济性等优点。随着分子模拟的发展,研究人员逐渐将其应用于中间相沥青的研究过程。系统总结了分子模拟方法应用于中间相沥青分子生成机理的研究进展,概述了沥青质分子间通过π-π相互作用形成堆积体的过程,归纳了沥青分子结构与石墨化度之间的关系,并对分子模拟方法应用于中间相沥青后续研究进行展望。

糠醛抽提预处理催化裂化循环油制备中间相沥青原料

以糠醛作为抽提分离溶剂,以中石油克拉玛依石化有限责任公司100万t/a催化裂化装置的循环油为原料,在实验室考察了催化裂化循环油中的多环短侧链稠环芳烃和少环长侧链的饱和烃的抽提分离及精制预处理情况。结果表明:在抽提温度为60℃,糠醛与催化裂化循环油的质量比为2∶1,停留时间30 min的优化预处理条件下,催化裂化循环油的抽提分离效果较好,同时完全脱除了灰分。催化裂化循环油经糠醛抽提预处理优化精制后,所得抽出油烃族组成中的芳烃质量分数高达80.35%,烃类组成中的总芳烃质量分数高达79.1%,可作为制备可纺织中间相沥青的优质原料;而所得抽余油的密度及含硫、含氮量均较催化循环油的大幅降低,烃族组成中的饱和烃质量分数高达91.45%,烃类组成中的饱和环烷烃和链烷烃质量分数之和高达93.9%,具有良好的催化裂化性能,可返回作为催化裂化装置的优质原料。

中间相沥青基炭泡沫体的制备、结构及性能

以合成中间相萘沥青为原料，采用加压发泡法制备孔径均匀的初生炭泡沫体，经700℃～1000℃和2300℃～2800℃热处理制备出炭化和石墨化炭泡沫体；以700℃炭化处理所得的炭泡沫体作为芯材制成夹芯复合材料。研究了原料性能、发泡以及热处理工艺参数对炭泡沫微观结构和力学性能的影响，考察了炭泡沫体夹芯复合材料的微波吸收性能。结果表明：发泡过程中保持均匀的温度场是制备孔径均匀的炭泡沫体的关键因素，压力是影响孔结构的主要因素。炭泡沫体的微晶结构、力学性能以及微波吸收性能沿xy和XZ面方向（分别表示垂直和平行于重力方向）具有各向异性。