发泡温度对常压自发泡煤基泡沫炭结构和机械强度的影响

煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一,煤基泡沫炭因其独特的物化性能具有良好的应用前景。以强黏结性焦煤为原料,采用常压自发泡法,在塑性区间内不同发泡温度条件下制得以开孔结构为主的无定型煤基泡沫炭;利用SEM、XRD、全自动压汞仪和真密度分析仪等手段表征了泡沫炭的微观形貌、泡孔结构和微晶结构,并采用电子压力试验机测定了泡沫炭的机械强度,分析了发泡温度对泡沫炭结构和性能的影响。结果表明,发泡温度不同引起原料煤热分解以及胶质体流动性行为变化,导致制备过程中煤样的发泡程度不同,进而对泡沫炭生料(NCF)的泡孔结构及碳骨架结构产生影响,使得在最大流动度对应的温度(480℃)作为发泡温度时所得NCF-480开孔率最高(70.89%)、体积密度最小(0.460 g/cm^(3)),但其碳骨架结构相对致密导致其机械强度提高,抗压强度和抗折强度分别达到1.63 MPa和1.11 MPa。经高温炭化,炭化泡沫炭(CCF)的孔径减小,开孔率和体积密度增大,同时缩聚反应使碳骨架更加致密,导致其机械强度明显提高。其中,CCF-490的平均孔径、开孔率以及体积密度均处于中间值且孔径差异较小,其机械性能表现最为优异,抗压强度和抗折强度分别达到8.52 MPa和5.14 MPa。合成的具有良好结构性能的煤基泡沫炭材料表现出优异的应用前景,同时也为煤炭的材料化高附加值利用提供了新思路。