中间相沥青与其应用研究进展

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中间相沥青基碳纤维复合材料研究进展及发展前景

中间相沥青基碳纤维复合材料研究进展及发展前景

中间相沥青基碳纤维复合材料研究进展及发展前景摘要:中间相沥青基碳纤维复合材料具有高模量、高热导率和高导电率的性能特点,是航空航天、5G技术及散热结构材料等高科技领域的核心材料,对我国科技发展影响重大。

本文从国内外对中间相沥青基碳纤维复合材料的研究现状谈起,通过考察国内外传统和新型制备工艺以及材料的各项性能发现,目前我国仍处于实验期,材料性能相较于拥有完整制备流程的日本、美国仍有较大差距。

应通过不断完善工艺流程、改善制备工艺、改良制备条件等方法,尽快实现中间相沥青基碳纤维复合材料的国产化和产业化。

0 引言随着科技的迅速发展,人们越来越重视对热学结构材料的热导率、热膨胀系数等热学性能的改良,特别是在当今的航空航天和军事武器等领域中,许多高功率、高集成化的材料在使用时拥有很高的热流密度,这就要求其在不易变形的同时拥有良好的散热性能。

然而,传统的散热材料已经不能达到这种性能水平。

石墨具有高导热率、低密度的特点,在上述领域中有着巨大的发展前景。

在复合材料领域中,碳纤维作为一种含碳质量分数高达95%以上的高强度、高模量的纤维材料,能够满足上述领域中材料的力学性能要求。

特别是中间相沥青基碳纤维(mesophase pitch-based carbon fiber,MPCF)复合材料,因其具有超高模量和比模量、超强导热、导电性、电磁屏蔽性、热膨胀系数低、强耐腐蚀性和耐磨性、密度小、质量低等优良性能,而被广泛应用于航空航天业、高端电子设备制造业、汽车部件材料、体育用品等领域[1-2]。

目前,国内外研究者对于MPCF的相关研究主要集中在制备技术和性能研究两个方面。

本文就MPCF的国内外发展历程、制备工艺、使用性能等研究状况进行阐述分析,并对其发展前景进行展望。

1 研究状况1.1 国内发展历程及研究我国在20世纪70年代开始了对沥青基碳纤维(pitch-based carbon fiber,PCF)的研究。

70年代初期,上海焦化厂成功开发出沥青基碳纤维,此后,中国科学院山西煤炭化学研究所[3]开始了对其制备工艺、性能用途方面的研究,并取得了一定的研究成果。

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展1. 引言1.1 研究背景中间相沥青是一种重要的工业原料,广泛应用于道路建设、沥青混凝土生产、防水工程等领域。

随着工业化进程的加快,中间相沥青的需求量也在不断增加。

传统的中间相沥青制备方法存在着生产工艺复杂、能耗高、环境污染严重等问题,因此寻求一种高效、环保的制备方法显得尤为迫切。

近年来,随着物理化学、化学合成、生物合成、多相催化、纳米技术等领域的发展,各种新型的中间相沥青制备方法相继涌现。

这些新方法不仅在制备效率、产品质量、能源消耗等方面有所突破,同时也具有更低的环境影响和更广泛的适用性。

深入研究各种中间相沥青制备方法的优缺点,探索更高效、更环保的制备途径,对于提升中间相沥青产业的发展水平,推动相关领域的技术创新具有重要意义。

通过本文对不同制备方法的研究进展进行综述,旨在为中间相沥青的高效制备提供参考和借鉴,推动中间相沥青行业的可持续发展。

1.2 研究目的《引言》1. 分析不同制备方法的优缺点,为中间相沥青的生产提供科学依据;2. 探讨不同制备方法在工业生产中的应用前景,为生产技术的更新换代提供参考;3. 总结当前制备方法存在的问题和挑战,为未来研究方向的确定提供参考;4. 展望中间相沥青制备技术的发展趋势,为相关领域的研究者提供参考和启示。

通过对中间相沥青制备方法的研究目的的深入探讨,有望为中间相沥青的生产和应用提供更为科学有效的技术支撑,促进相关领域的发展和进步。

2. 正文2.1 物理化学方法制备中间相沥青物理化学方法制备中间相沥青主要包括溶剂浸提法、萃取法、超临界流体法等。

溶剂浸提法是将原料与溶剂混合搅拌,使溶剂能够有效地提取中间相沥青,最后通过蒸发溶剂将中间相沥青得到。

萃取法是利用溶剂对原料进行提取,将中间相沥青从原料中分离出来,然后经过脱溶剂处理获得目标产物。

超临界流体法则是将原料与超临界流体接触,利用超临界流体的特性对原料进行提取,从而得到中间相沥青。

物理化学方法制备中间相沥青具有操作简便、成本低廉、对环境友好等优点。

中间相沥青基碳纤维金属基复合材料

中间相沥青基碳纤维金属基复合材料

《中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的研究与应用》一、引言中间相沥青基碳纤维金属基复合材料是一种新型的复合材料,在材料工程领域具有广泛的应用前景。

本文将从多个角度对这一主题进行全面评估,并探讨其研究与应用。

二、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的结构与性能2.1 结构中间相沥青基碳纤维金属基复合材料主要由碳纤维、金属基体和中间相沥青组成。

碳纤维具有高强度、高模量和轻质的特点,金属基体具有良好的导热性和导电性,中间相沥青则起到了粘结剂的作用。

2.2 性能中间相沥青基碳纤维金属基复合材料具有优异的力学性能、导热性能和耐蚀性能。

碳纤维的高强度使得复合材料具有很高的强度和刚度,金属基体的导热性和导电性为复合材料的应用提供了广泛的可能性,中间相沥青的使用使得材料的结合更加牢固。

三、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的制备技术3.1 碳纤维预处理在制备中间相沥青基碳纤维金属基复合材料之前,需要对碳纤维进行表面处理,以增强其与金属基体的结合力。

3.2 中间相沥青的应用选择合适的中间相沥青对于复合材料的性能具有重要意义,不同种类的沥青会对复合材料的性能产生不同的影响。

3.3 金属基体的制备在制备过程中,金属基体的制备工艺也是关键的一步,需要考虑金属的种类、形状和表面处理工艺等因素。

3.4 复合材料的成型将处理过的碳纤维与制备好的金属基体进行成型,形成中间相沥青基碳纤维金属基复合材料。

四、中间相沥青基碳纤维金属基复合材料的应用领域4.1 轻质结构材料由于复合材料具有轻质和高强度的特点,适用于飞机、汽车等领域的轻质结构材料。

4.2 热传导材料由于金属基体的导热性,中间相沥青基碳纤维金属基复合材料适用于热传导材料的制备。

4.3 耐蚀材料碳纤维和金属基体的耐蚀性能使得复合材料适用于化工设备和海洋工程等耐蚀材料的制备。

五、个人观点与总结中间相沥青基碳纤维金属基复合材料作为一种新型的复合材料,在材料工程领域具有重要的应用前景。

复合材料的研究和制备技术将对材料工程领域带来重大影响,同时也为推动材料工程领域的发展做出了重要贡献。

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展中间相沥青,是指沥青在水和岩石表面的相互作用中形成的一种粘结材料。

它在道路建设和水泥混凝土结构中具有重要作用,能够提高材料的粘结性和耐久性。

随着交通运输和基础设施建设的不断发展,中间相沥青的制备方法研究也越来越受到重视。

本文将结合当前研究进展,探讨中间相沥青的制备方法及其未来发展方向。

中间相沥青的制备方法可以分为物理法和化学法两大类。

物理法主要是通过改变沥青的温度、压力和环境条件等,来促使其形成中间相状态。

化学法则是通过添加各种添加剂和改性剂,来改变沥青的化学结构,以期达到中间相状态。

目前,物理法和化学法均在制备中间相沥青的研究中得到了广泛应用。

物理法中,温度和压力是最常见的促使沥青形成中间相的方法之一。

通过控制加热温度和压力,可以使得沥青在水和岩石表面形成中间相状态,从而提高其颗粒间的粘结力。

还有一些研究表明在特定的环境条件下,如湿度和 pH 值等,可以影响沥青的中间相转化过程。

物理法中存在着能耗高、生产周期长等问题,因此其在实际应用中受到了一定的限制。

化学法则是通过添加各种化学添加剂和改性剂来改变沥青的化学结构,从而实现中间相状态的形成。

目前,常用的添加剂有丙烯酸树脂、丁基丙烯酸等,这些添加剂可以与沥青分子中的双键发生反应,从而改变其分子结构,提高其在水和岩石表面的粘结性。

一些研究还发现,通过微观尺度上的表面改性,如纳米级颗粒和表面活性剂等,在一定条件下也可以促使沥青形成中间相状态。

化学法中存在着添加剂对环境的影响和沥青分子结构的改变等问题,因此对于添加剂的选择和使用方法有着一定的限制。

中间相沥青的制备方法在不断发展和完善中。

未来的研究重点主要有以下几个方面:研究如何将物理法和化学法相结合,利用物理手段促使沥青形成中间相状态,再通过添加剂对其进行改性,从而实现更高效、更环保的中间相沥青制备方法。

研究如何开发更多新型的添加剂和改性剂,以满足不同环境条件下的中间相沥青制备需求。

中间相沥青基碳纤维的制备和发展研究

中间相沥青基碳纤维的制备和发展研究

中间相沥青基碳纤维的制备和发展研究方宇;郭旋【摘要】中间相沥青基碳纤维是一种高模量高性能碳纤维。

以煤焦油沥青、石油沥青等为原料,阐述了中间相沥青基碳纤维的制备工艺,其主要包括调制可纺中间相沥青、沥青纺丝、氧化不熔化、碳化及石墨化四大步骤。

重点介绍了中间相沥青的调制和沥青熔融纺丝过程,以及各个步骤所使用的一些技术及相应的原理。

最后概括了中间相沥青基碳纤维的国内外研究发展状况和应用前景。

%Mesophase pitch-based carbon fiber is a kind of high performance carbon fiber with high modulus. With coal tar pitch and petroleum pitch as raw material, the preparation technology of mesophase pitch-based carbon fiber was explained, mainly including four steps such as modulating spinning mesophase pitch, pitch spinning, oxidation stabilization, carbonization and graphitization. The modification and pitch melt spinning process were especially described, as well as some technology and relevant principles at each step. Research development status and application prospect of mesophase pitch based carbon fiber at home and abroad were summarized.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)017【总页数】3页(P28-29,40)【关键词】中间相沥青;碳纤维;制备;调制【作者】方宇;郭旋【作者单位】肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司,广东肇庆 528312;襄阳市环境保护监测站,湖北襄阳 441000【正文语种】中文中间相沥青基碳纤维是一种高性能碳纤维,由于其分子结构高度取向而在模量和性能方面表现出优越性,中间相沥青基碳纤维一般以原料煤沥青、石油沥青或其他沥青为原料,由光学各向异性的中间相沥青制得[1]。

探究煤沥青中间相的研究进展

探究煤沥青中间相的研究进展

探究煤沥青中间相的研究进展摘要:在炭化的过程中,煤沥青会发生各向异性的中间相,文章主要针对国内外关于煤沥青中间相研究的现状以及相关进展,对煤沥青中间相的形成条件以及形成机理进行研究,对煤沥青中间相转化的动力学和热力学的发展动态进行深层次的阐述,总结出了中间相的表征与分离技术,同时探讨了煤沥青的热条件处理和添加剂对煤沥青中间相结构和形成的影响以及化学组成,并提出了未来的发展方向。

关键词:煤沥青中间相热力学动力学煤沥青是一种结构和组成都非常复杂的混合物,对于它的确切成分,目前还没有一个明确的定义,但可以确定的是,其基本组成单元是稠环芳烃及其衍生物。

煤沥青同其他物质相比较,具有诸多优点,煤沥青复杂的分解反应和缩聚反应是煤沥青基本的炭化过程,小分子从煤沥青中逸出,其残留物进行脱氢缩聚,进而形成以缩合稠环芳香族为主体的液晶形态,被称之中间相。

中间相的形成使缩合碳网的堆积井然有序,最后形成了三维有序结构的易石墨化碳,需要强调的是,如果中间相物质在形成之前,产生过于剧烈的交联反应,就不会经过中间相,进而石墨化则难以完成,所以研究中间相的形成以及性能对于碳材料的制备具有非常重要的意义。

一、煤沥青中间相的形成原理通常情况下,煤沥青中间相会出现在620至800K之间,在该温度区域,煤沥青的各个组分的分子会发生芳构化、聚合和分解等化学反应,其形成热力学稳定的多核芳香的平面状大分子,其芳的环数少到几个,多到几十个不等,由于分子间的热运动,而且相互靠近,然后由分子间的偶极矩和范德华力,在分子间力的作用下进行平行叠合,呈液晶状向列排列,呈现出一定的取向性,然而形成的液晶物质是各向异性的,导致它们的表面张力相对与周围的同性母液较高,因此在表面张力的作用下形成中间相球体,球体的表面自由能降低到最小,从而使成相稳定。

中间相球体具有两种典型的结构模型,一种为“地球仪”结构,均相成核的沥青中间相球体大多数属于这个类型,还有一种为“洋葱”结构,它被认为出现在以碳黑或者游离碳的中间相球体中。

中间相沥青与其应用研究进展

中间相沥青与其应用研究进展

中间相沥青及其应用研究进展摘要:中间相沥青的各种优秀性能使其成为制备好多高级功能资料的优秀前驱体,并在高新资料领域获取越来越多的重视。

本文简述了国内外中间相沥青的发展历程,介绍了其性质、形成机理以及多种中间相沥青基炭素资料的研究现状,并展望了中间相沥青的应用及发展方向。

要点词:中间相沥青;形成机理;性能Abstract :Key words :引言依照传统理论,中间相的看法能够讲解为:一般物质若以晶体状态存在则呈现光学各向异性,以液体状态存在则表现光学各向同性。

但是,有一类物质在从晶体转变成液体过程(或逆过程)的中间阶段,能表现为一种光学各向异性的混浊流体状态,既是液体形态同时又拥有晶体光学各向异性特点,结晶学中称之为[1]液晶,物相学中则称之为中间相。

中间相沥青 (液晶相沥青 )是一种由相对分子一般认为, 1961 年 Tayler 在澳大利亚研究煤焦化时发现了光学各向异性中间相小球。

1965 年,他和 Brooks [2]对中间相球体的微观结构、形成机理进行了研究,并首次讲解了各向同性沥青向各向异性沥青转变的过程。

这为液相炭化的研究和炭素行业的发展揭开了新的篇章,同时也为制备高性能新式炭资料确定了基础。

在 50 年的发展历程中,中间相沥青作为一种典型的碳质中间相原料,由于它本源广泛,性能优秀、价格廉价、较高的炭产率和可加工性强等优点而被公认为是高级功能炭资料的优秀前驱体,比目标状焦、中间相沥青基炭纤维、中间相沥青基泡沫炭、中间相沥青基电极资料、中间相沥青基炭/炭复合资料等。

这些功能性资料将在国防工业、航空航天、尖端科技、平常生活等领域发挥巨大的作用。

我国在此领域的研究起步较晚,但天津大学、大连理工大学、北京化工大学和中科院山西煤炭研究所等单位做了大量的工作,并获取了可喜的进展。

本文介绍了中间相沥青的性质及其制备原料、以及中间相的形成机理,并就国内外几种中间相沥青基炭资料的研究现状进行了综述。

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展中间相沥青,又称为中间相膏体,是指沥青与溶剂形成的一种稳定的亚胶体系统。

它的出现,不仅可以提高沥青的贮存稳定性、降低使用黏度,还能够促进沥青与其他材料的结合性能,因此被广泛应用于道路建设、防水防腐和石油化工等领域。

本文将着重介绍中间相沥青的制备方法,并对其相关研究进行梳理和评价。

一、原理中间相沥青的形成,主要依靠沥青与溶剂之间的化学反应和微观相分离。

在混合时,由于溶剂含量较多,沥青被分散到小颗粒中,从而避免了沥青的凝聚和聚合。

同时,沥青分子与溶剂分子之间的键合作用,使其形成稳定的微胶粒体系,从而形成了中间相沥青。

该过程可以通过调节沥青和溶剂的配比、溶剂类型和温度等因素来实现。

二、制备方法目前中间相沥青制备方法主要有以下几种:1. 溶剂浸提法该方法是将沥青加入到大量溶剂中,使其与溶剂充分混合,然后通过蒸馏等方式,将溶剂从中除去,得到中间相沥青。

在该方法中,溶剂的类型、浓度和浸提时间等因素都会影响中间相沥青的稳定性和性能。

3. 超声波法该方法是利用超声波在溶剂中产生空化和微区加热等效应,使溶剂和沥青充分混合,从而形成中间相沥青。

该方法有助于提高中间相沥青的稳定性和分散性,并具有节能环保的特点。

4. 高剪切力法该方法是利用高速搅拌等设备,将沥青和溶剂强行剪切混合,从而形成中间相沥青。

这种方法操作简单、设备易得,但对搅拌时间、转速和加热温度等因素的控制要求较高。

三、发展现状及趋势中间相沥青技术已经在多个领域得到了广泛应用,并且在不断优化和改良中。

例如,当前研究者开始探索利用二氧化碳等超临界流体作为中间相沥青的溶剂,以提高其使用效果和环保性能;同时也有研究者将纳米材料引入中间相沥青中,以加强其结构和特性等方面的性能。

综上所述,中间相沥青是一种具有广阔应用前景的材料,它的制备方法也在不断发展和改进中。

随着技术的不断提高和应用领域的扩大,相信它会在各个领域得到更广泛的应用。

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展
中间相沥青是一种可再生的碳材料,它可通过溶剂抽提或热解煤焦油等方式制备得到。

近年来,中间相沥青的制备方法研究取得了一些进展,下面将对其主要研究方向进行综
述。

一、煤焦油热解法制备中间相沥青
煤焦油是煤加工和焦化过程中产生的副产物,可以作为原料用于制备中间相沥青。


究表明,煤焦油中的渣油相含有许多具有中间相结构的组分,通过适当的热解条件可以制
备出中间相沥青。

研究人员发现,在高温下,煤焦油中的渣油相会发生结构重组,产生类
似中间相的结构。

研究还发现,在添加一些助剂的情况下,可以进一步促进中间相沥青的
形成。

二、溶剂抽提法制备中间相沥青
溶剂抽提法是一种将天然沥青中的有机相与无机相分离的方法,可用于制备中间相沥青。

研究人员采用具有特定极性的溶剂,如苯、甲苯、二氯甲烷等,与天然沥青进行混合,并通过适当的操作条件,如温度、压力和溶剂油比,将有机相和无机相分离。

有机相即为
中间相沥青。

研究还发现,通过选择适当的溶剂和操作条件,可以使溶剂抽提法制备的中
间相沥青具有较高的中间相结构。

三、其他方法制备中间相沥青
除了煤焦油热解法和溶剂抽提法,还有其他一些方法可用于制备中间相沥青。

可利用
一些活性剂对沥青进行改性,使其具有中间相结构。

研究人员还尝试了一些新的制备方法,如利用微波辐射、超声波辅助和化学反应等,以提高中间相沥青的制备效率和质量。

中间相沥青的应用研究进展

中间相沥青的应用研究进展

中间相沥青的应用研究进展3袁观明,李轩科,董志军,赵 杰,陈明明(武汉科技大学湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室,武汉430081)摘要 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。

关键词 中间相沥青 炭材料 应用中图分类号:TQ522.65 文献标识码:AR esearch Progress in the Application of Mesophase PitchYUAN Guanming ,L I Xuanke ,DON G Zhijun ,ZHAO Jie ,C H EN Mingming(Key Laboratory of Coal Conversion and New Carbon Materials ,Hubei Province ,Wuhan University ofScience and Technology ,Wuhan 430081)Abstract Mesophase pitch draws extensive attention in the field of high 2tech materials ,owing to its being used as raw material for preparation of various advanced carbon materials.The properties of mesophase pitch and current re 2search status of some novel carbon materials derived f rom mesophase pitch ,including pitch based carbon fiber ,carbon foam ,porous carbon and carbon electrodes ,are introduced in this paper ,and the f uture prospect of the application of mesophase pitch is also presented.K ey w ords mesophase pitch ,carbon material ,application 3湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队资助计划项目(T200402) 袁观明:男,1978年生,博士研究生,主要从事新型炭材料的研究 Tel :027********* E 2mail :yuanguanming @ 20世纪60年代,Brooks 和Taylor [1]发现了炭质中间相,并对其微观结构、形成机理进行了研究,首次解释了各向同性沥青向各向异性炭转化的过程,极大地影响了炭素行业的发展,揭开了液相炭化研究的新篇章,为制备高性能沥青基炭纤维等新型炭材料奠定了基础。

可溶性中间相沥青的研究进展

可溶性中间相沥青的研究进展
its rich raw materials, high added value and high technical content. This article reviews some progresses in soluble mesophase
pitch, and prospects its future application and development.
共性过程 是 制 备 高 质 量 中 间 相 沥 青 的 关 键, 待 进 一 步 探 索
现在 110 ℃ 左右,HF / BF3 催化改性萘发生大量的氢转移反应,
所开发了 ZrO2 / SO4 2- 固体超强酸催化改质法。
催化改性法一般对原料的性质要求较高,通常以纯芳烃类
为原料合成的中间相沥青软化点低且可溶性好,同时也存在
Key words:soluble mesophase pitch;high-performance carbon materials;advance
可溶性中间相沥青( soluble mesophase pitch) 指完全由中间
应,以及在石油催化裂化固体催化剂或有机金属络合物催化剂
类溶剂中溶解度较高(60% ~ 80%) ,粘度、熔融软化点较普通中
成;添加剂作为良好的溶剂作用,可降低体系的黏度和主炭化
高性能炭素材料的需求,也促进我国重质油和煤炭资源的高值
剂的反应速率;
化利用。
入研究发现,提出了主导匹配效应,即在原料和添加剂之间存
[ 1 ] YAMADA Y, MATSUMOTO S, FUKUDA K, et al. Optically
主炭化剂热分解生成的自由基,生成低分子产物,从而促进反
日本的 Marsh 和 Mochida [9] 对共炭化反应进行了一系列深

中间相沥青的应用研究进展

中间相沥青的应用研究进展

中间相沥青的应用研究进展作者:武云初人庆来源:《当代化工》2020年第06期Research Progress in the Application of Mesophase PitchWU Yun, CHU Ren-qing(Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Dalian Liaoning 116000, China)20世纪60年代,Brooks 和Taylor在沥青的液相碳化过程发现会出现液晶,即中间相沥青[1],这开启了液相炭化研究的新篇章,同时掀起了中间相沥青相关研究的热潮。

自此,越来越多的学者投入到中间相沥青的研究中,对其形成机理的理论研究也越来越丰富。

目前,其中间相沥青的形成机理主要有以下3种:传统理论,即液相炭化理论[2-6]; “微域构筑”理论[2-5, 7];“粒状基本单元构筑” 理论[2-5, 8]。

煤沥青、煤焦油、石油沥青等因其来源广、价格低而被广泛地用于制备中间相沥青,而中间相沥青也因其性能优异而通常被作为优秀碳素材料的前驱体,即由它来制备多种高性能炭素材料,如中间相沥青基碳纤维、泡沫炭、中间相炭微球等产品,在航空航天、国防、医疗、建筑、体育器材等众多领域发挥着巨大作用[7, 9-11]。

本文介绍了中间相沥青的一些基本性质以及采用几种不同原料制备的中间相沥青的特征,并对以中间相沥青为原料制备高性能的炭素材料的应用研究进行了综述,如中间相沥青基碳纤维、中间相炭微球、泡沫炭等。

1; 中间相沥青中间相沥青是一种具有光学各向异性的芳香类碳氢化合物的聚集体,在常温下为固体,而被加热到一定程度会熔融为液体,具有液晶的特性。

其性质与原料密切相关[10],表1列出了采用不同原料制备的几种中间相沥青的特征。

由表1可知,中间相沥青是一种富碳物质,通常具有较高的碳氢比,软化点较高,通常>200 ℃;以纯物质为原料更容易获得中间相沥青含量为100%的产物,如以萘、蒽、甲基萘等纯芳烃为原料。

中间相沥青的研究及利用

中间相沥青的研究及利用

较 多 的支链 或侧 链 , 然 其 相对 于萘 系 中 间相 沥 青 虽 分 子更 接近 圆盘 形 , 其平 面度 较 差 ; 但 而萘 系 中问相 沥 青 , 分子 形状 为棒 状 ( o.k ) 其 R d1 e 。图 1 出 了 3 i 给 种 不 同沥青 原 料制得 的中 问相沥 青分 子 的典型结 构 模型。
中 间 租 沥 青 的 研 究 及 利 用
盛 英 , 李克键 , 晓 苏 朱
( 炭科 学研 究 总院 北 京煤 化S研 究分 院 , 煤 - 北京 10 1 ) 00 3
摘要: 中间相 沥 青是新 型碳 材料 的前 驱体 , 者 对 中间相 沥青 的生 成机理 、 成性质 、 笔 组 影响
为 一 团一 片 , 种 由沥 青 小 球 体 解 体 之后 形 成 的物 这 质 , 成非 球 中间相 一广 域流 线 型 、 形 纤维 状 或镶嵌 型
中国的钱树安 等人都对 中间相沥青
的生成机 理 进 行 了研 究 。研 究 认 为芳 烃 性 重 质 油
( 分子量 4 0— 0 ) 0 60 如石油沥青 、 煤沥青等多环芳烃 有机物在 30C以下首先 形成 各 向同性 的塑形体 5 ̄
中间相沥青形成的因素及 中间相 沥青的研 究现状和最新应用进展等几方面进行 了综述。 关键词 : 中间相沥青 ; 机理 ; 进展
中图分类号 : Q 2 .3 T 5 2 6 文献标识码 : A 文章编 号 : 0 -7 2 20 ) 60 3 0 1 66 7 (0 8 0 - 2— 4 0 0
( 母体 ) 然后 在 3 0C以上 较 高 温 度 下 通 过 热 加 工 , 5 ̄ 经历 热解 、 脱氢 、 化 、 构化 、 聚等 一 系列化 学 反 环 芳 缩 应 , 步形 成分 子量 大 的具 有 圆盘 形 状 的 多 环 缩合 逐 芳烃 平面 分子 , 环 芳 烃 大分 子通 过 1 一耵 电 子 力 多 T 和范 德华 力促 使其 聚 合 而 从母 体 中形 成 晶核 , 这个 过程 在初 期是 可逆 的 , 旦形 成 核 , 从周 围母 体 中 一 便

中间相理论及其应用

中间相理论及其应用

中间相理论与其应用中间相理论是在煤岩学与现代物理检测分析的根底上开展起来的。

它对形成焦过程作出更为科学的解释。

被认为是重某某论突破,对于粘结机理、碳素材料的制备起了巨大推动作用。

一.研究简史为了深入掌握煤或沥青成焦规律,人们从本世纪20年代开始用光学显微镜研究焦炭,并发现焦炭中存在着大小不一的光学各向异性组织,但不能解释其成因。

进入60年代后对炭化过程相变规律的研究,日趋活跃。

61年Taylor在澳大利亚煤中发现了中间相小球体〔这种小球体在我国某某热变质煤中也有发现〕,并观察到它的长大,融并和最后生成镶嵌型光学组织的过程后,对各种含碳有机化合物在热解过程中所形成的中间相与其开展过程进展了广泛的研究。

逐步形成了中间相理论成焦机理。

1965年Taylor与Brooks用电子衍射等技术证明了中间相小球体属于层迭向到液晶结构,并提出了brooks-Taylor型中间相小球体的结构模型。

69年White研究了中间相在融并过程中形成的缺陷,认为它们属于迭层缺陷,并把这些缺陷按其取向的不同而分为四类,还阐述了它们的生成机理。

White的结论为日本的本田英日昌所证实。

后来,美国的Lewis 用热台显微镜连续观察了沥青的中间相的转化过程。

1972年起,Patrick研究了煤化度和炼焦条件对所得焦炭光学组织的影响。

在中间相理论指导下,1968年起日本的KOA石油公司生产了石油系针状焦,新日铁化学公司开始生产煤系针状焦。

1970年大谷开发了各向异性碳纤维。

82年他又提出“潜在中间相〞,开发了制造石油沥青纤维的技术。

83年山日泰弘等发现了“预中间相〞,开发了制造煤焦油沥青纤维的技术。

至今,对中间相的研究仍然十分活跃,但这些研究成果的实际应用还远远不够。

对于微晶结构研究主要采用X—射线衍射技术,对于显微结构研究主要采用光学显微镜。

二.中间相的根本概念1.液晶:液晶是指介于固相与液相之间的一种特殊相。

液晶既保存了晶体中分子排列整齐,呈各向异性的特点,又具有流动性,即为液态晶体。

中间相沥青的研究及应用

中间相沥青的研究及应用

问相 沥 青形 成机 理 、制备 方法 ,并 展望 了 中问相 沥 青的应 用 及发 展 。
[关键 词】中间 相沥 青 ;制 备;炭 材料
[中图 分类  ̄-]TQ522.63
【文献 标 iR#L¥]A
[文章编 号】1007.1 865(201 8)15-0167.02
The Research and Application of M esophase Pitch
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Tian Jtla11.Zhu Guorong l Iuang 1 I Lia (Thii。d R & D DepartmelIt.FIlm’m]an ('bangling Petrochemical Technology Development Co
A list m’acl:M csophasc pitch is the pioneer body ‘)r the I1egv'cal‘bon materials、and has w ide application plOSpeClS in the field ot’1.igh—tcch [11il【c rials l his pape r rt2veals the dc,,ciopnI12111 pFOCCSS OI’m esophase pitch,and intI。od Llces the StrLmCttl m'e and propellies、l ̄wm ing mecha naism and SVlathctic method ol、mcsoph ̄lsc pitch c potential applicalion and dc~elopm cnt ot’m esophase pitch arc also pledicted

可纺中间相沥青的研究进展

可纺中间相沥青的研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 2 期可纺中间相沥青的研究进展高海港1,2,安高军3,鲁长波3,李艳香2,张玉明1,李望良2(1 中国石油大学(北京)重质油全国重点实验室,北京 102249;2 中国科学院过程工程研究所,北京 100190;3军事科学院系统工程研究院,北京 100071)摘要: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。

关键词:中间相沥青;沥青基碳纤维;原料预处理;制备方法中图分类号:TQ342.742 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2024)02-1001-12Research progress on spinnable mesophase pitchGAO Haigang 1,2,AN Gaojun 3,LU Changbo 3,LI Yanxiang 2,ZHANG Yuming 1,LI Wangliang 2(1 State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China; 2 Instituteof Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 3 Institute of Systems Engineering, Academyof Military Sciences, Beijing 100071, China)Abstract: With the rapid development of China’s aerospace and electronics industries, high-performance pitch-based carbon fibers have attracted more and more attention because of its excellentproperties such as high modulus and excellent thermal conductivity. Among these steps, the preparation of mesophase asphalt is the first step in the preparation of high-performance pitch-based carbon fibers.However, due to the complex structure of pitch and more heteroatoms, the properties of mesophase pitch products are not uniform. These facts lead to the situation that the industrial-scale production of spinning grade mesophase pitch has not yet been achieved in China, and thus seriously restricts the development ofrelated industries. In this paper, the formation process and properties of mesophase pitch were reviewed. The composition and molecular structure of coal, petroleum and naphthalene were compared. The effects综述与专论DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0302收稿日期:2022-03-10;修改稿日期:2022-04-15。

煤沥青中间相的研究进展

煤沥青中间相的研究进展

煤沥青中间相的研究进展
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.
作者:任呈强李铁虎林起浪李昊孙效燕作者单位:西北工业大学材料学院,西安,710072 刊名:材料导报 ISTIC PKU 英文刊名:MATERIALS REVIEW 年,卷(期): 2005 19(2) 分类号:关键词:煤沥青中间相机理热力学动力学。

中间相沥青的研究进展

中间相沥青的研究进展

中间相沥青的研究进展
曲凤娇;刘东;郑凯元;牛建萍
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2014(028)001
【摘要】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.
【总页数】6页(P100-105)
【作者】曲凤娇;刘东;郑凯元;牛建萍
【作者单位】中国石油大学(华东)化学工程学院重质油国家重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)化学工程学院重质油国家重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)化学工程学院重质油国家重点实验室,青岛266580;中国石油大学(华东)化学工程学院重质油国家重点实验室,青岛266580
【正文语种】中文
【中图分类】TQ522.65
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1.制备中间相沥青的催化剂的研究进展 [J], 卢嫦凤
2.中间相沥青的制备方法研究进展 [J], 武云;初人庆;郭丹
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4.中间相沥青及其应用研究进展 [J], 时泰雍
5.中间相沥青合成技术及发展前景研究进展 [J], 胡洁;冯志娟;桑小江;杨玉敏;黄永达;王力川
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中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展

中间相沥青的制备方法研究进展相沥青是一种具有高稳定性、高可塑性和高强度的复合材料,被广泛应用于路面、桥梁、机场跑道和地铁路基等工程中。

其制备方法可以根据不同的特性和应用场景进行调整,具有多种方式。

一、沥青-胶体组成法沥青-胶体组成法是一种常用的相沥青制备方法,它通过将沥青和胶体材料混合制成的胶凝体作为原料,通过加热、搅拌等工艺将原料固化形成相沥青。

这种方法制备的相沥青具有优异的拉伸性和承受压力的能力,并且可以根据胶体材料不同的组成比例,实现沥青基质和增强材料的调整和控制。

二、聚合物复合物法聚合物复合物法是一种常见的相沥青制备方法,它采用聚合物和增强材料混合,并通过热压或化学反应等方式固化在一起形成沥青缓和剂增强体。

这种方法制备的相沥青稳定性好,耐热性高,并且可以根据不同的聚合物和增强材料的组合,控制相沥青的物理和化学性质。

三、溶剂抽提法溶剂抽提法是一种利用化学溶剂对沥青进行提取和分离的方法,通过从沥青中分离出单体和聚合物等成分,再将其与增强材料混合形成相沥青。

这种方法制备的相沥青具有高强度和高稳定性,并且可以根据不同的溶剂选择应用于不同类型的沥青。

四、纳米颗粒增强法纳米颗粒增强法是一种利用纳米颗粒增强沥青的方法,通过将纳米颗粒添加到沥青中,增强沥青材料的力学性能和稳定性。

这种方法制备的相沥青具有优异的耐磨性能、抗老化性能和导热性能,并且可以根据纳米颗粒的不同种类和数量,调整相沥青的性能和应用场景。

综上所述,相沥青的制备方法具有多样性和灵活性,可以根据不同的特性和应用场景进行调整和优化。

在今后的研究中,需要进一步深入探究其制备过程中的物理和化学机理,探索新的增强材料和工艺,提高相沥青的性能和应用效果。

中间相沥青炭纤维径向结构研究及其应用的开题报告

中间相沥青炭纤维径向结构研究及其应用的开题报告

中间相沥青炭纤维径向结构研究及其应用的开题报告一、研究背景及意义中间相沥青(MIP)是石油加工产生的一种副产品,由于其具有良好的粘结性能和防水性能,被广泛应用于道路、桥梁、隧道等工程中。

然而,目前MIP的使用还存在一些问题,例如其强度和稳定性较差,易形成裂纹,从而降低工程的耐久性和使用寿命。

因此,如何提高MIP的强度和稳定性,是当前热门的研究课题之一。

炭纤维是一种高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温的纤维材料,被广泛应用于航空、航天、汽车、能源等领域。

将炭纤维与MIP复合,可以有效地提高MIP的强度和稳定性,从而提高工程的耐久性和使用寿命,因此研究中间相沥青炭纤维复合材料具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容及方法本论文将首先对MIP进行深入的理论分析和实验研究,探究MIP的力学特性、化学结构和物理性质。

然后,通过引入炭纤维,将炭纤维与MIP复合,制备出MIP炭纤维复合材料,并对其力学性能、热稳定性、耐蚀性等方面进行测试和分析。

具体研究方法包括:1. MIP的制备及性质测试:采用不同的实验方法制备出MIP,并进行其粘度、黏度、流动性等性质测试;使用红外光谱、核磁共振等方法研究MIP的化学结构和基本组成。

2. 炭纤维的制备和表征:采用不同的实验方法制备出炭纤维,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射等方法对其形貌、纤维构型和晶体结构进行表征。

3. 复合材料的制备与性能测试:将炭纤维与MIP复合制备出复合材料,并进行拉伸、弯曲、压缩等性能测试;使用X射线衍射、热重分析等方法研究复合材料的热稳定性和防腐性能。

三、预期成果与意义本论文的预期成果如下:1. 全面掌握MIP的化学结构、力学特性和物理性质,为MIP的进一步开发和应用提供理论依据。

2. 成功制备出MIP炭纤维复合材料,并对其力学性能、热稳定性、耐蚀性等方面进行测试和分析。

3. 通过炭纤维的引入,成功提高了MIP的强度和稳定性,为工程应用提供了新的解决方案。

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中间相沥青及其应用研究进展摘要:中间相沥青的各种优异性能使其成为制备许多高级功能材料的优质前驱体,并在高新材料领域得到越来越多的重视。

本文简述了国内外中间相沥青的发展历程,介绍了其性质、形成机理以及多种中间相沥青基炭素材料的研究现状,并展望了中间相沥青的应用及发展方向。

关键词:中间相沥青;形成机理;性能Abstract:Key words:引言按照传统理论,中间相的概念可以解释为:一般物质若以晶体状态存在则呈现光学各向异性,以液体状态存在则呈现光学各向同性。

但是,有一类物质在从晶体转变为液体过程(或逆过程)的中间阶段,能呈现为一种光学各向异性的混浊流体状态,既是液体形态同时又具有晶体光学各向异性特征,结晶学中称之为液晶,物相学中则称之为中间相[1]。

中间相沥青(液晶相沥青)是一种由相对分子质量为370~2000的多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物。

一般认为,1961年Tayler在澳大利亚研究煤焦化时发现了光学各向异性中间相小球。

1965年,他和Brooks [2]对中间相球体的微观结构、形成机理进行了研究,并首次解释了各向同性沥青向各向异性沥青转化的过程。

这为液相炭化的研究和炭素行业的发展揭开了新的篇章,同时也为制备高性能新型炭材料奠定了基础。

在50年的发展历程中,中间相沥青作为一种典型的碳质中间相原料,由于它来源广泛,性能优异、价格低廉、较高的炭产率和可加工性强等优点而被公认为是高级功能炭材料的优秀前驱体,比如针状焦、中间相沥青基炭纤维、中间相沥青基泡沫炭、中间相沥青基电极材料、中间相沥青基炭/炭复合材料等。

这些功能性材料将在国防工业、航空航天、尖端科技、日常生活等领域发挥巨大的作用。

我国在此领域的研究起步较晚,但天津大学、大连理工大学、北京化工大学和中科院山西煤炭研究所等单位做了大量的工作,并取得了可喜的进展。

本文介绍了中间相沥青的性质及其制备原料、以及中间相的形成机理,并就国内外几种中间相沥青基炭材料的研究现状进行了综述。

1.中间相沥青的性质及其制备原料中间相沥青是由重质芳烃类物质在热处理过程中生成的一种由圆盘状或者棒状分子构成的向列型的液晶物质,其原料可以是煤焦油沥青、石油沥青和纯芳烃类物质以及它们的共混体[3-5]。

中间相沥青的性质与其原料性质密切相关,中间相沥青都具有较小的氢碳比H/C,100%炭质中间相的H/C原子比可以达到0.35~0.5,如果在常压或高压惰性气氛中对中间相沥青进行热处理还可有效地提高Tg、Ts和碳值。

炭质中间相的软化点最低可达205℃,挥发份含量为15%~20%,密度为1.4~1.6g/cm3,这些物性参数均随沥青原料及其炭化条件的变化而改变。

中间相是一种向列型液晶,具有与液晶类似的热、光、电和磁等物理特性,同时也具有与液体类似的流变性、粘度和形变等特性。

中间相沥青属于六方晶系,具有光学各向异性,在偏光显微镜下观察时,随着载物台的转动,由于对光的折射率不同,中间相沥青的表面会呈现出黄色、蓝色、红色等变化。

此外,它还具有磁学各向异性。

在磁场中,小球的平面状大分子沿磁场方向平行排列(球轴垂直于磁场),具有显著的抗磁各向异性。

在中间相沥青的制备研究初期,研究人员大多采用煤焦油沥青、石油系沥青和其它重质油类。

因为这样不但原料成本较低,而且符合我国有效合理利用资源的国情。

但是,由于其制备工艺相对复杂且不易实现工业化,研究人员改用既能简化制备工艺又能获得高品质产品的纯芳烃类物质作为原料。

1.1以煤沥青为原料煤沥青又称煤焦油沥青,是煤干馏后得到的煤焦油再经蒸馏加工制备而成的沥青。

煤沥青的粘度很低,成型性较差,不适宜直接用来制备炭素材料前驱体,一般都要对原料沥青进行预处理。

花双平、张博[6]等将产自台湾中钢炭素的精制煤沥青进行纯化使其粘度增大,并通过控制热聚合反应温度和恒温时间达到制备优质中间相的目的。

实验结果显示,反应温度在420℃,恒温5h时得到了软化点为312℃的流线体型中间相沥青,其收率为79.1%;热聚合反应在相对较低的温度400℃,反应时间为10h时形成了软化点为305℃、收率为81.4%的优质广域型可纺性中间相沥青。

Xianglin Cheng,Qingfang Zha等[7]将废聚苯乙烯加入到已提取出甲苯不溶物的煤焦油沥青中通过热缩聚反应制备得到中间相沥青,发现可溶性中间相的含量由9%增大到52%,中间相沥青的含量从74%增加到100%。

同时通过将废聚苯乙烯与煤沥青中的甲苯可溶物混合进行反应,产生了很多亚甲基,而这些烷基的存在改善了中间相沥青的特性并大大提高了中间相沥青分子之间的结合力。

1.2以石油沥青为原料石油沥青是将天然石油采用蒸馏或其他生产工艺加工得到的残留物。

这些残留物价格低廉,来源丰富,其中的具有片状稠环芳烃结构的沥青烯具有较高的相对分子质量、芳环化度和热稳定性,适合用来制备中间相沥青。

实际上,用石油沥青制备中间相沥青的过程就是除去低相对分子量、低芳香性物质的纯化过程。

溶剂抽提法和超临界流体萃取法均可以提高中间相沥青的液晶相含量和产率。

溶剂抽提法即用有机溶剂(苯、甲苯、喹啉、正己烷等)在室温下抽提石油沥青;超临界流体萃取法是先将石油沥青加热,再在3~14MPa下用3倍于沥青体积的甲苯或苯分级。

两种方法均可制得液晶相含量为100%的中间相沥青,还具有省时高效的优点[8]。

王惠,乔占平等[9]以兰化产石油沥青为原料通过热处理方式制备中间相沥青,并讨论了反应时间、反应温度对制备中间相沥青反应历程的影响。

结果表明,反应温度愈高愈有利于中间相沥青的生成,且较合适的反应温度区域为370℃-380℃。

在此温度条件下,反应时间愈长愈有利于中间相沥青的生成。

1.3 以纯芳烃为原料相比煤焦油沥青、石油沥青来说,纯芳烃类物质含有的稠环芳烃纯度很高,不含灰分与其他杂质,所以在中间相沥青的合成方面调制工艺简单。

常用的纯芳烃如萘,苊烯,四苯并吩嗪和菲等。

1971年日本大谷杉郎教授[10]采用四苯并吩嗪作原料,通过热解直接合成出呈流线体型具有光学织构的中间相沥青。

E.Fitzer[11]认为,苊烯在常压下非常容易沥青化,经中间相转变成炭素前驱体。

苊烯从210℃左右开始加成聚合,变为聚苊烯,在350℃发生脱氢分解,成为二聚体的联次苊和二苯撑丁二烯为主的沥青状混合物;加热到400℃成为四聚体的萤芳环,进而成为三聚体的十环烯,以这些化合物为主体时,沥青状混合物中会出现强烈偏光的中间相小球体。

Isao Mochida 等[12]使用HF/BF3为芳烃缩合催化剂,以萘为原料,采用两步热处理法来合成中间相沥青。

第一步首先在催化剂条件下将萘加热到80℃进行初步的聚合,生成环烷烃沥青;第二步仍然在催化剂作用下继续加热至260-300℃,即可生成中间相沥青。

所得到的中间相沥青中各向异性成分为100%,软化点为215-285℃。

可以看出,采用纯芳烃类物质合成的中间相沥青的含量很高,并且对反应温度的要求相对较低。

1.4以煤沥青和石油沥青(或纯芳烃)的共混体为原料以煤沥青和石油沥青的共混体为原料来合成中间相沥青的过程其实是一个共炭化过程。

共炭化是一种调制中间相沥青较为简单、实用和有效的方法。

它是将添加剂和原料沥青一起炭化,来弥补原料缺陷,以达到改进原料炭化性能的目的。

日本学者Matsumura等[13]利用蒽油的氢化衍生物(如9,10一二氢化蒽)作添加剂和煤焦油沥青进行共炭化反应,获得了光学各向异性含量高,可溶性流动性较好,分子量分布狭窄的中间相沥青。

Y.D.Park和S.H.Yoon[14]将光学各向异性含量为100%的中间相沥青和各向同性沥青按一定比例混合,快速升温至420℃,只需停留30min,各向同性沥青就可转化为100%的中间相沥青。

这与仅由各向同性沥青制备的中间相相比,此法用更短的时间就可得到完全各向异性的中间相沥青。

E. Mora等[15]认为在早期已经有人研究过将煤焦油沥青和石油沥青混合来制备中间相沥青,而且当时都专注于中间相的形成与发展和喹啉不溶物扮演的角色方面。

他们将以不同比例混合的沥青在430℃下热处理3h后发现,喹啉不溶物不仅影响着中间相小球的融并,而且还影响着混合体系中新的小球成核。

最重要的是,在此混合体系中仅仅石油沥青能够产生大量的中间相小球。

通常,将这种中间相沥青的制备方法叫做非均相成核,其原理在于均相体系中初始晶粒的成核需要时间,而在非均相体系中,由于作为添加剂的中间相沥青作为晶种,可以节省成胚时间。

2.中间相的形成机理影响中间相形成的主要因素有芳烃分子单元大小、分子的平面度以及分子内碳原子排列的连续性或完善性。

要形成可塑性好、球体发育完整且缺陷较少的中间相需要芳烃原料具有芳香度高缩合度低、分子组成均匀且含有适量短烷基侧链和环烷结构的特点。

美国的L.C.Lewis[16]、和日本的Mochida isao[17]都对中间相的形成过程进行过深入的研究。

在炭质中间相形成初期,研究者认为炭质中间相的形成过程大致为[18,19]:沥青分子在热作用下长大形成层积体,然后由这些层积体吸收各向同性的母液长大。

当中间相球体继续长大时,球体之间片层分子相互插入,进而融并形成更大的球体。

球体的尺寸达到一定程度时,由于表面张力不能维持球体形状而发生球体的解体变形,进而形成体中间相。

日本Mochida等人提出了“微域构筑”理论[20]认为中间相的形成过程是先形成具有规则形状的片状分子堆积单元,然后由片状分子堆积单元构成球形微域,再由微域堆积成中间相球体的过程。

天津大学的王成扬[21]分析以上两种理论后认为:传统解释中存在许多不合理的地方,不能对一些现象给予科学的解释;“微域构筑”理论在传统解释的基础上有了很大进步,但由于该理论中引入了实际上并不存在的片层微晶单元而使其存在缺陷。

经过不断改进,王成扬提出了炭质中间相形成的“颗粒基本单元构筑”理论,即中间相的形成和发展过程是三级结构的连续构筑:先由小芳香分子缩聚形成大平面片层分子(一级结构),再由大平面片层分子层积形成球形的中间相构筑单元(二级结构),然后由这些构筑单元直接堆积形成中间相球体(三级结构)。

这种理论摒弃了以上两种理论中不合理的部分,不但能够合理解释两种不同成核方式中间相的形成过程,而且对中间相球体连续长大多现象也能进行很好的解释。

3.中间相沥青的最新应用研究进展3.1中间相沥青基炭纤维1963年,各向同性沥青基炭纤维制造技术问世,短短六年之后,研究者们成功开发出中间相沥青基炭纤维的制造技术[22]。

中间相沥青基炭纤维具有超高强度、超高模量、高传导性和低热膨胀系数等特点,一直以来都是碳材料领域研究的热点,生产技术日益成熟,在美国、日本等国家早已实现工业化。

美国UCC 公司(后来并购于AmoCo公司)是生产沥青基高性能炭纤维的最早厂家,其生产的Thornel P-100型高性能炭纤维抗拉强度2400MPa,抗拉模量为690GPa,而价格却高达68.8万日元/公斤,如此昂贵的价格限制了它在市场上的使用。

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