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第30卷第5期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.30,No.5
2007年10月J.ofWuhanUni.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)Oct.2007

含碳耐火材料用新型碳质结合剂的对比分析

李士强,赵雷,李亚伟,徐章地,李远兵,李淑静,金胜利

(武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地,湖北武汉,430081)

摘要:研制开发了含碳耐火材料用新型碳质结合剂,与德国RütgersChemicals公司生产的CARBORESR○P碳
质结合剂进行了分析比较,结果表明:新型碳质结合剂为整体中间相沥青,焦化膨胀性和残炭率高,热失重起
始温度高于300℃,其焦化结构为薄带状叠合的板状炭质结构。新型碳质结合剂在结构及性能上与CARBO2
RESR○P大致相似。
关键词:含碳耐火材料,碳质结合剂,中间相沥青
中图分类号:TF065.1+1文献标志码:A文章编号:167223090(2007)0520484204

含碳耐火材料具有良好的抗渣性及抗热震稳
[1,2]1试验方法
定性,而成为重要的耐火材料体系之一。含
碳耐火材料的性能在很大程度上取决于碳质结合1.1原料
体系所形成的炭结构,其结构和性能直接决定着试验原料选用武汉钢铁集团焦化公司生产的
含碳耐火材料的使用效果,因此,自含碳耐火材料中温煤沥青,其软化点为83.5℃,甲苯不溶物

问世以来,其结合剂开发一直是研究的热点。目wTI=15.03%,喹啉不溶物wQI=6.95%,w挥发物
[2～5]
前常用的碳质结合剂为酚醛树脂和煤沥青,=64.11%,w灰=0.27%,w水=0.6%。
树脂固相炭化形成玻璃炭结构,对氧化和应力比1.2试样的制备
较敏感,而煤沥青经历液相炭化过程,可以形成易将原料沥青置于热聚合反应釜中,在410～
石墨化的炭结构,有利于提高耐火材料的抗氧化440℃温度下进行热聚合,再对聚合产物进行溶
性及结构韧性。也可将沥青2树脂以一定比例混剂抽提,即可制得新型碳质结合剂(Carbonaceous
合作为碳质结合剂,煤沥青和酚醛树脂混合体炭Binder,以下简称CB)。
化形成细镶嵌的炭结构,可在一定程度上提高耐1.3试验检测
火材料的抗氧化性和高温性能[6～8]。试样的结焦值按GB8727-88标准测定;试
煤沥青含有大量的芳香烃类轻质组分,在使样的热性能采用NETZSCHSTA449C综合热分

用过程中对环境会造成很大的污染,其应用受到析仪测试,N2气氛,升温速率为10℃/min;采用
很大的限制。因此,开发低成本、高性能、低污染BRUKERVERTEX7.0红外光谱仪测定试样的
的结合剂已成为含碳耐火材料研究领域的重点。化学结构;采用ElementarCHNSO元素分析仪
德国RütgersChemicals公司新近开发出CAR2检测试样的元素组成;在OLYMPSBX51热台偏
BORES○RP系列含碳耐火材料用碳质结合剂,其光显微镜下观察了碳质结合剂热态裂解后的液晶
具有低污染(苯并芘浓度低于300mg/kg)、高残形态形貌;采用超声分散在玻片上进行真空喷金
炭率(85%以上)以及易石墨化等特性,取得了良的方式,在PhilipsQUNTA400扫描电子显微镜
好的使用效果[9～14]。本研究以中温煤沥青为原上观察了碳质结合剂炭化前后的微观结构;在
料,采用热聚合2溶剂抽提两步法制备了新型碳质Axioskop40APol偏光显微镜下观察了碳质结
结合剂,并与德国CARBORES○RP碳质结合剂进合剂炭化产物的光学结构。
行了分析比较。

收稿日期:2007203207
基金项目:湖北省杰出青年人才基金项目(2007ABB032);武汉科技大学校级重点项目(2006XZ1)
作者简介:李士强(19812),男,武汉科技大学硕士生.E2mail:[e-mail]
通讯作者:李亚伟(19662),男,武汉科技大学教授,博士生导师.E2mail:[e-mail]
2007年第5期李士强,等:含碳耐火材料用新型碳质结合剂的对比分析485

2结果与分析

2.1结焦性能和热分析比较
原料中温煤沥青、CB及CARBORES○RP的结
焦值分别为49.8%,85.3%和85.5%,结果显
示,CB和CARBORES○RP的结焦值极其接近,其
值超过85%,即这两类碳质结合剂均具有高的焦
化膨胀性。如图1所示,两类碳质结合剂炭化产
物结构均为多孔泡沫状薄壁炭结构,而原料中温
煤沥青的炭化产物结构为熔合态结构。

图3煤沥青和碳质结合剂的IR光谱图
a—原料煤沥青;b—CARBORESR○P;c—CB

93.06%,wS=0.547%,wH=3.785%。CB和