炭材料用改性煤沥青的结构及性能研究.pdf

第卷第期煤炭转化
302Vol.30No.2
2007年4月COALCONVERSIONApr.2007

炭材料用改性煤沥青的结构及性能研究3

宋士华1)马明亮2)魏健宁3)李世斌3)李铁虎4)

摘要进行了对甲基苯甲醛(42MB)改性煤沥青(CTP)的中间相微观结构研究.采用偏光显
微镜研究42MB改性煤沥青的光学结构;采用扫描电镜(SEM)观察改性后煤沥青的形貌.研究结果
表明,改性煤沥青的光学组织结构显著改善,随交联剂42MB用量的不同,可得到超镶嵌(SM)、广
域(D)和小域(SD)三种光学结构;改性后煤沥青出现纤维结构,煤沥青的残碳率显著提高.因此,改
性后的煤沥青有望作为优质的炭材料基体前驱体.
关键词42MB,煤沥青,改性,中间相,微观结构
中图分类号TQ522165

表1煤沥青的性能指标
0引言Table1Propertiesofcoaltarpitch
炭/炭复合材料(以下简称C/C)是新材料领域M”C/HSP/℃BI/%QI/%ρ/(g·cm-3)
中重点研究和开发的一种新型超高温材料,它不仅4701.5682.012.169.561.30
Note:M”———Averagemolecularweight;SP———Softeningpoint.
具有炭石墨材料的固有性能,还兼有炭纤维复合材
料的良好性能,具有比重轻、模量高、比强度大、热膨1.2对甲基苯甲醛改性煤沥青
胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好和摩
将中温煤沥青粉碎至011mm以下,然后与对
擦性好等一系列优异性能,已经在汽车工业、医疗卫
甲苯磺酸按一定比例混合装入三口烧瓶,100℃之前
生、体育、渔业、航天航空等多种领域广泛应用,其中
自由升温,从升温开始通入Ar,流量为50mL/min,
在航天航空领域尤为重要.但是,C/C制造工艺复
100℃之后以5℃/min的速度升温至指定温度,开
杂、设备操作困难,导致周期长、成本高和产品性能
始滴加42MB等,并在指定温度下反应1h～6h,取
稳定性差,大大限制了其进一步发展.因此,研究低
出后快速冷却,即为改性沥青.
成本、高性能的C/C已受到世界各国的普遍关注.
由于煤沥青具有资源丰富、价格低廉和含碳量1.3改性煤沥青的热解
高等优点,常被用来作为C/C用基体前驱体,这就
把改性后的煤沥青分别放入直径25mm,长
要求煤沥青不仅要有良好的工艺性而且要有优良
,200mm的石英管中,盐浴,通氮气保护,分别以2
的耐热性同时残碳的各向异性也是追求的目标李
,.℃/min的速率升温至预定温度(200℃,250℃,300
铁虎等曾用三聚甲醛改性煤沥青本文采用对甲基
.℃,350℃,400℃,450℃,500℃),冷却后取样.
苯甲醛改性煤沥青,既大大提高了沥青的残碳率,又
性能测试
有望生成易石墨化碳.1.4
光学结构分析仪器型号
1实验部分.:OLYPUMS-B061
型光学显微镜.热解产物用硫磺包埋后,经磨片、抛
光后制得样片.
1.1原料
扫描电镜分析(SEM).仪器型号:AMRY公司
煤沥青:工业品,武钢焦化厂生产,其性能指标AMRY-1000B型扫描电镜.
见表1;42MB:化学纯,西安化学试剂厂生产;对甲热重分析(TGA).仪器型号:PERKIN2EL2

苯磺酸:分析纯,中国五联化工厂生产.MER型热解重量分析仪.在N2的保护下分析改性

3国家自然科学基金资助项目(50472081)和江西省自然科学基金资助项目.
1)讲师;2)教授;3)副教授,九江学院,332009江西九江;4)教授、博士生导师,西北工业大学材料科学与工程学院,710072西安
收稿日期:2006212222;修回日期:2007201213

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第2期宋士华等炭材料用改性煤沥青的结构及性能研究71

煤沥青的热解行为.400℃处理不同时间后焦化产物的光学组织结构见
图2.图2a表示热处理时间为015h的改性煤沥青
2结果与讨论
焦化产物的光学组织结构,这时改性煤沥青中出现

2.1光学结构分析

一定反应温度下,催化剂用量5%,反应时间7
h,不同交联剂用量的改性煤沥青经500℃炭化60
min后的光学组织结构见图1.图1a表示未改性煤

图2不同热处理时间对甲基苯甲醛改性
煤沥青的光学结构
Fig.2Opticalstructuresofmodifiedcoaltarpitches
with42MBofdifferenttime
a———0.5h;b———1h;c———2.5h;d———3.5h
了很多尺寸在μ左右的中