石油渣油制備可紡中間相瀝青的研究.pdf

1、中間相瀝青(Mesophase pitch,MP)是石油渣油、煤焦油、純芳烴化合物等在熱處理(液相碳化)過程中,由于分子間發(fā)生斷鍵、脫氫、縮聚等一系列化學(xué)反應(yīng),而逐步形成的向列型液晶相化合物。中間相瀝青特有的取向排列芳香大分子片層結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,是許多高性能碳材料的制備原料,被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、新能源、交通、土木建筑等領(lǐng)域。
　　 本文以石油渣油為原料,擇優(yōu)采用兩種加壓-真空熱縮聚實驗方案來制備中間相

2、瀝青,研究中間相瀝青的結(jié)構(gòu)、性能以及紡絲工藝條件;同時選取可紡性能良好的中間相瀝青為原料,制備了中間相瀝青基碳纖維和石墨纖維,并重點研究了紡絲條件和預(yù)氧化條件對中間相瀝青碳纖維和石墨纖維力學(xué)性能的影響。本文的主要研究工作如下:
　　 1、以石油渣油為原料,采用直接加壓-真空熱縮聚法制備了軟化點為272℃,中間相含量為95％,可紡性良好的中間相瀝青MP-1。將石油渣油用甲苯進(jìn)行溶劑處理后,再進(jìn)行加壓-真空熱縮聚制備了不同中間相含量

3、的一系列瀝青(MP-2、MP-3和MP-4)。其中采用與MP-1相同的加壓-真空熱縮聚條件制備出的中間相瀝青MP-2的中間相含量為90％,軟化點為270℃,可紡性良好。MP-1和MP-2都可作為制備中間相瀝青基碳纖維及石墨纖維的原料。
　　 2、對中間相瀝青MP-1和MP-2進(jìn)行紅外光譜分析,發(fā)現(xiàn)兩者的紅外光譜圖基本相同,兩者的分子結(jié)構(gòu)都是主要由帶有甲基和亞甲基側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的稠環(huán)芳烴構(gòu)成。
　　 3、以中間相瀝青MP-1和M

4、P-2為原料,通過熔融紡絲,預(yù)氧化,碳化,石墨化處理制備了中間相瀝青碳纖維和石墨纖維。研究了紡絲條件和預(yù)氧化條件對中間相瀝青碳纖維和石墨纖維力學(xué)性能的影響,得出中間相瀝青MP-1和MP-2的最佳紡絲條件和最佳預(yù)氧化條件,獲得了最高力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度2.20GPa,抗拉模量達(dá)158Gpa的MP-2碳纖維以及最高力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度2.68GPa、抗拉模量496 Gpa的MP-2石墨纖維。
　　 4、采用紅外光譜測試和X射線衍射分

5、析法研究了中間相瀝青制備碳纖維和石墨纖維的過程中其組成和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)氧化、碳化(石墨化)處理的進(jìn)行,中間相瀝青的分子結(jié)構(gòu)越來越規(guī)整;中間相瀝青纖維的微晶的平均堆積厚度不斷減小,石墨化度不斷增加;預(yù)氧化處理對中間相瀝青纖維的層間距影響不大,而碳化、石墨化處理則能使中間相瀝青纖維的層間距顯著減小。
　　 5、測試了以MP-1和MP-2制備的碳纖維和石墨纖維的電阻率,發(fā)現(xiàn)石墨化處理可以顯著降低纖維的電阻率,提高纖維的導(dǎo)電