高产碳沥青的制备和性能研究

PREPARATION AND PROPERTY OF
HIGH CARBON YIELD PITCH

Lü Chunxiang Ling Licheng^* Li Xiue Qiao Wenming and Liu Lang
(Institute of Coal Chemistry,Chinese Academy of Sciences， 030001 Taiyuan;
* State Key Laboratory of Coal Conversion,Chinese Academy of Sciences,030001 Taiyuan)

　　ABSTRACT　By researching the reaction properties,relation between the consist,structure of sulfuretted pitch and its carbon yield，rheologic property at high temperature,thermal stability,a method of preparing high carbon yield pitch and its impregnating properties were studied.The results showed that the pitch prepared by sulphuration,when its softening point is in the range of 170℃ to 200℃,have high carbon yield (＞65%),and good rheologic property and good thermal stability.
　　KEY WORDS　high carbon yield,pitch-based impregnant,sulphuration

　　0　引言

　　制备C/C复合、高强、高密材料时都需进行浸渍处理，浸渍剂性能直接影响材料的质量和加工成本.目前我国大部分厂家使用中温煤焦油沥青或改质煤焦油沥青做浸渍剂，这些沥青一次不溶物(QI)含量较高，产碳率较低，增加了浸渍的难度，特别是对于航空航天工业中的高性能材料，一般的浸渍沥青使用效果不能令人满意.国外对高产碳沥青浸渍剂的开发研究始于六七十年代，主要是用于军备竞赛的设备武装，其技术严格保密，鲜有文献报道.到80年代，开始有少量文献报道^［1～4］，但是产碳率仍不能令人满意.随着国防建设和高品位民用材料的发展，开发高产碳沥青浸渍剂已成为当务之急.本文研究了硫化制备高产碳沥青的方法，并对制得的沥青进行了性能分析.

　　1　实验部分

　　1.1　原料
　　改质沥青，太钢焦化厂产，软化点(S.P.)105℃，喹啉不溶物(QI)8%，甲苯不溶物(BI)23%；升华硫，化学纯，天津大学化工实验厂.
　　1.2　制备
　　将改质沥青在100 L釜中90.4 kPa～93.1 kPa真空度下蒸馏，升温速率：300℃以前0.70℃/min；300℃～400℃为0.55℃/min；400℃～450℃为0.20℃/min，取450℃下的馏分.用上述馏分与10%的硫在2L搅拌釜中调制高软化点沥青.反应条件：280℃恒温1 h，380℃下N₂鼓吹恒温定时，冷却出料.
　　1.3　测试分析
　　(1) 软化点：用自制的软化点测定装置测试.将沥青样品磨成粉装入试管中，通入N₂保护，放入盐浴中以3℃/min的速率升温，同时用针捅沥青，手感至沥青软化时的温度即为软化点.
　　(2) 产碳率：康氏产碳法，参照GB268—87标准.加压炭化法，将样品3 g置于加盖坩埚中，放入密封釜，抽真空至0.090 MPa，充N₂置换三次，然后充至1 MPa恒压，以10℃/min的速率升至540℃，常压升温至900℃，冷却，测定碳收率.
　　(3) 流变性能：在NXS—11旋转粘度仪上进行，剪切速率1 s^-1，升温速率2℃/min.
　　(4) TG，DTG，DTA分析：在TG—DTA92仪器上进行.升温速率10℃/min，N₂保护.

　　2　结果与讨论

　　2.1　原料沥青的净化
　　原料沥青中QI组分在浸渍时容易形成滤饼，堵塞孔道，使浸渍难以进行，影响材料性能，因此必须除去或减少一次QI组分.
　　通过蒸馏得到的净化沥青的组分与原料沥青的组分比较见表1.

表1　净化沥青与原料沥青组分比较
Table 1　Components of purified pitch and
material pitch (%)

图1　沥青软化点与收率的关系
Fig.1　Correlation between yield and softening point

图3　硫化沥青2^#的DTG和TGA及DTA曲线图
Fig.3　DTG，TGA and DTA of 2^#

图4　硫化沥青3^#的DTG和TGA及DTA曲线图
Fig.4　DTG，TGA and DTA of 3^#

图5　硫化沥青的粘度-温度曲线
Fig.5　Curve between viscosity and temperature
　●——2^#；▲——3^#；○——Oxidized coal tar pitch
(S.P.=170℃)