CN109439004A - 高温改性煤沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳素制品制备领域，尤其涉及一种高温改性煤沥青及其制备方法，由以下重量百分比的原料制成：沥青92‑94%、催化剂3.2‑4.2%、改性剂2.8‑3.8%，结焦值高、甲苯不溶物含量高、固定碳含量高。

Description

高温改性煤沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳素制品制备领域，尤其涉及一种高温改性煤沥青及其制备方法。
背景技术
随着航空、电子、通讯等新型产业的发展，逐渐对高质量碳素材料的需求增高，沥青是运用在碳素材料中的粘结剂，碳素材料生产中重要材料之一，传统的沥青软化点低、挥发份高、结焦值低、机械强度差。因此，对沥青的改性是提高碳素材料质量的关键因素。
在生产碳素产品时沥青作为粘结剂，普通的煤沥青挥发份高，挥发份造成碳素材料气孔高，甲苯不溶物、结焦值和固定碳成分低影响机械强度低，沥青的质量直接影响到碳素材料的品质。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种结焦值高、甲苯不溶物含量高、固定碳含量高的高温改性煤沥青及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种高温改性煤沥青，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：沥青92-94%、催化剂3.2-4.2%、改性剂2.8-3.8%。
进一步地，由以下重量百分比的原料制成：沥青92.5-93%、催化剂3.5-4 %、改性剂3 -3.5%。
进一步地，由以下重量百分比的原料制成：沥青92.8%、催化剂3.7 %、改性剂3.5%。
进一步地，所述催化剂选用氢氧化钠和氢氧化钙其中的一种。
进一步地，所述改性剂选用氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯其中的一种。
进一步地，所述沥青的结焦率为47-51%，喹啉不溶物含量不大于6wt%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、催化剂、改性剂，将沥青粉碎至平均粒径0.1-0.2mm，然后将粉碎后的沥青与催化剂、改性剂投入搅拌机中，搅拌50-60min，搅拌速度100-120r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.48-0.52MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为340-360℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
进一步地，所述升温曲线包括以下阶段：
用时2h，自室温升温至100℃；
用时2h，自100℃均匀升温至200℃；
用时5h，自200℃均匀升温至350℃；
保持350℃，持续3h。
进一步地，高温改性过程中，在温度上升至100℃后，向电加热井式炉通入保护气体。
进一步地，所述保护气体选用氩气或者氮气。
本发明的有益效果在于：煤沥青组成有大量轻质低分子单环芳烃、多环芳烃、稠环芳烃组成，在升温过程中，沥青热解过程轻质组分的挥发，经过化学改性沥青中活性低分子组分，通过一定的压力增加炉内氛围浓度，增加低分子组分通过-CH-链接，组成大分子环芳烃，到一定温度后发生聚合交联从而造成沥青组成成分中结晶组分的存在形式和数量，及降低沥青的挥发份，增加结焦值、甲苯不溶物和固定碳，从而得到高质量的粘结剂改制沥青。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行说明。
以下各实施例中，煤沥青选用山东晨阳新型碳材料股份有限公司生产的煤沥青，其检测结果见附表1，
附表1
灰分 挥发份 甲苯不溶物 结焦值 固定碳 喹啉不溶物
0.21wt% 65.1wt% 18wt% 48% 46wt% 6wt%
以下各实施例中，电加热井式炉的容积为2m3，
升温曲线包括以下阶段：
用时2h，自室温升温至100℃；
用时2h，自100℃均匀升温至200℃；
用时5h，自200℃均匀升温至350℃；
保持350℃，持续3h。
高温改性过程中，在温度上升至100℃后，向电加热井式炉通入保护气体。
保护气体选用氩气或者氮气，通入速度为25-30ml/min。
实施例1
一种高温改性煤沥青，由以下重量百分比的原料制成：沥青92%、氢氧化钙4.2 %、氯化聚乙烯3.8%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、氢氧化钙、氯化聚乙烯，将沥青粉碎至平均粒径0.1mm，然后将粉碎后的沥青与氢氧化钙、氯化聚乙烯投入搅拌机中，搅拌50min，搅拌速度120r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.48MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为346℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
本实施例所得高温改性煤沥青检测结果见附表2。
实施例2
一种高温改性煤沥青，由以下重量百分比的原料制成：沥青92.4%、氢氧化钙4 %、氯化聚乙烯3.6%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、氢氧化钙、氯化聚乙烯，将沥青粉碎至平均粒径0.15mm，然后将粉碎后的沥青与氢氧化钙、氯化聚乙烯投入搅拌机中，搅拌55min，搅拌速度108r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.51MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为351℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
本实施例所得高温改性煤沥青检测结果见附表2。
实施例3
一种高温改性煤沥青，由以下重量百分比的原料制成：沥青93%、氢氧化钙3.5%、氯化聚乙烯3.5%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、氢氧化钙、氯化聚乙烯，将沥青粉碎至平均粒径0.2mm，然后将粉碎后的沥青与氢氧化钙、氯化聚乙烯投入搅拌机中，搅拌60min，搅拌速度120r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.5MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为355℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
本实施例所得高温改性煤沥青检测结果见附表2。
实施例4
一种高温改性煤沥青，由以下重量百分比的原料制成：沥青93%、氢氧化钠3.6%、氯化聚乙烯3.4%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、氢氧化钙、氯化聚乙烯，将沥青粉碎至平均粒径0.18mm，然后将粉碎后的沥青与氢氧化钙、氯化聚乙烯投入搅拌机中，搅拌58min，搅拌速度115r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.5MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为360℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
本实施例所得高温改性煤沥青检测结果见附表2。
实施例5
一种高温改性煤沥青，由以下重量百分比的原料制成：沥青93.5 %、氢氧化钙3.5 %、氯磺化聚乙烯3%。
一种制备高温改性煤沥青的方法，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、氢氧化钙、氯化聚乙烯，将沥青粉碎至平均粒径0.2mm，然后将粉碎后的沥青与氢氧化钙、氯化聚乙烯投入搅拌机中，搅拌60min，搅拌速度100r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.5MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为35℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
本实施例所得高温改性煤沥青检测结果见附表2。
附表2
使用本申请得到的高温改性煤沥青制得的石墨模具理化性质检测结果见附表3。
附表3
项目 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 体密/g/m<sup>3</sup> 灰分/wt% 电阻率/10<sup>-6</sup>Ω*m 气孔率/%
对比例 48.1 24.6 1.51 0.13 11.2 29.7
实验例 65.3 34.2 1.6 0.09 10.6 18.9
附表3中，实验例为以本申请提供的高温改性煤沥青为粘结剂制作的石墨模具理理化性质；对比例为以传统煤沥青为粘结剂制作的石墨模具理理化性质。
灰分的高低直接影响到产品最终的产品质量，高纯石墨对原材料的灰分要求很低，挥发份适当，即保留了沥青混捏的滋润性，也降低了碳材料焙烧阶段的挥发份的排出，提高成品率，降低气孔率的作用，结焦值的提高有助于降低产品的气孔率，甲苯不溶物碳素制品焙烧过程中使固体炭颗粒结合成一个整体，使制品具有一定的机械强度，甲苯不溶物含量，直接影响碳素制品的密度、强度和导电率等性质，由附表3可以明显看出，以本申请提供的高温改性煤沥青为粘结剂制作的石墨模具具有更高的抗压强度好抗折强度，且气孔率降低。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温改性煤沥青，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：沥青92-94%、催化剂3.2-4.2%、改性剂2.8-3.8%。
2.根据权利要求1所述的高温改性煤沥青，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：沥青92.5-93%、催化剂3.5-4 %、改性剂3 -3.5%。
3.根据权利要求1所述的高温改性煤沥青，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：沥青92.8%、催化剂3.7 %、改性剂3.5%。
4.根据权利要求1所述的高温改性煤沥青，其特征在于，所述催化剂选用氢氧化钠和氢氧化钙其中的一种。
5.根据权利要求1所述的高温改性煤沥青，其特征在于，所述改性剂选用氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯其中的一种。
6.根据权利要求1所述的高温改性煤沥青，其特征在于，所述沥青的结焦率为47-51%，喹啉不溶物含量不大于6wt%。
7.一种制备权利要求1所述的高温改性煤沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取沥青、催化剂、改性剂，将沥青粉碎至平均粒径0.1-0.2mm，然后将粉碎后的沥青与催化剂、改性剂投入搅拌机中，搅拌50-60min，搅拌速度100-120r/min，得到混合粉末；
步骤二，将步骤一中得到的混合粉末投入电加热井式炉中，加压0.48-0.52MPa，制定升温曲线，升温曲线的升温上限为340-360℃，进行高温改性，得到软化沥青组合物；
步骤三，将经过步骤二得到的软化沥青组合物在电加热井式炉中自然冷却到室温，取出，既得成品高温改性煤沥青。
8.根据权利要求7所述的制备高温改性煤沥青的方法，其特征在于，所述升温曲线包括以下阶段：
用时2h，自室温升温至100℃；
用时2h，自100℃均匀升温至200℃；
用时5h，自200℃均匀升温至350℃；
保持350℃，持续3h。
9.根据权利要求8所述的制备高温改性煤沥青的方法，其特征在于，高温改性过程中，在温度上升至100℃后，向电加热井式炉通入保护气体。
10.根据权利要求9所述的制备高温改性煤沥青的方法，其特征在于，所述保护气体选用氩气或者氮气。
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