热聚合工艺对煤沥青性能的影响（绪论+实验）(2)
1.1.1煤沥青的基本组成
煤沥青族组成分析的溶剂有很多，常用的有甲苯、苯、喹啉、吡啶、四氢呋喃、环己烷、正庚烷、石油醚、油等。目前，最常用的是喹啉或吡啶和甲苯三种溶剂，可将沥青分成三种组分[3]。其中吡啶不溶物称为α树脂或吡啶不溶物(PI)，不溶于甲苯而溶于吡啶的组分称β树脂或甲苯不溶物吡啶可溶物(TI-PS)，可溶于甲苯的组分称为γ树脂或为甲苯可溶物(TS)。
α树脂[4]吡啶不溶物是煤沥青中的重组分，分子量为1800一2600，H/C原子比大于1.67，根据α树脂形成过程来进行划分，可以分为α1树脂和α2树脂，αl树脂为煤焦油中原有的吡啶不溶物(PI)，后者α2树脂为煤焦油形成沥青时产生的吡啶不溶物(PI)。它的存在导致煤沥青反应活化能降低，反应速度常数增加，炭化时不利于中间相小球体的生长以及融并，α树脂的存在使炭化产物各向异性区域减少，增加制品热膨胀系数。但α树脂的存在可以提高煤沥青焦化时残留碳量和体积密度，α树脂的粒径、结构、含量等对煤沥青的粘度、残炭率以及最终炭材料的性能等均具有不同程度的影响。
β树脂是煤沥青中的中组分，其含有7个及以上苯环的芳香族缩聚物，分子量从1000到1800不等，H/C比为1.06，β树脂的重要的特性是具有极强的勃结性和易石墨化性能，β树脂常温时呈固态，加热时能够熔融，它的存在利于煤沥青中起粘结作用，焙烧后绝大部分形成焦炭。另外β树脂的含量对炭糊的塑性起着关键性作用，并且对焙烧品的物理、化学性能，如电阻率、机械强度、热导率、抗氧化性、耐腐蚀等都具有明显的影响。炭材料性能与β树脂的含量有着密切的关系，一般认为β树脂含量越高，越有利于提高炭材料的性能，煤沥青粘结剂的质量也就越好。
γ树脂是煤沥青中轻组分，其是含有4-6个苯环的芳香族缩聚物，分子量分布在200一1000之间，H/C比约为0.68，呈现带有粘性的深黄色半流体。γ树脂的存在降低煤沥青的粘度，使得流动性能改善，同时使得煤沥青易于被炭质骨料吸附，增加糊料的塑性，利于成型。另外，γ树脂的存在利于煤沥青体系内保持优异的高温流动性，适当降低沥青的软化点，有利于中间相的形成。γ树脂含量对煤沥青的残炭率也有重要的影响，过量的γ树脂会降低煤沥青的残炭率，影响焙烧品的密度和机械强度。
1.1.2煤沥青的基本结构
1．化学组成
煤沥青组成非常复杂,经大量的分析研究[5],研究者普遍认为煤沥青是由上千种复杂有机化合物以及少量杂质组成的混合多分子体系,己查明的化合物就有70余种,分子量范围很宽,从百到千不等,但是其大多数为三个苯环以上的多环芳烃,科学家经过大量研究分析查明[6],沥青中大致有以下化合物:1,2-苯并咔咗、2,3-苯并蒽、1,2-嵌二萘、1,2-苯并芴、3,4-苯并芘、2,3-苯并芴、并四苯、环三苯和许多其它的化合物,研究发现,沥青在热处理和化学改性过程中,分子量分布在200-350左右的组分最为活泼。
2．物理结构
煤沥青常温下为黑色固体,没有固定的熔点,呈玻璃相,受热后软化继而熔化,密度为1.25-1.35g/cm3。D.M.Riggs[5-7]等人认为煤沥青是由在不同溶剂中各溶解度参数不同的有机物组分组成的,并自身形成的一种“固有溶液”,这些不同的组分相互溶解趋向于形成一种胶束结构,组成三文梯度溶液：在胶束中,烷烃溶解环烷烃,环烷烃溶解小芳烃,小芳烃溶解大芳烃等等,因此相互间的混合热能够降到很小,从而可以形成稳定的固有溶液,不过通过热处理可以破坏胶束组分间的固有平衡。根据实验资料[2]可以认为,根据热处理温度的不同,煤沥青既可处于胶体状态,也可呈现玻璃态。煤沥青属于空间结构的分散系统,组成系统的组分,即相和介质之间的关系,决定煤沥青的性能。
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