废旧氨纶改性煤沥青研究+文献综述(2)
1.1.1 煤沥青的组成
煤沥青的组成极为复杂，是多种组成的共熔混合物。已查明的化合物有70余种，大多数为三环以上的多环芳烃，还含有O、N、S等元素的杂环化合物和少量高分子炭素物质。这些化合物中，约1/2带有基团，有甲基、羰基、酚羟基、亚氨基、巯基和苯基等。沥青组成既与炼焦煤性质及其杂原子含量有关，又受到炼焦工艺制度和煤焦油蒸馏条件的影响[1]。与其它物质相比，煤沥青具有资源丰富、价格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点，因此，煤沥青常常用来作为炭材料的基体前驱体。
中间相沥青是稠环芳烃化合物(如煤沥青、煤焦油、石油沥青和萘等)在惰性气氛中进行热处理时[2-3]，经过热解、脱氢和缩聚等一系列化学反应逐步形成分子量大约在500~2000之间、热力学稳定的多种盘状稠环芳烃化合物，这些稠环芳烃化合物分子在π—π键的相互作用下聚集在一起，平面分子之间相互平行排列，形成具有光学各向异性的向列液晶结构[4-5]，中间相沥青具有高残碳率和易于石墨化等优点[6]，是制备高强度碳纤文、炭/炭复合材料、超级电容器、超高比表面活性炭、超导热材料和高温润滑剂等高性能炭材料的优质前驱体。
1.1.2煤沥青的种类
根据软化点的不同，中国焦化企业生产4种规格的沥青：
(1) 低温沥青（软沥青），环球法软化点为35-75℃；
(2) 中温沥青，环球法软化点为75-95℃；
(3) 高温沥青（硬沥青），环球法软化点为95-120℃；此外，根据用户要求，焦化厂可生产软化点120-250℃高温。
(4) 改质沥青，普通煤沥青的改质技术是指沥青经热聚合处理，使一部分β树脂转化为α树脂，一部分γ树脂转化为β树脂，从而获得软化点在 100-120℃的β树脂质量分数大于18%，α树脂质量分数在6%-15%的优质煤沥青。20 世纪 70 年代以后，欧美发达国家开始大量生产改质沥青取代普通中温沥青，以满足碳制品工业的需要。改质处理可采用多种工艺路线，如热聚法、化学催化法、闪蒸法以及空气氧化法等 [7-9]。
1.1.3煤沥青的研究状况（碳纤文用基体）
(1) 物理改性：
①成分分离
煤沥青是一种组成与结构非常复杂的混合物，它的确切成分尚不清楚，但其基本组成单元是多环(三环以上)、稠环芳烃及其衍生物。煤沥青的残炭率和它的平均分子量及分子量分布有关，沥青的平均分子量越大，它的残炭率就越高[10]。减压蒸馏、溶剂分离和超临界抽提是煤沥青成分分离的有效手段，这些方法可根据需要对煤沥青的结构性能进行调整，优化沥青的组成，以获得最大的残炭率和合适的流动性能[11]。
AkiraTanak[12]等人采用减压蒸馏的方法，控制不同的温度和真空度把煤沥青分成四组份。通过NMR和ESR分析发现，组份的平均分子量越大，软化点越高，残炭率越大。另外，组份的平均分子量越大，含有的-CH2-就越多，这一点对煤沥青的流变性能影响很大。许斌等人[12-13]采用溶剂分离等方法，把煤沥青分成哇琳不溶物(QI)、甲苯不溶物哇琳可溶物(TI-QS)、正庚烷不溶物甲苯可溶物 (HI-TS)、正庚烷可溶物(HS)等四种组分，并观察了各个组分的残炭率、粘接性能和流变性能。J.R.Kershaw[14]等人对煤沥青用超临界流体在250℃-300℃抽提可得到软化点较高、高残炭率的沥青，这种沥青比原料沥青更能快速形成中间相。此外，超临界抽提还可通过调节温度和压力得到不同β树脂含量的沥青组分。
②添加增塑剂
在煤沥青中加入增塑剂，煤沥青的软化点显著降低，这时煤沥青的高温流动性得到明显改善。煤沥青增塑剂一般是双键或者三键化合物及其低聚物，这些化合物的高反应能力是合理使用这种添加剂的先决条件。由于这些化合物含有不饱和键，容易同煤沥青发生共聚或缩聚反应，因此，不会使煤沥青的焦化能力变坏。在煤沥青中添加增塑剂，既可以达到保留较高的残炭率，又可改善煤沥青的流变性能。