不同前驅體泡沫炭的制備及形貌對比研究(中間相瀝青及氧化瀝青)

2021-09-26 13:19:40   來源:瀝青基碳材料   評論:0 點擊:   字體大?。?a href="javascript:SetFont(16)">大

摘要:泡沫炭具有低密度、高強度、高導熱、抗沖擊、耐高溫、抗氧化等諸多特點,因而具有廣泛的應用前景。本文分別以萘系中間相瀝青、煤系中間相瀝青及氧化瀝青為原料,采用低溫氧化法取代溶劑萃取法來調制原料的族組成,制備適宜發泡的前驅體,通過對比所制泡沫炭的形貌結構來提出以氧化瀝青為原料制備泡沫炭的可行性。

 

前言

隨著時代的發展,在生產上對于材料性能愈發苛刻,例如耐高溫,抗腐蝕,導熱,導電,力學性能等諸多特點,而近些年出現的炭素材料之中的泡沫炭(MPCF)顯示出了其良好的發展前景[1-3]。泡沫炭是由中間的氣泡及其周圍規則排列的石墨化結構所組成的泡壁相互連接而成的具有十二面體結構的多孔狀炭材料[4],由于制備工藝條件的不同,相互連接的泡壁有開口和閉口兩種形式。泡沫炭具有良好的耐高溫、低導熱性,而且其密度、強度和比強度均優于泡沫鋁和泡沫陶瓷,且石墨化后具有高導熱性,是一種有前途的耐高溫泡沫材料[5]。

中間相瀝青是一種碳液化向焦炭轉化的中間液晶態[6,7]。由于中間相瀝青的碳值高、結晶度高、可低溫石墨化等特性,使得中間相瀝青近年來發展迅速,成為制備碳材料的優良原材料。以中間相瀝青為前驅體制備的泡沫炭具有優良導熱系數,但其價格昂貴,且主要依賴國外進口。而煤瀝青經過調制可制成適合于制備泡沫炭的優良前驅體,并且經過對輕組分和縮合度的控制可以制備出各種形態和性能良好的泡沫炭。由于煤瀝青中含有大量可揮發組分,而作為碳材料前驅體材料,必須擁有較高碳值和芳香度,才能再進一步碳化、石墨化形成多種性能優良的碳材料。

本文分別以萘系中間相瀝青、煤系中間相瀝青及自制氧化瀝青為原料,采用低溫氧化法取代溶劑萃取法來調制原料的族組成,制備適宜發泡的前驅體,來改善泡沫炭的性能,通過觀察泡沫炭的偏光顯微結構來探究氧化瀝青制備泡沫炭的可行性。
1實驗

1.1原料性質

本文分別以萘系中間相瀝青、煤系中間相瀝青氧化瀝青為原料,具體性質如表1所示:

 

圖片

 

 

1.2實驗方法

1)發泡前驅體的制備

制備泡沫炭的發泡前驅體可以通過溶劑萃取法來調制原料的族組成,但眾所周知,溶劑萃取法需要使用溶劑,溶劑對人體具有一定危害,并且價格較為昂貴,不利于工業化生產,因此我們采用低溫氧化法取代溶劑萃取法制備發泡前驅體,通過比較三種改性瀝青的發泡行為,來考察自制氧化瀝青制備泡沫炭的可行性。

首先分別將三種原料瀝青研磨至一定粒度,再稱取一定質量的原料瀝青置于氧化爐中,在空氣氣氛下得到氧化改性的,通過控制氧化溫度、氧化時間及空氣量來調制瀝青的族組成,使其達到發泡前驅體的要求。氧化條件及改性瀝青性質如表2所示:

2氧化條件及改性瀝青性質

 

圖片


2)泡沫炭的制備

稱取一定量前驅體粉末置于模具中,利用壓力機施加一定壓力將物料壓實。然后置于高壓反應釜中,以2~5℃/min升溫至軟化點溫度,充入氮氣達到初始壓力,再繼續以1~2℃/min升溫至最終發泡溫度,恒溫一定時間,停止程序,自然降溫至室溫,得到泡沫炭初生體。將泡沫炭初生體轉移到管式爐中進行炭化處理,在高純氮氣的保護下,以2℃/min升溫至1000℃,恒溫120min,然后自然降溫至室溫,得到瀝青基泡沫炭。發泡工藝條件如表3所示。 

圖片


2結果與討論

2.1不同前驅體所制泡沫炭的微觀形貌對比研究

2.1.1萘系中間相瀝青

1)以萘系中間相瀝青為原料,先采用低溫氧化法來調制原料的族組成,得到改性萘系中間相瀝青,再以改性萘系中間相瀝青為發泡前驅體,所制泡沫炭的偏光顯微結構如圖1所示:

 

 

圖片

圖片


 

(2)以改性萘系中間相瀝青為發泡前驅體,所制泡沫炭的SEM圖如圖2所示:


圖片

 

由改性萘系中間相瀝青所制泡沫炭的偏光顯微結構和SEM圖可見,孔徑分布均勻,主要分布在100~200μm,有少部分大孔分布在200~300μm,泡孔主要呈圓形或橢圓形,孔壁較薄,且強度較好。

萘系中間相瀝青是采用純芳烴化合物萘為原料制備的中間相瀝青,原料組成均勻,分子結構單一明確,軟化點相對較低,可熔融性好,但甲苯不溶物含量偏高,直接作為發泡前驅體,體系粘度較小,無法固定住泡孔,發泡效果較差。采用了低溫氧化的方法來調制萘系中間相瀝青的族組成,有利于瀝青中輕組分的脫出,并通過脫氫、芳構化和氧化反應,使分子間發生交聯反應和縮合反應,從而,瀝青的分子量增大,軟化點得到提高,甲苯不溶物的含量增多,從而制得適宜的發泡前驅體。

由此可見,以萘系中間相瀝青為原料,通過低溫氧化法取代溶劑萃取法制備發泡前驅體,進而制備泡沫炭是可行的,所制泡沫炭結構較好。
2.1.2煤系中間相瀝青

1)以煤系中間相瀝青為原料,先采用低溫氧化法來調制原料的族組成,得到改性煤系中間相瀝青,再以改性煤系中間相瀝青為發泡前驅體,所制泡沫炭的偏光顯微結構如圖4(我也不知道圖3哪去了

返回列表 打印
国产激情久久久久影院老熟女,亚洲精品自在线拍2019,亚洲成AV人片天堂网,绿巨人视频app官方网站入口