中間相瀝青是制備瀝青焦和炭纖維的優(yōu)質(zhì)前驅(qū)體之一,其結(jié)構(gòu)決定了所制備炭材料的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了許多關(guān)于碳質(zhì)中間相的前沿探索、理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究工作,已有研究表明通過共熱聚法能夠較好調(diào)控中間相瀝青的結(jié)構(gòu)和性能,但是該研究工作的系統(tǒng)性和實(shí)用性還有待進(jìn)一步完善。本論文考察了不同碳質(zhì)前驅(qū)體對(duì)液晶中間相形成和轉(zhuǎn)化的影響,利用C9樹脂與萘瀝青共熱聚調(diào)控碳質(zhì)中間相組成、織構(gòu)及其物理性能,得到改性可紡萘基中間相瀝青,并制備了高性能中間相瀝青基炭纖維以及用于評(píng)價(jià)鋰離子電池負(fù)極材料電化學(xué)性能的不同織構(gòu)瀝青焦。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.選取幾種典型的碳質(zhì)原料在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行400～450℃熱處理4 h,研究其液晶中間相形成和轉(zhuǎn)化行為時(shí)發(fā)現(xiàn),軟化點(diǎn)低、分子量小、脂肪側(cè)鏈多的原料一般具有較高的熱反應(yīng)活性,反應(yīng)程度難以控制,所形成的中間相瀝青收率較低、分子有序度差,以鑲嵌型織構(gòu)為主;軟化點(diǎn)和分子量適中的芳烴類原料分子平面度較高、反應(yīng)活性相對(duì)穩(wěn)定,有利于液晶相態(tài)間的轉(zhuǎn)化,所制備的中間相瀝青收率和分子有序度較高,以流線型取向織構(gòu)為主。基于萘瀝青初期較難形成液晶小球及其中間相分子側(cè)鏈基團(tuán)相對(duì)較少不利于... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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碳質(zhì)中間相傳統(tǒng)形成機(jī)理Fig.1.1Traditionalexplanationofcarbonaceousmesophaseformationanddevelopment

4圖1.1碳質(zhì)中間相傳統(tǒng)形成機(jī)理Fig.1.1Traditionalexplanationofcarbonaceousmesophaseformationanddevelopment圖1.2中間相三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型Fig.1.2Three-dimensionstructuralmodelofmesophase中間相瀝青中的異性相在偏正光下會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，利用PLM能夠表征碳質(zhì)中間相的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)單元形態(tài)進(jìn)行分類，中間相量的織構(gòu)大致可以分四類，同性結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、流線型結(jié)構(gòu)和廣域結(jié)構(gòu)，四大種類可以繼續(xù)細(xì)分。中間相瀝青中分子的排列、構(gòu)型決定了中間相瀝青的織構(gòu)，如表1.1所示。廣域型結(jié)構(gòu)意味著中間相中芳香分子平面度高；流線型結(jié)構(gòu)意味著中間相瀝青中芳香分子排列有序度高，易于石墨化；鑲嵌結(jié)構(gòu)則說明中間相瀝青中芳香分子平面構(gòu)型、分子排列有序度差，難以石墨化。不同結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)中間相具有不同性質(zhì)和不同的用途，對(duì)碳質(zhì)中間相結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，能夠提高碳質(zhì)中間相的利用率[10]。

5表1.1中間相光學(xué)結(jié)構(gòu)組織形態(tài)的結(jié)構(gòu)分類Table1.1Shapeandsizeclassificationoftheopticalstructure光學(xué)織構(gòu)符號(hào)單元形態(tài)尺寸/μm各向同性I無光學(xué)超細(xì)鑲嵌結(jié)構(gòu)VMF直徑<0.5細(xì)鑲嵌結(jié)構(gòu)Mf0.5<直徑<1.5中粒鑲嵌結(jié)構(gòu)Mm1.5<直徑<5粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)Mc5<直徑<10拉長(zhǎng)中流線MFA長(zhǎng)度<30寬度<50拉長(zhǎng)粗流線CFA30<長(zhǎng)度<60,5<寬度<10小域SD10<直徑<60流線廣域FD長(zhǎng)度>60，10<寬度<50廣域D直徑>601.2.3中間相瀝青的調(diào)制方法圖1.3直接熱縮聚法工藝流程圖[4]Fig.1.3Processchartofdirectthermalpolycondensation直接熱縮聚法是最常用，最簡(jiǎn)單的中間相瀝青調(diào)制方法。其工藝流程如圖1.3所示。第一步聚合溫度較高，處理時(shí)間較長(zhǎng)，得到異性相含量較高的中間相瀝青，其體系中還含有輕組分。第二次熱處理溫度低于熱聚合溫度，主要目的是移除體系中的輕組分，加速炭化，使中間相含量富積。這種方法適用于分子量分布相對(duì)較窄、各組分反應(yīng)活性相對(duì)接近的前驅(qū)體制備中間相瀝青[3,4]。技術(shù)參數(shù)主要有熱聚合溫度、時(shí)間、壓力、體系氛圍和機(jī)械攪拌速率。JongGuKim等人[27]利用熱解石油殘?jiān)鼮樵�，采用直接熱縮合法，控制反應(yīng)溫度和壓力制備中間相瀝青。研究表明熱聚合溫度會(huì)影響中間相瀝青的軟化點(diǎn)和產(chǎn)率。瀝青中的2-6芳環(huán)組分決定了中間相瀝青的產(chǎn)率，6環(huán)以上物質(zhì)決定了軟化點(diǎn)。VValovicova和PPetrovykh等人以蒽油為原料，在低溫（420oC）和高溫（480oC）下進(jìn)行熱


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