[发明专利]一种可纺中间相沥青的制备方法

说明书

一种可纺中间相沥青的制备方法，将高软化点石油沥青粉碎后进行热抽提，过滤，得到净化石油沥青；将净化石油沥青与八氢菲或含有八氢菲的供氢试剂混合后，进行热缩聚反应；热缩聚反应完成后降压后，搅拌下，并于370～420℃下进行吹扫，得到中间相沥青。本发明将净化高软化点沥青与供氢试剂八氢菲直接混合后用作中间相沥青原料，进行热缩聚，将氢化处理与聚合反应合二为一，并且不需要进行供氢试剂的脱除，简化了工艺流程；热缩聚后进行常压吹扫，避免采用真空处理方式导致轻组分的过快逸出而扰乱中间相的融并，也避免体系软化点提升过快，并且可以使得仍带有活性的轻组分继续保留下反应体系中参与缩聚，从而提高产品产率。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种可纺中间相沥青的制备方法。

背景技术

中间相沥青是由大平面稠环芳烃分子堆积而成的向列型热致液晶态物质，呈现双折射特性，一般是由石油沥青、煤沥青、石油渣油等经热缩聚，或由纯芳烃在催化剂作用下催化缩聚制备而成。中间相沥青是制备中间相沥青基碳纤维、中间相炭微球、针状焦以及中间相泡沫炭等高性能炭材料的前驱体，中间相的特殊结构赋予这些材料优良耐热性、高导热系数、良好化学稳定性以及高电导率等特性，在航空航天、精密电子、机械、能源等诸多领域具有广阔的应用前景。

以中间相沥青为前驱体制备的高性能沥青基碳纤维与普通的PAN基碳纤维相比，模量更高，并具有优异的导热性和极低的热膨胀率，是制备超高模量、高导热及零膨胀复合材料的优选材料。中间相沥青在进行熔融纺丝时，体系高的芳香度和各向异性的液晶特性使得分子在通过纺丝孔时高度取向，获得的高取向度原丝进一步预氧化、碳化并且石墨化可获得性能优异的高性能碳纤维。

与其他用途相比，在高性能沥青基碳纤维方面的应用对中间相沥青的品质要求更高。第一，要求达到较高的中间相含量，通常需要达到90％以上，甚至100％，高的中间相含量是体系能够获得高度取向的保证，高的中间相含量意味着稠环芳烃分子需要达到一定的分子量水平，但要防止分子量过大导致失去可纺性。第二，中间相要有良好的形态，反映到检测结果上就是要求在热台偏光显微镜下呈广域流线型，这样的中间相反映该体系流动性较好，体系分子量分布比较窄。第三，软化点通常要求达到230～280℃，软化点过高，纺丝困难度提升，纺丝温度超过380℃时，体系容易发生分解，影响产品质量；软化点过低，虽然纺丝容易进行，但给后续的预氧化造成困难，并且形成的取向结构相对容易受到破坏。第四，杂原子和灰分含量要低，灰分会导致体系纺丝困难，制得的碳纤维强度变差，导热性变差，杂原子如硫在纤维石墨化时会逸出造成缺陷，也同样影响产品性能。

可纺中间相沥青的调制是制备高性能沥青基碳纤维的关键技术之一，学界和业内在这方面做了大量的研究和实践工作，工作的重心集中在原料的筛选、预处理，以及指向于降低软化点、提高中间相含量这两个目的的合成工艺调整优化，由此衍生出催化缩聚法、直接热缩聚法、加氢处理缩聚法等多种合成方法。

催化缩聚是中间相沥青合成中比较常见的方法，合成原料一般选用纯芳烃，以萘系化合物居多，也有一些合成方法选用石油渣油，催化剂多选用HF/BF₃体系。