各种煤沥青的作用

更新时间2019-10-26 12:04:21  点击次数:1118次
  1. 1.    普通沥青

(1)    低温沥青

低温沥青的最主要用途为防水、筑路,防水材料包括防水油毡、防水涂料、沥青漆等。此外,低温沥青还可用于干电池密封材料,制备燃油和炭黑,制备沥青焦、中间相碳微球、碳纤维、针状焦等。

(2)     中温沥青

中温沥青的用途是比较尴尬的,早期,国内普遍将中温沥青作为粘接剂或浸渍剂用于冶金炉炭块、铝电解槽炭块、预焙阳极、阳极糊、电解铝阴极、碳电极,然而,随着国内碳素行业对粘接剂的粘接性能的提高,中温沥青的β树脂含量很难满足粘接需求,因此,以改质沥青取代中温沥青作为我国碳材料生产用粘接剂已是必然趋势。

(3)    高温沥青、改质沥青

高温沥青的作用与改质沥青相近,但是效果是不及改质沥青的,这是由于改质沥青在经历热处理之后,其低分子量的物质大多转变为高分子量物质,其QI、TI均高于高温沥青,挥发份略低于高温沥青。以改质沥青为粘接剂,其优点在于:①结焦值高,制品机械强度高;②软化点高,便于高温时长距离运输;③挥发份小,混捏过程的气体污染程度较轻;④粘接性能好。

高温沥青与改质沥青的主要用途仍为粘接剂,可用于高功率与超高功率石墨电极、优质预焙阳极、高密高强石墨、耐磨碳材料、高温模压材料等。此外,高温沥青还可作为高炉炮泥的粘接剂以及活性炭的原材料。

  1. 2.    其他沥青

(1)    特高温沥青

特高温沥青由于成本较高,因此用途较为单一,主要用于含碳耐火材料。

(2)    精制沥青

精制沥青是将普通沥青通过净化处理得到的低灰分沥青,其主要作用是做浸渍剂沥青,也可用于制备中间相沥青,后者是制备碳纤维、针状焦、中间相碳微球的原材料。

(3)    中间相沥青

中间向沥青,是一种由相对分子质量为370~2000的多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物,又叫液晶相沥青。中间相沥青的软化点随沥青中中间相成分的增加而升高,实验表明,中间相含量为57%的中间相沥青,其软化点为288℃,当中间相含量增加到80%以上时,其软化点为345℃。

不同于普通沥青,中间相沥青为各向异性,因此其易石墨化性优于普通沥青,因此,中间相沥青的软化点尽管与特高温沥青接近,但是其用处却大不相同,他是制备碳纤维、针状焦、中间相碳微球、泡沫碳、碳碳复合材料的重要原材料和(或)辅料,同时也可以作为包覆剂用于锂离子电池电极材料表面改性。

关于中间相沥青与特高温沥青的区别,国内有位前辈曾说过:特高温沥青中稠环芳香烃的环数分布较广,而中间相沥青中的组分芳环数较为集中。这个观点此处仅作参考,其正确性我暂时没有能力保证。

(4)    乳化沥青

乳化沥青是指将沥青融化,经过机械的作用,沥青以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液中,形成的混合物为乳化沥青。乳化沥青主要包括沥青、水和乳化剂,有时为了增强乳化沥青的稳定性,还会添加少量的增稠剂,如聚乙烯醇、甲基纤维素等。根据所用乳化剂电性的不同,乳化沥青分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性离子型等。

乳化沥青的主要作用是筑路,在建材化工、石油开采、日用品、纺织印染等领域也有广泛的用途。

(5)    浸渍沥青

碳素工业中所用到的浸渍沥青包括煤沥青、石油沥青、树脂、低熔点金属和润滑剂。对于煤沥青,并非所有种类的煤沥青都适合作浸渍剂,必要要满足一定的条件:①QI要尽可能低,无论原生QI还是次生QI,均会堵塞碳材料表面孔隙,不利于沥青的浸渍;②相对密度要高,浸渍剂必须要有较高的结焦值,否则,需要多次浸渍才能达到胚体密实的目的,煤沥青的结焦值与密度变化趋势一致,因此,浸渍沥青对相对密度是有要求的;③粘度与表面张力,浸渍沥青主要是用于填充碳制品的孔隙,因此需要和碳制品有很好的浸润性,表面张力越低越好,为了能尽快完成浸渍操作,需要浸渍沥青具有较低的粘度,以保障其在孔隙中快速流动。

国外目前已将浸渍沥青与粘接沥青严格分开,QI低于1%的煤沥青用于浸渍,其价格是粘接剂用煤沥青的3~4倍。国内目前并未刻意去区分浸渍沥青与粘接沥青,有些企业所用的浸渍沥青QI甚至达到10%,严重影响了碳制品的性能。中国为何做不出好钢,高功率电极和超高功率电极是主要原因,中国石墨电极为何做不好,浸渍沥青是一个不可忽略的因素。为了克服该难题,目前国内已有多家企业致力于开发高性能浸渍沥青,如山东济宁科能(给车总打广告了,哈哈)开发的低QI浸渍沥青就已经被广大碳材料生产企业所接受,相信不远的未来,我国的钢铁也能赶上日本等国家的步伐。


【补充】:中间相

讲沥青,我们是很难绕开中间相这个概念的,下面我们将其作为补充内容放于本文最后。

在热转化过程中,煤沥青的许多性质,如组成与软化点,均发生明显变化,其中最重要的性质变化为中间相转化。在350~500℃之间,各向同性的煤沥青内部会逐渐生成各向异性的物质,我们称之为中间相,中间相是由稠环芳香烃以层状定向排列而成。一定温度下,中间相均为球形,最初,中间相小球体积较小,随着时间延伸,中间相小球逐渐成为中间相大球,而后大球开始融并、形成广域型体中间相,最终,煤沥青中的各向同性组分完全消失,全部转变为中间相。我们平常接触到的中间相沥青,属于沥青中间相转变的初期阶段产物,其中间相组分一般不超过60%。

原生QI与氧、氮、硫杂原子均不利于中间相的形成,因此,煤沥青在制备中间相沥青之前,必须经历精制工艺。