[發明專利]一種生產碳纖維用高軟化點瀝青的方法

有效

• 申請號: 201110335061.X
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102504853A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 沈建立
• 申請（專利權）人: 上海尚元化工工程技術有限公司
• 主分類號: C10C3/04
• 分類號: C10C3/04;C10C3/00
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技術領域

本發明屬于一種生產高軟化點瀝青的方法，具體地說涉及一種用三級氧化工藝進行改質不含有喹啉不溶物(QI)的凈化瀝青，用以提供生產碳纖維、碳微球的制造原料的高軟化點瀝青的方法。?

背景技術

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維已在軍事及民用工業的各個領域取得廣泛應用，包括航空、航天、汽車、電子、機械、化工、輕紡、運動器材以及休閑用品等。因此，被認為是高科技領域中新型工業材料的高端產品和典型代表，有著廣泛的市場并為世人所矚目。?

我國自20世紀60年代開始進行碳纖維的研究與開發，至今已有50年的歷史，但是進展緩慢。同時由于發達國家對我國幾十年的技術封鎖，至今沒能實現大規模工業化生產，工業及民用領域的需求長期依賴進口，嚴重影響了我國高技術的發展，尤其制約了航空航天及國防軍工事業的發展，與我國的經濟社會發展進程極不相稱。?

目前制約我國碳纖維發展的首要原因是紡絲原料質量不過關，其它原因還有生產技術及設備等。?

工業化生產碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。?

由瀝青制取碳纖維，由于其原料來源豐富、價格便宜、碳化收率高、熱膨脹系數(CTE)小等因素，而倍受矚目。但是因為原料調制比較復雜，并未得到大規模發展。?

瀝青基碳纖維對原料瀝青的要求主要為：碳含量高、雜質含量少、一定的流變性能可紡絲、紡絲后不熔化處理較簡單。具體作法表現為：用物理方法脫除一次QI，提高軟化點。?

瀝青的分子量分布很廣泛，通常為200-3000。其中，芳香族化合物所占比重約為80％。由于瀝青中含有一些游離碳類雜質以及喹啉不溶物(QI)等溶劑不溶解成分，簡單加熱處理并不能顯著提高軟化點。過度提高加熱溫度，會有逆反應發生，從而引起大面積結焦現象出現。所以，能否控制好加熱溫度非常重要。為了有效地減少瀝青中所含有的多量低分子物質、增大芳香性、提高平均分子量、進而提高瀝青的軟化點，通常采取的方法包括：加熱處理、溶劑分離、使用聚合反應促進劑TMTD、減壓處理等。目前為止，有關瀝青軟化點的加熱改質方法的研究已經有很多報道，但都沒有令人非常滿意的結果。其中：?

日本專利公開特許昭和55-98914公開了一種在瀝青中加入一種軟化點上升劑后進行加熱處理的方法，該方法由于要使用特殊化合物，不適合工業化生產。?

日本專利公開特許昭和57-159885公開了一種將原料瀝青用溶劑分離，將某些特定的成分取出，再加入特殊的添加劑進行加熱處理的方法，該方法中由于僅將某些特定的成分取出，因此收率很低。?

日本專利公開特許平成1-149892公開了一種在原料瀝青中加入芳香族輕油進行萃取，萃取不溶物與芳香族中油混合后，再和原料瀝青混合過濾，濾液進行蒸餾得到中間產品瀝青，該中間瀝青經過加熱處理后得到軟化點240℃左右的前驅體瀝青。該法不僅過程繁瑣，而且收率低，不易實現工業化生產。?

中國專利CN101108918A公開了一種高軟化點瀝青的制備方法，由于加入了改性添加劑磷、硼等化合物，因此，只能作為鋰離子電池負極包覆層材料，無法用于碳纖維工業。?

發明內容：?

本發明使用不含有喹啉不溶物(QI)的凈化瀝青為原料，將凈化瀝青原料預熱與氧化劑一同，逐次、連續送入一、二、三級氧化裝置加熱氧化。之后，將氧化后產物在精細過濾裝置中進行過濾。將上部殘渣及下部濾液分離。下部濾液通過冷卻成型，獲得高軟化點瀝青。?

在本發明中，原料凈化瀝青不含有喹啉不溶物(QI)是指：按照國標GB/T2293-1997對原料凈化瀝青進行檢測，過濾后濾紙上沒有污點，保持本色。?

在本發明中，氧化劑是指空氣、氧氣或者空氣和氧氣按照一定比例配制的混合物。?

在本發明中，通用級碳纖維是指光學呈各向同性，可用于制造高溫絕熱材料的碳纖維。?

在本發明中，產品高軟化點瀝青完全不含有中間相是指：偏光顯微鏡下，觀察不到1μm以上的中間相小球體。?