[发明专利]一种生产碳纤维用高软化点沥青的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种生产高软化点沥青的方法，具体地说涉及一种用三级氧化工艺进行改质不含有喹啉不溶物(QI)的净化沥青，用以提供生产碳纤维、碳微球的制造原料的高软化点沥青的方法。 

背景技术

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，包括航空、航天、汽车、电子、机械、化工、轻纺、运动器材以及休闲用品等。因此，被认为是高科技领域中新型工业材料的高端产品和典型代表，有着广泛的市场并为世人所瞩目。 

我国自20世纪60年代开始进行碳纤维的研究与开发，至今已有50年的历史，但是进展缓慢。同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。 

目前制约我国碳纤维发展的首要原因是纺丝原料质量不过关，其它原因还有生产技术及设备等。 

工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。 

由沥青制取碳纤维，由于其原料来源丰富、价格便宜、碳化收率高、热膨胀系数(CTE)小等因素，而倍受瞩目。但是因为原料调制比较复杂，并未得到大规模发展。 

沥青基碳纤维对原料沥青的要求主要为：碳含量高、杂质含量少、一定的流变性能可纺丝、纺丝后不熔化处理较简单。具体作法表现为：用物理方法脱除一次QI，提高软化点。 

沥青的分子量分布很广泛，通常为200-3000。其中，芳香族化合物所占比重约为80％。由于沥青中含有一些游离碳类杂质以及喹啉不溶物(QI)等溶剂不溶解成分，简单加热处理并不能显著提高软化点。过度提高加热温度，会有逆反应发生，从而引起大面积结焦现象出现。所以，能否控制好加热温度非常重要。为了有效地减少沥青中所含有的多量低分子物质、增大芳香性、提高平均分子量、进而提高沥青的软化点，通常采取的方法包括：加热处理、溶剂分离、使用聚合反应促进剂TMTD、减压处理等。目前为止，有关沥青软化点的加热改质方法的研究已经有很多报道，但都没有令人非常满意的结果。其中： 

日本专利公开特许昭和55-98914公开了一种在沥青中加入一种软化点上升剂后进行加热处理的方法，该方法由于要使用特殊化合物，不适合工业化生产。 

日本专利公开特许昭和57-159885公开了一种将原料沥青用溶剂分离，将某些特定的成分取出，再加入特殊的添加剂进行加热处理的方法，该方法中由于仅将某些特定的成分取出，因此收率很低。 

日本专利公开特许平成1-149892公开了一种在原料沥青中加入芳香族轻油进行萃取，萃取不溶物与芳香族中油混合后，再和原料沥青混合过滤，滤液进行蒸馏得到中间产品沥青，该中间沥青经过加热处理后得到软化点240℃左右的前驱体沥青。该法不仅过程繁琐，而且收率低，不易实现工业化生产。 

中国专利CN101108918A公开了一种高软化点沥青的制备方法，由于加入了改性添加剂磷、硼等化合物，因此，只能作为锂离子电池负极包覆层材料，无法用于碳纤维工业。 

发明内容： 

本发明使用不含有喹啉不溶物(QI)的净化沥青为原料，将净化沥青原料预热与氧化剂一同，逐次、连续送入一、二、三级氧化装置加热氧化。之后，将氧化后产物在精细过滤装置中进行过滤。将上部残渣及下部滤液分离。下部滤液通过冷却成型，获得高软化点沥青。 

在本发明中，原料净化沥青不含有喹啉不溶物(QI)是指：按照国标GB/T2293-1997对原料净化沥青进行检测，过滤后滤纸上没有污点，保持本色。 

在本发明中，氧化剂是指空气、氧气或者空气和氧气按照一定比例配制的混合物。 

在本发明中，通用级碳纤维是指光学呈各向同性，可用于制造高温绝热材料的碳纤维。 

在本发明中，产品高软化点沥青完全不含有中间相是指：偏光显微镜下，观察不到1μm以上的中间相小球体。