[发明专利]一种煤沥青制备可纺沥青的方法

说明书

一种煤沥青制备可纺沥青的方法是将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入氮气，以1‑10℃/min升温速率升温至180‑220℃温度，然后切换空气并以10‑60mL/min·g速率通入反应器，且以1‑10℃/min升温速率加热至反应温度280‑350℃，停留1‑10小时后制得可纺沥青。本发明具有收率高，价格低廉，热缩聚温度适中的优点。

技术领域

本发明属于沥青基碳纤维技术领域，具体涉及一种煤沥青制备可纺沥青的方法。

技术背景

20世纪80年代开始，碳纤维制造业快速发展，由于其具有优异的电学、热力学性能，被广泛应用于国防工业、航空航天、尖端科技、日常生活等众多领域。国外已具备商业化生产的能力，但我国还处于研制和试生产阶段。由于美、日、德将其作为战略物资管制，严重制约我国国防等相关领域的发展。因此，加速对碳纤维的研发具有战略意义。

为实现制备通用级沥青碳纤维技术，对原料有严格要求。应满足以下要求：1、灰分、杂原子含量少；2、软化点高，通常≥210℃；3、良好的可纺性(分子量分布窄、难溶物少、轻组分少)和热稳定性；4、高的碳收率。沥青基碳纤维的生产原料一般为石油沥青、煤沥青、萘齐聚所得沥青及乙烯焦油沥青等。但经煤焦油或石油渣油蒸馏制备的沥青存在软化点低(70-100℃)的特点。因此纺丝前需要对沥青原料进行预处理，以提高其软化点。

提高青软化点的方法主要有常压高温热聚、加压高温热聚、真空高温热聚、氧化热聚合、交联合成法、催化合成法和加氢改性热聚合等办法。其中高温热聚合对煤沥青改质处理幅度大、操作简便，但沥青软化点提高不明显而且其聚合后的沥青软化点分布宽、收率低、流动性差，不利于熔融纺丝；直接氧化热聚合能有效提高纺丝沥青的软化点、沥青收率高，但通入空气或氧气后有大量不凝气携带沥青烟排出，操作环境恶劣且不易控制反应程度；而催化合成法和交联合成法反应温度剧烈，不易控制，常用催化剂对设备有腐蚀性，反应后残留的催化剂也影响后续纺丝和碳化工艺；加氢改性热聚合通常可制备出优质的纺丝沥青，但是目前常用的供氢溶剂为四氢萘，由于其沸点较低(207.2℃)，在高温热聚合时容易被气体夹带流失，导致聚合时供氢不足，而使用PVC、PS等高聚物作为供氢物质时，其热解温度高，低温时无法产生自由基与沥青反应。因此使用一种沸点适中、与沥青反应性强的供氢试剂改性制备可纺沥青十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种收率高，价格低廉，热缩聚温度适中的煤沥青制备可纺沥青的方法。

本发明是采用石油化工副产物矿脂作为供氢溶剂改性精制煤沥青，该方法不仅可以有效提高原料煤沥青的软化点，而且改质沥青的软化点高，熔程窄，流动性好，轻组分少，具备优良的纺丝性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种煤沥青制备可纺沥青的方法，包括以下步骤：

步骤一、将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；

步骤二、将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入流量为10-60mL/min·g的氮气，以1-10℃/min升温速率升温至180-220℃温度，然后切换空气并以10-60mL/min·g速率通入反应器，且以1-10℃/min升温速率加热至反应温度280-350℃，停留1-10小时后制得可纺沥青。

上述的方法，步骤一中所述的中低温煤沥青与四氢呋喃的重量比为1:4-1:10,中低温煤沥青的灰分为≤0.2wt％,软化点为70-90℃。

上述的方法，步骤一中所述的精制煤沥青，其灰分重量比≤0.03％，其分子量分布为200-350，软化点为70-90℃。