[发明专利]一种制造高导热碳纤维用中间相沥青的方法

说明书

本发明涉及一种制造高导热碳纤维用中间相沥青的方法，包括如下步骤：(1)将净化后的渣油与HF气体混合搅拌反应，制得HFMP中间体；(2)将HFMP中间体在2800～3200Pa、350～450℃条件下反应2～5小时，冷却，制得HFMP；本发明首次公开了在渣油中通入HF作为催化剂进行反应制备高导热碳纤维用中间相沥青的工艺。由于HF的定向催化作用，在小分子缩聚成大分子过程中，体系一直以渺位缩合的方式进行，保证了中间相沥青的大平面分子结构。同时由于HF的催化作用，减少了反应时间，并使反应可以在常压下进行，对设备抗压能力要求低，节约了设备成本，制得的中间相沥青符合制备高导热碳纤维的要求。

技术领域

本发明涉及一种制造高导热碳纤维用中间相沥青的方法，属于高性能碳纤维制备技术领域。

背景技术

中间相沥青，又称为各向异性沥青，是煤焦油、石油渣油或纯芳烃化合物(萘、蒽)等热处理(液相碳化，350-550℃)时，导致分子间发生断键、脱氢、缩聚等一系列化学反应，逐步形成分子量大，热力学稳定的多核芳烃化合物，再由缩合多环芳烃分子堆叠取向(构成圆盘状或者棒状分子)，最终形成向列型的液晶相化合物。

高导热碳纤维是一种具有独特性能的军民两用的工业材料，除具有导热性能超强的特性外，还具有轻质、高强、超高模、高导电、低热膨胀系数等特性，最适用于昼夜温差大的太空环境，用它作为增强体可以制备出热膨胀系数为零的各种结构型和功能型复合材料，已成为解决外层空间结构和功能复合材料不可或缺的增强体。高导热碳纤维在国外已实现了商业化生产，我国还处于研制和试生产阶段。由于其强烈的军事应用色彩，美、日等西方发达国家将其列为战略物资实行管制，严禁向我国出口。

中间相沥青是制备高导热碳纤维的唯一原料，用于航天工业的结构-功能一体化高导热复合材料只有采用中间相沥青制备的碳纤维才能达到使用要求；但是，目前我国还没有工业化生产高导热碳纤维用中间相沥青(以下简称HFMP)的企业，这是因为HFMP的生产工艺极为苛刻，常规方法生产的中间相沥青性能不能满足制备高导热碳纤维的要求。

中国专利文献CN104152168A(申请号201410394762.4)公开了可纺性能优异的中间相沥青原料及制备方法，以萘系化合物为原料，在以氟化氢和三氟化硼为催化剂下进行聚合反应，其中氟化氢的用量为原料摩尔数的0.5～15倍，三氟化硼的用量为原料摩尔数的0.2～1.0倍；聚合反应温度是250～300℃，当聚合反应结束后，除去催化剂HF-BF3，所得产物在温度为400℃、压强小于1KPa下减压蒸馏，分离出低沸点产物，得到中间相沥青原料产品。该技术以萘系化合物为原料制备中间相沥青原料，不仅原料成本高，而且由该原料制备的碳纤维导热性依然无法满足特殊领域的需求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种制造高导热碳纤维用中间相沥青的方法；该方法可解决国内采用常规方法生产HFMP效率低、对设备抗压要求高、收率及产品性能低的问题。

本申请技术方案如下：

一种制造高导热碳纤维用中间相沥青的方法，包括如下步骤：

(1)将净化后的渣油在温度325～400℃的条件下与HF气体混合搅拌反应2～5小时，HF气体通入速度为每千克渣油0.01～0.20mol/min，制得HFMP中间体；

(2)将步骤(1)制得的HFMP中间体在2800～3200Pa、350～450℃条件下反应2～5小时，冷却，制得HFMP；

根据本发明优选的，所述步骤(1)中，HF气体含水率为0。

根据本发明优选的，所述步骤(1)中，渣油密度为1.05～1.10g/cm³，粘度18～20Pa·S，凝点23.5～24.5℃，闪点215～225℃，含水率为0。