[发明专利]一种均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性煤沥青制可纺沥青的方法

说明书

本发明公开了一种均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性煤沥青制可纺沥青的方法，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，回收溶剂后得到沥青烯；将沥青烯与均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯按一定比例均匀混合后，常压通入氮气，以5‑20℃/min的升温速率加热至反应温度350‑400℃，停留5‑10小时，冷却至室温后的固体产物为可纺沥青。本发明改性后的沥青具有软化点温度适中，软化熔程窄，分子量分布集中，纺丝温度下难溶物少，能连续熔融纺丝制备沥青纤维长丝的优点，具有较好的经济效益和产业化前景。

技术领域

本发明属于沥青碳纤维生产领域纺丝沥青的合成方法，具体涉及一种使用均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性中低温煤沥青热缩聚制备可纺沥青的方法。

背景技术

沥青碳纤维最早由日本的大谷杉郎教授研制成功，发展到今天已成为年产量仅次于聚丙烯腈碳纤维的第二大类碳纤维。相对于其他碳纤维材料，沥青基碳纤维具有更高的碳收率，沥青熔融纺丝工艺简单易行，生产成本较低。沥青碳纤维具有较高的拉伸强度和弹性模量，同时具有质轻、耐腐蚀及优异的导电导热性能，因此在汽车工业、航空航天、体育用品、建筑工业等领域有着广泛的应用，碳纤维材料领域对沥青基碳纤维的需求也在逐年稳步增长。同时沥青基碳纤维的原料沥青来源丰富，成本低，批量生产沥青碳纤维具有广阔的工业前景。

沥青基碳纤维主要分为通用级碳纤维和高性能碳纤维两大类。通用级碳纤维制备工艺相对简单，生产成本较低，通常用于复合材料增强剂、吸附剂和文体用品等方面，而高性能沥青碳纤维通常用于航空、航天、高温烧蚀材料和高温结构材料等方面使用。

沥青碳纤维的制备工艺主要包括沥青原料精制、可纺沥青的调制、沥青原丝的制备、沥青原丝的不熔化处理和不熔化沥青纤维的碳化（石墨化）处理五个工艺过程。原料沥青和纺丝沥青中杂质的去除是制备沥青碳纤维的关键步骤，沥青原料必须除去其所携带的喹啉不熔物（QI）、灰分以便于热处理制备纺丝沥青，可纺沥青调制过程必须控制QI的生成量以保证纺丝沥青的可纺性及后续碳纤维的力学性能。原料沥青精制处理和可纺沥青的调制是整个沥青碳纤维生产流程中的核心单元，决定了最终沥青碳纤维的质量和整个工艺的经济性。

煤沥青具有价格低廉、来源广、含碳量高、组分芳香度高的特点，是制备沥青碳纤维的优异前驱体。但是大部分高温、中温煤焦油沥青原料中通常有较多的原生喹啉不溶物、灰分及碳颗粒，这些难熔组分会极大地影响沥青组分的热聚合行为，使得生成的纺丝沥青中含有较多的熔融纺丝温度下的不熔颗粒，难以成丝或制备连续长丝。因此原料沥青在调制可纺沥青前需要进行预处理，以脱除其自身携带的原生喹啉不溶物、灰分或碳颗粒，然后通过热处理改性以得到高软化点、高可纺性的纺丝沥青。目前用于调制可纺沥青的办法主要包括氧化热缩聚，真空热处理，共炭化，溴化-脱溴，直接热处理等办法。但是氧化热处理和真空热处理不易控制反应的进行，容易生成大尺寸难溶物；而共炭化及溴化-脱溴工艺复杂且制备的纺丝沥青软化点提高有限；直接热处理虽然处理量大、操作简便，但也存在所制备的纺丝沥青软化点偏低、轻组分脱除困难、熔融纺丝温度下难溶物多，纺丝温度下流动性差，可纺性较差的缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性煤沥青制可纺沥青的方法，以中低温煤沥青为原料，操作简便、产品性能优异。

本发明采用适当的溶剂和连续工艺方法处理，获得中低温煤沥青中的沥青烯，得到的沥青烯与均苯四甲酸二酐、聚苯乙烯以一定比例热缩聚后一步制备得到分子量分布集中、软化点高、熔程窄，难溶物少、流动性好、轻组分少的优质可纺沥青。

本发明提供了一种均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性煤沥青制可纺沥青的方法，其原料包括100重量份中低温煤沥青基沥青烯， 5-10重量份均苯四甲酸二酐，5-20重量份聚苯乙烯。

如上所述的中低温煤沥青基沥青烯的灰分重量比≤0.03%，分子量分布为200-350，软化点范围为70-90℃。

本发明一种中低温煤沥青与均苯四甲酸二酐和聚苯乙烯改性煤沥青的方法，包括以下步骤：