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炭质中间相的形成与应用研究

作　者: 梁志勇
导　师: 刘其城；刘鹏
学　校: 长沙理工大学
专　业: 材料学
关键词: 炭质中间相形成应用抗压强度 γ树脂
分类号: TQ127.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文分别通过乳液法和热缩聚法制备了炭质中间相,研究了不同温度和不同的保温时间以及γ树脂含量对其性能的影响,并采用偏光显微镜、XRD、BET等方法对生成的炭质中间相进行检测。本文还利用炭质中间相制得了高密高强度炭材料和活性炭质中间相,并对其制备工艺以及性能进行了研究,得出了以下结论:在同一个设定温度下,随着热缩聚反应时间的延长,烷烃异裂速度加快,生成中间相沥青的含量增大。但是另一方面,随着中间相生成速度越快,沥青系统的粘度也随之增加,阻碍了单个球体本身的成长,造成中间相球体融并提前,使得融并了的中间相出现缺陷。要提高中间相炭微球的产率,制备优异性能的炭质中间相,并不是温度越高越好,而应综合考虑温度以及反应时间等因素。在本文中,当反应温度提高到450℃以后,其炭微球产率反而下降,说明430℃比450℃更适合生成炭质中间相。并且在430℃时,随着反应时间的延长,炭质中间相的产率也随之增大。当炭质中间相较大时,其具有十字消光条纹,而粒径较小的炭微球则只能看到亮点。炭质中间相具有各向异性,具有较高的比表面积,为生产高密高强材料和高比表面积活性炭提供了原料。另外,本文还考察了不同γ树脂含量对炭质中间相形成及性能的影响。炭质中间相压块制品在热处理过程中有很大的体积收缩率,炭质中间相在1300度热处理后,它的体积收缩率为36.19%;随着热处理温度的升高体积密度增大,它的密度可以从刚开始时的1.23 g/cm³提高到它1300度热处理后热处理后的1.62g/cm³。和其他工艺制备的碳材料相比压块成型的中间相碳材料的各项力学性能都有所提高了,经过1300℃热处理的制品其弯曲强度达到50MPa,压缩强度达202.92MPa。从微观结构看,炭质中间相模压制品具有比较致密的结构,一般石墨材料的孔隙的孔径在90μm到100μm而经过1300℃热处理制品表面存在的孔隙的孔径为5μm以下。炭质中间相模压制品的强度随着保压时间的增加呈现先增大后减小的规律,在2h左右有最佳力学性能。不同活化剂制备的活性炭比表面积不同,实验表明KOH的活化效果比K₂CO₃要好;活性炭的比表面积、总孔容随碱炭比的变化均呈先增大后减小的趋势,孔径分布随碱炭比的增大、活化温度的提高和保温时间的延长向孔径增大的方向位移。

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摘要 5-6ABSTRACT 6-10第一章绪论 10-18 1.1 炭质中间相介绍 10-14 1.1.1 炭质中间相的研究进展 11 1.1.2 炭质中间相的形成机理 11-12 1.1.3 炭质中间相的组成、结构 12-13 1.1.4 炭质中间相的性质 13-14 1.2 炭质中间相的应用 14-16 1.2.1 作为自烧结构料制备高密度各向同性炭—石墨材料 14-15 1.2.2 制备高比表面活性炭和微孔炭 15-16 1.2.3 高性能电池的电极材料 16 1.2.4 高效液相色谱填充剂 16 1.3 选题依据与主要研究内容 16-18 1.3.1 选题依据 16-17 1.3.2 主要研究内容 17-18第二章实验材料及研究方法 18-22 2.1 实验用主要原料和仪器设备 18-19 2.1.1 实验用主要原料 18 2.1.2 实验仪器及设备 18-19 2.2 原料沥青组成和性质的测定 19-22 2.2.1 原料煤沥青的软化点测定 19 2.2.2 原料沥青的各族组分的测定 19-20 2.2.3 原料沥青中总固定碳含量的测定 20 2.2.4 原料沥青的差热-热重分析 20-21 2.2.5 原料沥青的IR 分析 21-22第三章炭质中间相的制备研究 22-35 3.1 炭质中间相的制备 22-23 3.1.1 直接热缩聚法制备炭质中间相 22-23 3.1.2 乳化法制备炭质中间相 23 3.2 炭质中间相产率 23-24 3.3 不同热处理温度对炭质中间相的影响 24-29 3.3.1 不同热处理温度制备的炭质中间相的 XRD 24-25 3.3.2 不同热处理温度制备的炭质中间相的偏光显微镜照片分析 25-26 3.3.3 不同热处理温度制备的炭质中间相的红外分析 26-27 3.3.4 不同热处理温度制备的炭质中间相的扫面电镜照片 27 3.3.5 中间相炭微球的比表面积及孔径分析 27-29 3.4 不同保温时间对炭质中间相的影响 29-31 3.4.1 不同保温时间制备的炭质中间相偏光显微镜照片 29-31 3.5 添加剂对炭质中间相的影响 31-34 3.5.1 不同γ树脂含量的炭质中间相 31-34 3.6 本章小结 34-35第四章高密高强炭材料的制备和性能研究 35-46 4.1 炭材料的制备 35 4.2 高密高强度各向同性碳材料的性能研究 35-44 4.2.1 体积收缩率、失重和体积密度分析 36-38 4.2.2 断口形貌分析 38-40 4.2.3 炭材料的孔分析 40-41 4.2.4 碳材料的力学性能 41-43 4.2.5 碳材料的摩擦磨损性能 43-44 4.3 本章小结 44-46第五章中间相活性炭的制备和性能研究 46-50 5.1 中间相活性碳微球的制备 46 5.2 中间相活性碳的性能研究 46-49 5.2.1 中间相活性碳的 XRD 分析 46-48 5.2.2 活性中间相碳的吸附分析 48 5.2.3 不同碱碳比制备活性炭的比表面积分析 48 5.2.4 不同碱碳比制备活性炭的孔容分析 48-49 5.3 本章小结 49-50结论 50-52参考文献 52-56致谢 56-57附录 A（攻读学位期间发表论文目录） 57-58附录 B（攻读学位期间参与的科研课题） 58-59摘要 59-63

炭质中间相的形成与应用研究

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