[发明专利]一种细镶嵌结构中间相沥青及其制备方法和其在高强高密石墨材料中的应用

说明书

本发明涉及一种细镶嵌结构中间相沥青及其制备方法和其在高强高密石墨材料中的应用，上述制备方法包括：将沥青前驱体与活性组分混合均匀，获得沥青前驱体混合料，再将获得的沥青前驱体混合料经高压热聚合处理后泄压并脱除轻组分，即可获得细镶嵌结构中间相沥青。本发明中通过轻质活性组分提高沥青大分子的溶解性，改善分子胶团的分散状态，再进行热聚合调制得到细镶嵌结构的中间相沥青，该方法工艺简单、易于操作，生产成本低，所得中间相沥青的镶嵌结构均匀细密。

技术领域

本发明涉及中间相沥青技术领域，尤其涉及一种细镶嵌结构中间相沥青及其制备方法和其在高强高密石墨材料中的应用。

背景技术

中间相沥青是以石油沥青、煤焦油沥青、重质油、乙烯焦油沥青等为原料或截取适当组分经热缩聚反应或以芳香化合物(如萘、蒽、菲等)为原料经化学催化聚合制备的高软化点(220-280℃)沥青。在中间相沥青合成或调制过程中，各向同性沥青母液中逐步生成光学各向异性的液晶小球、大球和复球，即中间相炭微球，复球经反复熔并后解体形成局域中间相或整体中间相，因前驱体沥青分子组成和结构不同、热稳定性和化学反应性差异，加上施加的热态聚合调控技术、工艺及环境不同，最终得到的中间相沥青的光学织构多种多样，有细镶嵌、粗镶嵌、粗流线、细流线、广域流线等分类方法，其中最难得到的是完全细镶嵌和广域流线型结构。细镶嵌结构和广域流线型结构的中间相沥青分别应用于高质量同性焦(或核石墨材料)和高性能炭纤维(或炭/炭复合材料)。

目前制备高强度、高密度石墨材料的方法之一就是利用从中间相沥青合成或调制过程中分离的中间相炭微球为原料，采用自烧结工艺一次成型、再焙烧致密化、最后石墨化处理得到。因不需要外加粘结剂来辅助烧结，其生产工艺相对传统工艺而言较为简单，但是中间相炭微球原料自烧结组分(与挥发份有关)一般难以精确调节并稳定控制(通常需“适度”预氧化或不熔化处理)，从而影响石墨材料制品的尺寸大小、物理性能和成品率。

细镶嵌结构中间相沥青具有高软化点、高结焦值和残炭率、易石墨化等优点，特别是高温热处理后形成焦炭或石墨其微晶细小、晶粒大小均匀、结构均一、各向同性度高，非常适合用作各向同性沥青焦的粘结剂和浸渍剂制备高强高密石墨材料，目前尚未见相关研究和专利报道。

发明内容

针对现有的石墨材料制备存在的上述问题，现提供一种细镶嵌结构中间相沥青及其制备方法和其在高强高密石墨材料中的应用。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种细镶嵌结构中间相沥青的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：将沥青前驱体与活性组分混合均匀，获得沥青前驱体混合料，再将获得的沥青前驱体混合料经高压热聚合处理后泄压并脱除轻组分，即可获得细镶嵌结构中间相沥青。

上述的制备方法，还具有这样的特征，沥青前驱体选自煤沥青或石油沥青中不溶于环己烷可溶于甲苯的组分，本发明中上述组分通过对煤沥青或石油沥青进行溶剂萃取获得。

上述的制备方法，还具有这样的特征，活性组分选自煤焦油、石油重馏分油或乙烯焦油中的任一种，且其添加量为沥青前驱体的3-8wt％。

本发明中煤焦油主要是指净化除去固态杂质后的液态组分，上述固态杂质包括机械杂质和灰分等。

上述的制备方法，还具有这样的特征，沥青前驱体混合料的高压热聚合处理方法为：将沥青前驱体混合料在温度为370-440℃、压强为1-3MPa、搅拌速度为500-1300r/min的条件下聚合3-8h。

上述的制备方法，还具有这样的特征，轻组分脱除采用惰性气体鼓泡脱除法。

上述的制备方法，还具有这样的特征，惰性气体为氮气，脱除温度为330-370℃，脱除时间为1-3h。

本发明的第二个方面是提供一种利用制备方法制备获得的细镶嵌结构中间相沥青。