炭瀝青

炭瀝青是古代油田構(gòu)造遭受破壞，原油在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移過程中充填在構(gòu)造的斷裂帶中其中低相對(duì)分子質(zhì)量的烴類物質(zhì)揮發(fā)逸出，炭瀝青，高相對(duì)分子質(zhì)量的瀝青質(zhì)經(jīng)固結(jié)和經(jīng)地球化學(xué)的一系列復(fù)雜的變化而形成了現(xiàn)代的炭瀝青。

它主要賦存在早古生代的寒武紀(jì)、志留紀(jì)等古老地層的構(gòu)造斷裂帶中,鄂爾多斯煤化工招聘，呈脈狀、透鏡狀等。炭瀝青的礦床厚度變化不穩(wěn)定，十幾米厚的礦層在很短距離內(nèi)即可變?yōu)椴豢刹?，但它的礦脈沿走向、傾斜尚屬連續(xù)穩(wěn)定。中國的安徽、浙江、湖南和廣西等省都發(fā)現(xiàn)有一定可采儲(chǔ)量的炭瀝青礦點(diǎn),煤瀝青。

炭瀝青石一種低灰、低硫、質(zhì)地較均勻的高熱值固體可燃礦物，灰分普遍較低，Ad有的可低至5%以下,冶金圖書,大唐煤化工煤化工技術(shù)，硫分一般都低于1%，內(nèi)水也較低,冶金行業(yè)圖書集成（光盤），空氣干燥基高位發(fā)熱量（Qgr,ad）一般可達(dá)29.27MJ/kg(7000kcal/kg)以上。炭瀝青中的釩、鉬、鎳等金屬元素常得到富集。如安徽某地的炭瀝青灰渣中的含釩量超過1%，具有工業(yè)利用回收價(jià)值。

焦?fàn)t法生產(chǎn)的瀝青焦含有較多的球粒狀炭，顯微結(jié)構(gòu)屬于區(qū)域型（圖1），球粒狀炭的存在不利于中間相小球體的長大和變形，因而影響其纖維型顯微結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和數(shù)量。而延遲焦法生產(chǎn)的瀝青焦顯微結(jié)構(gòu)屬于鑲嵌型，與石油焦更相近（圖2） 。

瀝青焦炭相（carbon micrographs of pitch coke）是指瀝青焦的顯微結(jié)構(gòu)。瀝青焦堅(jiān)硬呈鐵灰色，氣孔較大（最大孔徑可達(dá)5mm以上），孔壁較厚（1-4mm），壁上有大量的細(xì)微裂紋和微孔 。

制備瀝青碳纖維時(shí)，首先要將瀝青進(jìn)行熔融紡絲。熔融紡絲可用噴吹、離心或擠壓等方法。噴吹法在熔體流入噴絲頭出口處時(shí)，噴吹熱空氣使之與纖維成一定的角度進(jìn)行牽伸，可制得短瀝青纖維。離心法是將熔體落在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)內(nèi)，利用離心力的作用使熔體分散牽伸成瀝青短纖維。擠壓法是將瀝青熔體用泵或氮?dú)鈮毫λ腿爰徑z主體，通過剪切力和牽伸力的作用使瀝青的稠環(huán)芳烴片層大分子沿纖維軸向取向排列。紡絲工藝參數(shù)根據(jù)瀝青的流變性能及要求而定，通常紡絲溫度高于軟化點(diǎn)30～100 ℃，紡絲壓力最高達(dá)幾個(gè)兆帕，卷繞速度為幾十到1000 m/min 。

瀝青的熔紡與一般的高分子不同，它在極短的時(shí)間內(nèi)固化后就不能再進(jìn)行牽伸，得到的瀝青纖維十分脆弱，因此在紡絲時(shí)就要求能紡成直徑較細(xì)的低纖度纖維，以提高最終碳纖維的強(qiáng)度。瀝青的粘彈性與高分子也有本質(zhì)上的差別，其熔融粘度與剪切速率的關(guān)系均隨瀝青的物性和溫度而變化。為得到高性能的碳纖維，在紡絲時(shí)還必須控制分子沿纖維軸和纖維截面的取向，分子結(jié)晶大小及分子填充密度等，因?yàn)闉r青在熔紡后形成的纖維結(jié)構(gòu)在其碳化過程中不再有大的變化，碳纖維的結(jié)構(gòu)是熔紡時(shí)形成結(jié)構(gòu)的反映。

影響瀝青纖維微觀結(jié)構(gòu)的因素很多，如紡絲溫度、壓力、噴絲孔徑、卷繞速度等。由于中間相瀝青的粘度對(duì)溫度的敏感性，因此控制紡絲溫度顯得特別重要。牽伸是瀝青形成擇優(yōu)取向的必要條件，牽伸比越大，取向度越高。