1、! 收稿日期： #$!#$!%&； ! 修回日期： #$!%!#! 基金项目： 国防十五预研项目资助 （#$%#(）! 通讯作者： 李铁虎， 教授， 博导。&!()*：*)+),-.) /01.2 ,3.2 4/! 作者简介： 杨琴 （%*+$!） ， 女， 陕西礼泉县人， 博士研究生， 从事无机非金属材料研究工作。&!()*：5(/67)(8)/*)%&(2 49文章编号： ! %#+!,+ （#） #%!#&+!#$呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响杨! 琴， ! 李铁虎， ! 林起浪， ! 单! 玲（西北工业大学 材料科学与工程学院，陕西 西安! +%#+）摘! 要： ! 采用旋转黏度计测定
2、了含有不同比例呋喃树脂的煤沥青的表观黏度。考察了呋喃树脂对煤沥青表观黏度、 残炭率及软化点的影响。同时， 采用扫描电镜 （:&;） 研究了添加呋喃树脂后煤沥青的表面形貌。结果表明， 添加质量分数为 (2 & -*2# ? 2 &! ! ! 文献标识码： ! %! 前言! ! 煤沥青是以多核缩合芳烃为主体， 分子量分布极宽的分子集合体。煤沥青在高温下具有很好的流动性， 而且在多种有机化合物中， 煤沥青具有较高的炭化收率， 因此是制备炭材料的重要原料%!(。流变学是研究物质流动及同时发生形变规律的一门学科， 已广泛渗透到许多技术领域， 特别是由于高聚物流变学不断深化发展， 结合高分子结构及高聚物形
3、态， 在研究方法和理论方面已取得了很大进展。近年来， 许多学者$!*研究了改性煤沥青的流变性能。但多数研究表明在改善煤沥青流动性能的同时却使它的结焦值有所下降。鉴于呋喃树脂本身有较高的炭化收率， 而且可作为浸渍剂单独使用， 为此笔者就呋喃树脂对煤沥青的流变性能的影响作以探讨。! 实验部分!2 # 原料实验所选武钢焦化厂生产的中温煤沥青的性能指标见表 %。表 %! 煤沥青的性能指标(A*, %! BC91,C+),D 9E 49(* +(C 1)+4-!FG H（+9 C(+)9）:BG =?I#G I#G I：9*.,/, )/D9*.A*,! ! 实验所选辽宁有机化工厂生产的呋喃树脂的性能见
4、表 。表 ! 呋喃树脂的性能指标(A*, ! BC91,C+),D 9E E.C(/ C,D)/%C(/3LC, E9C(*3,-53,! #G :9*)3 49/+,/+! #G J)+C96,/ 49/+,/+! #G &QIS:M9*2 #! J92 %;(C2 #!（!） 煤沥青的结焦值和软化点测定： 分别按!#!#、 !$%#& 进行。（） $%& 分析： 采用 &()#(& 型扫描电镜， 加速电压 !& *+， 样品表面经真空喷金处理。) 结果与分析!, # $%& 分析图 ( （-） 是煤沥青的表面形貌， ( （.） 是含有呋喃树脂的煤沥青的表面形貌。煤沥青是以多核缩合芳烃为主体
5、、 分子量分布极宽 （!& *!&） 、 熔点各异的无数种有机化合物的混合物， 在软化温度区间为非极性液体， 它的显微组织表现为图中的黑色， 由能谱分析可知， 图中的白点主要是原生喹啉不溶物、$/0!、 &10 等无机物。( （.） 和 ( （-） 相比， 图中增加了很多纤维状的链状物， 这是由于呋喃树脂是极性化合物， 与煤沥青的相容性较差， 因而部分呋喃树脂会析出来。这些纤维状物将煤沥青分子隔开， 使煤沥青分子运动变得容易起来从而改善煤沥青的流变性能。图 () 煤沥青和呋喃树脂改性煤沥青的表面形貌2/1,() $%& /3-145 67 86-9 :-; ? 7;- ;45/ 36?/7/4
6、? 86-9 :-; 79484 67 7;- ;45/ 6 :=4 8-;.6 D/49? -?:=4 567:4/1 : 67 86-9 :-; 时测定煤沥青和呋喃树脂改性煤沥青的表观黏度， 测定结果如图 所示。图 中， 曲线 是煤沥青黏度随温度的变化趋势，曲线 是含质量分数为, ,A呋喃树脂的煤沥青黏度随温度的变化趋势， 曲线 F 是含质量分数为 $ A呋喃树脂的煤沥青黏度随温度的变化趋势。由图 可知， 煤沥青的黏度随着温度的升高而下降， 在(+& B以前下降速率较快， 在此温度之后下降速率缓慢。煤沥青 在 (,% B时黏度值为 !& 3G-5，煤沥青 在 (,& B 达到此黏度值， 煤
7、沥青 F 在(+& B达到此黏度值； 黏度值为 (& 3G-5 时煤沥青 所需温度为 (#! B， 煤沥青 所需温度为,)新) 型) 炭) 材) 料第 !& 卷!# !， 煤沥青 所需温度为 !$% !。由此可见， 加入呋喃树脂后煤沥青的流动性能得到改善， 达到相同黏度值时所需温度提前约为 $ ! &!$ !。图 ( 煤沥青与呋喃树脂改性煤沥青的表观黏度随温度的变化#$%&( ()$(*$+, +- *./ (00()/,* 1$23+2$*4 +- 3+(5 *() 0$*3. (,6-7)(, )/2$, 8+6$-$/6 3+(5 *() 0$*3. 9$*. */80/)(*7)/(
8、( 黏度是分子间摩擦的反应， 它与物质流动及分子的内摩擦扩散和取向等因素有关。温度对黏度的影响非常复杂。在恒定的剪切速率下， 流动温度以上， 煤沥青黏度与温度的关系可用 :)./,$72 公式表示：!2) !/!# $%，（!）式中 !为黏流活化能， ;= 8+5； $ 为气流常数，#& ! 8+5； % 为绝对温度， ； ! 为与物质有关的常数。式 （!） 两边取对数， 得：5+%!2) 5+%! * （!=+,$）- （!# %） ， ( ( （+）以 5+%!2对 != % 作图， 根据直线的斜率， 可以求得!值。对曲线 :， ?， 按阿仑乌斯公式进行线性回归， 结果如表 。表 ( 表观
9、黏度与温度的线性回归参数(A5/ +( B$,/() )/%)/22$+, 0()(8/*/) A/*9/, (00()/,*1$23+2$*4 (,6 */80/)(*7)/7)1/:C!= ;8+5.!:+& #/$/.!,&00+!00&$%?+&+,/.0,&0#%$0,&$!& +#,/.!,&00+!,%&!( ( !：DE0+,/,*$(5 -(3*+)；$：+)/5(*/+, 3+/-$3$/,*( ( 黏流活化能是指某一分子需要克服周围分子对它的作用力以跃迁到另一个能级的能量。上述活化能的计算结果表明， 在转速为 , )= 8$, 时呋喃树脂的加入使煤沥青的黏流活化能发生变化
10、。活化能的改变与树脂的添加量有关， 添加量较少时能使煤沥青的黏流活化能降低， 而添加量多时则导致煤沥青的活化能增加。这可能是由于呋喃树脂的分子具有极性的环状结构， 煤沥青中的分子大都是芳香烃， 是具有胶束状的非极性结构， 少量极性分子的加入破坏了这种结构， 降低了煤沥青分子之间的束缚作用，从而降低了煤沥青分子自身的跃迁能量， 使煤沥青的黏流活化能降低。但是当树脂量过多时， 树脂中环状分子的 电子与煤沥青中芳环分子中的 电子具有共轭效应， 使煤沥青分子之间作用力增强， 分子跃迁困难， 黏流活化能增加。活化能是反映沥青黏度对温度的敏感程度， 低的活化能有利于沥青的工艺操作。/( 结论( ( （!）
11、 加入适量的呋喃树脂不影响煤沥青作为炭材料使用时的残炭率， 而软化点显著降低。（+） 呋喃树脂可改善煤沥青的流动性能， 达到相同黏度值时所需温度降低。（） 加入适量的呋喃树脂可降低煤沥青的黏流活化能， 有利于煤沥青的工艺操作。参考文献：! ( 林起浪，李铁虎，郑长征，等& 二乙烯基苯改性煤沥青热行为研究 & 新型炭材料， +,!， ! （/） ： /F/0&（BGH I$F5(,%，BG $/F.7，JKDHL .(,%FM./,%，& ()& N*764+, ./(* A/.(1/$+) +- 3+(5 *() 0$*3. 8+6$-$/6 9$*. 6$1$,45A/,M/,/ & H/9
12、 ()A+, O(*/)$(52， +,!， ! （/） ： /F/0& ）+ ( 林起浪，李铁虎，郑长征，等& 对甲基苯甲醛改性煤沥青的原位成纤机理研究 & 新型炭材料， +,， !# （/） ： +0!F+0/&（BGH I$F5(,%，BG $/F.7，JKDHL .(,%FM./,%，& ()& ./ $,F2$*7 -+)8(*$+, +- -$A)$52 $, 3+(5 *() 0$*3. 8+6$-$/6 9$*. 0F8/*.45A/,M(56/.46/ & H/9 ()A+, O(*/)$(52，+,，!# （/） ：+0!F+0/& ） ( 孙乐民，李贺军，张守阳，等& 沥
13、青基炭= 炭复合材料的弯曲断裂特征 & 新型炭材料， +,!， ! （） ： +#F!&（NPH B/F8$,，BG K/FQ7,，JK:HL N.+7F4(,%，& ()& #)(3*7)/3.()(3*/)$2*$32 +- 0$*3.FA(2/6 3()A+,F3()A+, 3+80+2$*/2 & H/9()A+, O(*/)$(52， +,!， ! （） ： +#F!& ）/ ( 智林杰，宋进仁，凌立成，等& 均四甲苯改性沥青组成与性能的关系 & 煤炭转化， +,， $% （!） ： #+F#&（JKG B$,FQ$/，NRHL $,F)/,，BGHL B$F3./,%，& ()&
14、C/5(*$+,F2.$02 A/*9/, 2+51/,* -)(3*$+,2 (,6 0)+00/)*$/2 +- 67)/,/ 8+6$F-$/6 0$*3./2 & +(5 +,1/)2$+,， +,， $% （!） ： #+F#& ）$ ( J$/5$,2;$ ，$/2$,2;( S& G,1/2*$%(*$+,2 +- *./ /-/3* +- 7,2(*7F)(*/6 0+54/2*/) )/2$A2 +, )./+5+%$3(5 0)+0/)*$/2 +- 3+(5 *() 0$*3. & T+5$8/)4FS， !000， & （!F!+） ： %/F%/& (H7*M O，#
15、7)6$, L，O/6Q(.6$ L，& ()& C./+5+%$3(5 0)+0/)*4/20第 ! 期杨琴 等：呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响(! #!$% &$ ()&#*+, #!-&$)-)-. /)#!-)# .$(*)&+ (!01+, 2 34$5!-， !#， ! （#） ： !$%&3# 6+/)1!7 8 9，:+,*%#!0 8 ;，! #$3 ?!1)#$&)!- ! #!$% &$ ()&#* 0)&* ,&A+-+ 1+)7$&)7+, 2 34!B+4*+/,&A， !( （!） ： )&3( 许斌，欧阳春发，李铁虎，等3 硬脂酸改性沥青流变性能的研究 2 3
16、煤炭转化， %$%， # （*） ： (%(+3（CD ，H!AB*/$- ? F$，$%)B M，! #$3 4$5!-N #$5!-#!/(!,)&+, 5$,+1 !- $ (!%A)/)1+ /$&)O 0)&* #!$% &$ ()&#* 2 34$5!-， %$%， $% （） ： !*%#!*&3&( ()(*+ ,) )-./0 .(120 ,0 +( .(,3,42*/3 5.,5(.+2(1 ,) *,/3 +/. 52+*F8GH P)-， =9 J)+*I， =9G P)%$-.， KQ8G =)-.（%!&#(!) *+ ,#!-#$. /0-!)0! 1 2)3-)
17、!-)3，4*56!.!) 7*$8!05)-0#$ 9)-:!.-8，;-,#) #!$#%，?） 3 9& 0$, !I-1 &*$& &*+ ,!&+-)-. (!)-& ! #!$% &$ ()&#* 5%+-1+1 0)&* &3 + -3 $ 6N RI$- +,)- ), ) -!)S %!0+ &*$- &*$& ! &*+ ($+-& #!$% &$ ()&#* 0*)%+ &*+ #$5!- A)+%1 +/$)- I-#*$-.+13 K?!5,+7$&)!- +7+$%, &*$& &*+ /!%+#I%+, ! &*+ #!$% &$ ()&#* $+ ,+.+.$&
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20、 制造各种中高温感应炉、 电阻炉及真空感应炉和真空电阻炉等各种工业电炉及炉组。主要产品：石墨感应炉及电阻炉、 中频气相沉积感应炉及气相沉积电阻炉、 液相沉积炉及各种真空感应炉和电阻炉。液相沉积炉获国家专利， 专利号： U=%$&%$!$()!3 #配套产品：%$ QW /($ QW 中频电源、 交流电源及可控硅直流电源。可按用户要求设计、 制造及改造各种低电压大电流电源。技术特点：产品性能稳定、 可靠。温控性能先进。单位： 西安诚瑞科技发展有限公司 地址： 西安市高新路 & 号新汇大厦 !($! 室 邮编： #!$#)电话、 传真： $%(&$(%、 (&%&*! ?=/23：#*+-.I)O$. ,)-$3 #!/$#新 型 炭 材 料第 %$ 卷
