煤沥青之耐火材料沥青类结合剂的分类及性能

沥青可分为煤焦油沥青和石油沥青两大类。煤焦油沥青是从煤油中除去重油(杂酚油)或葱油沸点(~℃)之后的残渣。石油沥青则是在石油工业中,气油、燃料油和其他高沸点石油馏分高温分解产生焦油,此种焦油进一步缩聚成石油沥青。简言之是石油冶炼副产品。上述两种类型的沥青都是由多种有机化合物组成的复杂混合物,其精确组成和各种性能因焦油来源以及用于去除低分子量物质的热处理、蒸馏等方法不同而异,一般来说,煤焦油沥青的芳香烬含量比石油沥青多。耐火材料用沥青以煤焦油沥青为主。煤沥青根据软化点的不同而分为软沥青、中沥青、硬沥青(高温沥青)等。沥青软化点与其组分有直接关系,随沥青软化点的提高,苯或甲苯不溶物含量增加,即中分子组分增加,而低分子组分减少,甲苯不溶物也叫a树脂,就是指游离碳。游离碳高,沥青的残碳也高。沥青软化点与粘度之间密切相关,因为软化点本身就是代表一定粘度时的温度。但软化点不能说明沥青的全部粘结性能,沥青的粘结性能主要取决于沥青熔融胶结时B树脂。B树脂含量愈高粘性愈好,残碳愈高。沥青的粘度随温度面变化,温度上升粘度下降。此外,在沥青中加入添加剂如煤油、棘醛、甲苯、油酸、哇嘛等将降低其粘度。作为结合剂使用的沥青,在被结合物料颗粒间被碳化,形成颗粒间的结合碳,所以产生牢固的碳结合。结合剂的挥发损失越少越好即碳化率(或固定碳)越高越好。中温沥青、高温沥青、特种沥青的固定碳依次递增。

沥青碳化率的大小与沥青的组成密切相关,它随苯或甲苯不溶物含量的增多而增加。此外,碳化率还受到加热时的升温速度、环境压力等条件的影响。加热时的升温速度越小,碳化率越高,但升温速度为1C/min以下时,却几乎没有影响。用添加剂改性,可以提高碳化率。如添加三氯化铝、氯化锌、芳香族硝基化合物、氧化剂,以及硫、碘、铜等。在℃时沥青的残碳含量,是碳复合耐火材料结合剂的主要指表。沥青热解产生一种流体状态。形成的碳能随热处理温度的提高促进石墨结构的发展,因此能使沥青碳更加石墨化。聚合树脂在热解时不经过流体阶段,因而它们具有更不规则的非石墨化显微结构。两种碳的结构不同,导致气孔率、气体反应性、机械性能和热性能均明显不同,如沥青碳中的气孔主要是粗大气孔,出现类龟裂收缩气孔;对碳的热性能深有影响树脂质碳的气孔主要是细小气孔,沥青碳的抗氧化性高于树脂质碳等。沥青在加热分解过程中,峰谷数和大小不一,说明它们的热性能有差异。一般热分解过程,首先是轻馏分加热分解、挥发物逸出阶段,不希望此阶段过长。图3-5的峰谷尖又窄,每分钟挥发物逸出速度20%以上,易使砖坯在烘烤过程中产生龟裂。其次是热缩合和热聚合阶段,最后是聚合成焦、氧化阶段。这个阶段时间长,特别是成焦、氧化阶段,峰谷宽时残碳高,说明气体挥发物逸出速度较慢,形成良好的网状碳结构,有利于提高制品的强度、降低气孔率。沥青呈固体,在C以上才能呈流动性较好的液体状,因此需热混练、热成型,生产工艺较复杂,并且污染环境,对人体有害。但沥青具有不含水、不浸水、不渗水及残碳高等特点,又特别适于作含钙制品的结合剂。如与其他溶剂(洗油、葱油、煤油、焦油、重质苯等)配合使用,可以冷态成型。沥青来源广,价廉,如何开发利用,尚待深入研究。目前是将沥青与酚醛树脂在一定条件下混合制成沥青改性酚醛树脂。此树脂兼备沥青与酚醛树脂的优点,具有残碳高、强度特别是高温抗折强度大的性能




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