黏結(jié)劑的種類

炭素材料的生產(chǎn)中，通常使用的黏結(jié)劑有：煤焦油、蒽油、煤瀝青（中溫瀝青或高溫瀝青）、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、咲喃樹(shù)脂等各種人造樹(shù)脂。對(duì)于某些特殊用途的產(chǎn)品使用的黏結(jié)劑還有蔗糖、蜂蜜、菌麻油、松節(jié)油、石蠟等。

對(duì)黏結(jié)劑的選擇視成型方式、成型設(shè)備和制品用途而定。對(duì)于一般制品，無(wú)論擠壓或模壓及振動(dòng)成型，大都用中溫煤瀝青或中溫瀝青與蒽油、煤焦油的混合物，以降低其軟化點(diǎn)。對(duì)于高強(qiáng)度、高密度模壓制品傾向于使用高溫瀝青（軟化點(diǎn)達(dá)110℃）,而某些炭黑基制品用輻壓代替熱混合時(shí)，甚至可用軟化點(diǎn)達(dá)120-150°C的硬瀝青。目前，改質(zhì)煤瀝青（或稱改性煤瀝青）越來(lái)越受到重視和使用。

炭素制品制造工藝中的一個(gè)重要工序是焙燒，它的本質(zhì)就是壓件中的黏結(jié)劑受熱焦化的過(guò)程，所以正確選用黏結(jié)劑及其用量是一個(gè)重要問(wèn)題，而黏結(jié)劑的加工改質(zhì)是改善炭素制品質(zhì)量的一個(gè)有效途徑，受到人們重視。

不論是煤焦油、煤瀝青，還是人造樹(shù)脂，它們的化學(xué)活性都很高，在貯藏、運(yùn)輸、取用過(guò)程中不斷變性，性質(zhì)是不穩(wěn)定的，運(yùn)輸也不方便，需專用車輛，加熱時(shí)所產(chǎn)生的煙氣有一定的毒性，要注意改進(jìn)設(shè)備和預(yù)防。

煤焦油與煤瀝青是生產(chǎn)各種人造石墨和炭素制品的常用黏結(jié)劑。它們能很好地浸潤(rùn)和滲透到各種焦炭及無(wú)煙煤的表面和孔隙，并使各種配料的顆粒成分能互相黏結(jié)及形成具有良好塑性狀態(tài)的糊料。糊料成型后的生制品，稍加冷卻即硬化，保持其成型時(shí)的形狀。生制品在焙燒時(shí)煤瀝青逐漸分解并炭化，同時(shí)把四周的焦炭顆粒牢固地連接在一起。煤瀝青的炭化率比較高，炭化后生成的瀝青焦也較容易石墨化。

5.4.3.2煤焦油與蒽油的生成與質(zhì)量指標(biāo)

煤焦油是煙煤焦化的副產(chǎn)物，它是黑色黏稠液體。煤的焦化有兩類：一為高溫焦化,溫度達(dá)1000-1300°C,其主要產(chǎn)品為冶金焦，副產(chǎn)品為煤焦油和煤氣，煤焦油約占3%,主要含芳香炷，密度1.15~1.26g/cm3,可用作炭素生產(chǎn)的黏結(jié)劑；另一類為低溫焦化，溫度達(dá)500?600℃，主要產(chǎn)品為煤焦油和半焦，是煤的綜合利用的一種形式，低溫焦油主要含石蠟炷和環(huán)烷炷，密度0.95~1.14g/cm3,揮發(fā)分高達(dá)91%,不宜作炭素生產(chǎn)的黏結(jié)劑。

煤焦油是多種不同分子量的碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。有資料認(rèn)為，其中的單體有機(jī)化合物有一萬(wàn)多種，其中，確定為單體化合物的只不過(guò)300多種，但不易分離?？捎谜魞?chǔ)方法從煤焦油中提煉出輕油、酚油、萘油、蒽油和煤瀝青等上百種有機(jī)化合物。煤焦油中瀝青的含量為50%~60%,一般是煤焦油與瀝青配合使用，經(jīng)過(guò)脫水后的煤焦油在炭素制品生產(chǎn)中主要用來(lái)調(diào)整煤瀝青的軟化點(diǎn)。有些炭和石墨制品需要浸漬時(shí)，有時(shí)為了降低瀝青的黏度也加入適量煤焦油。這種與煤焦油混合的瀝青降低黏度后能提高流動(dòng)性，易于浸入焙燒半成品的氣孔中。蒽油是煤焦油加熱蒸饞時(shí)在270~360°C間蒸發(fā)岀來(lái)并冷凝以后得到的褐色黏稠液體，產(chǎn)量占煤焦油量的20%左右。使用蒽油的目的與使用煤焦油相同，也是為了降低煤瀝青的軟化點(diǎn)或黏度。煤焦油和蒽油的質(zhì)量指標(biāo)分別見(jiàn)表5-20和表5-21o

在電炭生產(chǎn)中使用的煤焦油須預(yù)先蒸餡至270°C,以驅(qū)除荼以下的輕儲(chǔ)分，因?yàn)椴毯推渌p儲(chǔ)分的析焦量低，揮發(fā)的溫度范圍窄，易使制品在焙燒時(shí)開(kāi)裂。

煤瀝青的生成及其質(zhì)量指標(biāo)

煤焦油蒸餡至320℃后的所得物為軟瀝青或稱熬煮煤焦油，其軟化點(diǎn)控制到52~56Y；蒸餡到360℃后所得物為中瀝青，其軟化點(diǎn)波動(dòng)在65~80°C范圍內(nèi)。焦化廠蒸餡煤焦油的目的在于得到各種有機(jī)溶劑和有機(jī)物：輕油（＜170°C）、酚油（170?210°C）、萘油（210?230°C）、洗油（230?300°C）、蒽油（300-360℃）,由此再精德獲得各種單體，蒸餡釜最后留下的殘余物就是煤瀝青。煤焦油蒸餡分釜式和管式兩種：

（1） 釜式間歇蒸餡生產(chǎn)煤瀝青。這是一種較老的方法。首先將煤焦油預(yù)熱至120°C,使水分降至1%以下，然后打入釜內(nèi)。

在釜底用煤氣加熱，隨著釜內(nèi)溫度的升高，輕油、中油、重油和蒽油依次陸續(xù)蒸餡出來(lái)。經(jīng)過(guò)16~20h,當(dāng)蒸饞釜頂部的氣體上升管溫度達(dá)到300°C以上時(shí)即取殘留在釜底的瀝青樣品分析，軟化點(diǎn)達(dá)到要求時(shí)即停止加熱。把瀝青從蒸餡釜放出來(lái)，經(jīng)過(guò)篩孔漏入冷卻水池（成長(zhǎng)條狀），蒸餾釜再次裝入焦油循環(huán)操作。蒸偕釜是一種間歇操作的設(shè)備，不能連續(xù)生產(chǎn)。

用蒸餾釜法生產(chǎn)煤瀝青由于焦油在釜中停留時(shí)間很長(zhǎng)，以及加熱不均形成局部過(guò)熱,一部分煤焦油分解和聚合過(guò)急，引起部分焦油加深裂解，因而瀝青中的游離炭含量相對(duì)有所增加。瀝青中的甲苯不溶物較多，達(dá)27%。

一個(gè)蒸餾釜可裝焦油20t,蒸榴出輕油、中油、重油和蒽油8?10t,殘留瀝青量為10~12t,即瀝青產(chǎn)率為焦油量的50%~60%。用蒸懼釜生產(chǎn)瀝青時(shí)軟化點(diǎn)可任意調(diào)節(jié)，只要在蒸儲(chǔ)時(shí)提前停止加熱使蒽油少出一些，瀝青的軟化點(diǎn)即可降低。反之，在蒸倦釜中吹入壓縮空氣則可提高瀝青的軟化點(diǎn)。

（2） 用管式爐與蒸發(fā)器生產(chǎn)煤瀝青。這是一種比較先進(jìn)的生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了煤瀝青的連續(xù)生產(chǎn)。焦油先加熱至110℃,使水分降低至4%,再將焦油用柱塞泵打入兩段管式爐的段，入口溫度80°C,出口溫度120-130°C,在此段使焦油進(jìn)一步脫水至0.4%以下。以后，將脫水至0.4%的焦油打入管式爐的第二段（高溫區(qū)），即蒸館段入口溫度120℃,在這里加熱溫度達(dá)到400-410°C：后，迅速打入蒸發(fā)器中。焦油中的輕備分立即蒸發(fā)，并進(jìn)入分餾塔分級(jí)。煤瀝青則沉在蒸發(fā)器的底部，經(jīng)過(guò)油封口（保持瀝青液面高度）將液體瀝青打入貯罐。在此取樣分析，并定期放入冷卻池，冷卻成條狀。

由管式爐加熱并由蒸發(fā)器分離出瀝青的方法是一種處理量大、生產(chǎn)效率高、連續(xù)作業(yè)的生產(chǎn)方法。焦油在加熱爐內(nèi)停留時(shí)間短而且加熱均勻，因而不會(huì)引起深度裂解，瀝青中的游離炭含量也較少。

由于煉焦時(shí)采用原煤的品種不同，配比、煉焦的溫度、蒸餡等工藝操作也不同，致使煤瀝青的物理化學(xué)性質(zhì)在很大范圍內(nèi)波動(dòng)。根據(jù)煤瀝青軟化點(diǎn)的不同一般分為三種：硬瀝青或稱高溫瀝青（軟化點(diǎn)90~110°C）,中瀝青（軟化點(diǎn)75~90°C）和軟瀝青（軟化點(diǎn)75°C以下）。

國(guó)外一般使用高溫瀝青（環(huán)球法軟化點(diǎn)為100?115℃）,如美國(guó)大湖炭素公司使用軟化點(diǎn)為100-110℃（空氣中立方體法）的直餾瀝青。國(guó)外，對(duì)瀝青的要求質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目為:軟化點(diǎn)、揮發(fā)分、甲苯不溶物（a—組分）含量、喳咻不溶物（at一組分）含量、密度、360°C以下的餡出物、灰分和水分。根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的不同、分成不同的牌號(hào)，如前蘇聯(lián)對(duì)生產(chǎn)電極、電刷、預(yù)焙陽(yáng)極、炭磚等不同材料分別有專門生產(chǎn)的瀝青；國(guó)外還有不含喳嚇不溶物的煤瀝青。