黏結劑的種類

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

對黏結劑的選擇視成型方式、成型設備和制品用途而定。對于一般制品，無論擠壓或模壓及振動成型，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。對于高強度、高密度模壓制品傾向于使用高溫瀝青（軟化點達110℃）,而某些炭黑基制品用輻壓代替熱混合時，甚至可用軟化點達120-150°C的硬瀝青。目前，改質煤瀝青（或稱改性煤瀝青）越來越受到重視和使用。

炭素制品制造工藝中的一個重要工序是焙燒，它的本質就是壓件中的黏結劑受熱焦化的過程，所以正確選用黏結劑及其用量是一個重要問題，而黏結劑的加工改質是改善炭素制品質量的一個有效途徑，受到人們重視。

不論是煤焦油、煤瀝青，還是人造樹脂，它們的化學活性都很高，在貯藏、運輸、取用過程中不斷變性，性質是不穩(wěn)定的，運輸也不方便，需專用車輛，加熱時所產生的煙氣有一定的毒性，要注意改進設備和預防。

煤焦油與煤瀝青是生產各種人造石墨和炭素制品的常用黏結劑。它們能很好地浸潤和滲透到各種焦炭及無煙煤的表面和孔隙，并使各種配料的顆粒成分能互相黏結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，保持其成型時的形狀。生制品在焙燒時煤瀝青逐漸分解并炭化，同時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量指標

煤焦油是煙煤焦化的副產物，它是黑色黏稠液體。煤的焦化有兩類：一為高溫焦化,溫度達1000-1300°C,其主要產品為冶金焦，副產品為煤焦油和煤氣，煤焦油約占3%,主要含芳香炷，密度1.15~1.26g/cm3,可用作炭素生產的黏結劑；另一類為低溫焦化，溫度達500?600℃，主要產品為煤焦油和半焦，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91%,不宜作炭素生產的黏結劑。

煤焦油是多種不同分子量的碳氫化合物的混合物。有資料認為，其中的單體有機化合物有一萬多種，其中，確定為單體化合物的只不過300多種，但不易分離?？捎谜魞Ψ椒◤拿航褂椭刑釤挸鲚p油、酚油、萘油、蒽油和煤瀝青等上百種有機化合物。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，經過脫水后的煤焦油在炭素制品生產中主要用來調整煤瀝青的軟化點。有些炭和石墨制品需要浸漬時，有時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在270~360°C間蒸發(fā)岀來并冷凝以后得到的褐色黏稠液體，產量占煤焦油量的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或黏度。煤焦油和蒽油的質量指標分別見表5-20和表5-21o

在電炭生產中使用的煤焦油須預先蒸餡至270°C,以驅除荼以下的輕儲分，因為蔡和其他輕儲分的析焦量低，揮發(fā)的溫度范圍窄，易使制品在焙燒時開裂。

煤瀝青的生成及其質量指標

煤焦油蒸餡至320℃后的所得物為軟瀝青或稱熬煮煤焦油，其軟化點控制到52~56Y；蒸餡到360℃后所得物為中瀝青，其軟化點波動在65~80°C范圍內。焦化廠蒸餡煤焦油的目的在于得到各種有機溶劑和有機物：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） 釜式間歇蒸餡生產煤瀝青。這是一種較老的方法。首先將煤焦油預熱至120°C,使水分降至1%以下，然后打入釜內。

在釜底用煤氣加熱，隨著釜內溫度的升高，輕油、中油、重油和蒽油依次陸續(xù)蒸餡出來。經過16~20h,當蒸饞釜頂部的氣體上升管溫度達到300°C以上時即取殘留在釜底的瀝青樣品分析，軟化點達到要求時即停止加熱。把瀝青從蒸餡釜放出來，經過篩孔漏入冷卻水池（成長條狀），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備，不能連續(xù)生產。

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

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

（2） 用管式爐與蒸發(fā)器生產煤瀝青。這是一種比較先進的生產方法，實現了煤瀝青的連續(xù)生產。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)，并進入分餾塔分級。煤瀝青則沉在蒸發(fā)器的底部，經過油封口（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、生產效率高、連續(xù)作業(yè)的生產方法。焦油在加熱爐內停留時間短而且加熱均勻，因而不會引起深度裂解，瀝青中的游離炭含量也較少。

由于煉焦時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性質在很大范圍內波動。根據煤瀝青軟化點的不同一般分為三種：硬瀝青或稱高溫瀝青（軟化點90~110°C）,中瀝青（軟化點75~90°C）和軟瀝青（軟化點75°C以下）。

國外一般使用高溫瀝青（環(huán)球法軟化點為100?115℃）,如美國大湖炭素公司使用軟化點為100-110℃（空氣中立方體法）的直餾瀝青。國外，對瀝青的要求質量指標項目為:軟化點、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。根據各項指標的不同、分成不同的牌號，如前蘇聯對生產電極、電刷、預焙陽極、炭磚等不同材料分別有專門生產的瀝青；國外還有不含喳嚇不溶物的煤瀝青。