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超声波法的沥青表征 在鼓气过程中分子聚合状态的变化 摘要： 鼓气反应已被应用于改变沥青分子聚合的化学结构，通常应用于工业规模制碳纤维。这项研究的目的是为了获得基本的超声波数据，使人们可以现场监测化学结构上和鼓气反应分子聚集状态的变化。出于这个目的，单独检查了热处理的效果，氧气（或空气），蒸馏（或低压）的对超声波性质的影响。结果发现，超声波测量得出的温度色散曲线结构特征，这与ESR和NMR以往的研究相符合。 简介 煤焦油沥青是碳材料的一种重要的中间体（或者前驱体），例如碳纤维，针状焦炭和碳符合材料。为了得到想要的碳材料，必须通过一系列方法改变沥青分子的化学结构和聚合状态，而且需要调整分子运动以适合旋转。 鼓气反应是提升沥青软化点和提供同位结构的一个高效方法。此外，鼓气反应比其它方式例如热处理和蒸馏更有利于提高产量。因此，鼓气反应已被用来改变沥青化学结构和分子聚合用来工业规模生产碳纤维。然而，鼓气反应机理是很复杂，由于与氧气接触，而且鼓气反应使系统产生压降，引起热处理和蒸馏的共同作用。 通常，软化点测量，溶剂萃取分析和光学显微镜观察，已被应用于沥青表征。然而，这些方法并不总是给出一个令人满意的结果，特别是分子运动（或分子聚集状态），以及化学结构。最近，差示扫描量热法，电子自旋共振和核磁共振测量已经应用到沥青系统，并且沥青的化学结构已经很清楚了。 Yamaguchi等人已经提出了电子自旋共振和核磁共振测量方法阐明了氧气，热处理和蒸馏在煤焦油沥青鼓气反应中的作用。后者以被发现。首先，含氧反应得到的沥青联二苯基键的数量增加。此外，观察到自旋浓度增加，意味着沥青分子重量变大。因此，这表明聚合反应随着空气（氧气）的加入而加剧。而且，在沥青分子中鼓泡反应引起的分子聚合作为沥青模型的芳香烃中， 通过FDMS和CNMR分析发现存在大量联二苯基键。其次，对于在真空环境下通过氮气吹扫得到的沥青，亚甲基单元(–CH –)的相对数量增加。然而，有没有观察到聚合反应的发生。这可能是由于低沸点分子，即较少连接键的低分子量分子和/或者热分解的分子。最终，对于在氮气环境下经热处理得到的沥青，观察到狭窄的ESR峰和峰强度增强。这可能表明形成芳香结构（或环）。? 不幸的是，在不同温度下获得NMR和ESR的数据非常困难。也就是说，沥青分子运动的数据在宽的时间尺度范围可能会很难获得。这意味着，使用NMR和ESR很难观察到反应中分子聚集的变化。为了控制沥青产品的质量，一直期望得到一种可以通过调查沥青分子运动（或分子聚集状态）的变化的监控系统。在前期工作中，Tanaka和Yamaguchi引入了超声波技术作为一种新的方法来阐明各向异性的沥青分子运动（或分子聚集状态）。声波实际上通过材料中的分子间的相互作用传播。特别地，这对第二类相变非常敏感和/或者是比第一类相变更高级的种类。而且，超声波测量是比较容易，快捷和方便。事实上，超声波技术已经应用到各个系统。例如，结晶聚合物的塑性形变的研究[，液晶聚合物相变，共聚物的微相分离和凝胶聚合物溶剂体系的机械胶化。因此，超声波测量也是沥青表征的一个很好的工具，特别是分子运动。 在本论文中，我们的目的是获得基本的超声波数据，这样就可以监视在鼓气反应中分子运动（或者分子聚合状态）超声波数据的变化。为此，分别检测了热处理，氧气（或空气），蒸馏（或减压）对超声波性能的影响。如上所述，这些都是在鼓气反应中的最重要因素。 2.实验 2.1样本 无质量指针的沥青被用来作为原始材料，指定为CT0。通过过滤而后真空蒸馏从煤焦油中喹啉不溶物提取无质量指针的沥青。从CT0中准备两份鼓气反应时间不同的沥青，指定为CT5和CT6：前者（CT5）鼓气时间为280分钟，后者（CT6）90分钟。其它鼓气反应条件是相同的：反应温度为330℃，压力1.6兆帕。使用两份沥青，检测鼓气反应时间的影响。此外，从CT0中准备了三分氮气吹扫的沥青代替空气吹扫，指定为CT7，CT8和CT9。 CT7沥青，反应温度为330℃，压力为1.6兆帕，反应时间为280分钟。CT8沥青，反应压力为0.02兆帕，CT9沥青反应温度为430℃。CT8和CT9的其它反应条件与CT7样品相同。使用CT5和CT7的沥青样品，检查了鼓气反应中氧气的影响。使用CT8和CT7的沥青样品，对蒸馏效果进行了检查。使用CT9和CT7的沥青样品，对反应温度的影响进行了检查。 2.2。测量 通过前期描述过的仪器使用脉冲方法进行了超声波测量。在测量前，沥青粉被加热到15℃超过软化点，然后冷却至室温，使沥青样本成为一个均一的固体。然后，测量通过样品后的传播强度（或振幅），作为加热过程的温度函数。温度范围从室温到420℃。换能器的接收和发送谐振频率均为150千赫。 通常，波的振幅A用下列公式表达： A=A0exp(-α