專利名稱：制備碳纖維的自穩定瀝青的制作方法
背景和概要本發明申請涉及下述發現即高熔點各向同性瀝青可轉變成溶劑化各向同性瀝青并藉此降低所述瀝青的有效熔點。由這里公開的方法所制備的溶劑化瀝青可紡成幾乎不需要或完全不需要穩定化處理的纖維。
紡常規的非溶劑化各自同性瀝青的方法為眾所周知。目前KurehaChemical Industry Co.是年生產能力為900噸的主導生產者。另外的制造商包括Ashland Oil Co.和Kawasaki Steel Company。
各自同性碳纖維常用作混凝土結構的增強材料。在這方面，碳纖維必須具有和鋼及玻璃纖維的競爭能力。因此，以盡可能低的費用提供碳纖維是需要的。在制備碳纖維的過程中，最慢和最耗費的步驟之一是纖維碳化前初生纖維的穩定化(通常通過氧化完成)。穩定化步驟中需要預防超過350℃、通常高于1000℃溫度下進行的碳化過程中纖維的熔化。為了降低該步驟的時間和花費，人們優選由高熔點瀝青來制備纖維。但是，在本發明前，在紡制溫度以上的溫度熔融的那些瀝青是不能利用的。
因此，本發明的目標之一是提供穩定化前不需要氧化的制備碳纖維的方法。此外，本發明提供具比非溶劑化態的相同瀝青的熔點低至少40℃的流體溫度的溶劑化各向同性瀝青。另外，本發明提供可在等于或大于紡制溫度的溫度下紡成纖維、脫揮發分和氧化穩定化的溶劑化瀝青。
定義本說明書和權利要求書應用了下列術語和定義
本文所用的術語“瀝青”是指具有在各種工業生產過程中作為副產品產出的瀝青性質的物質諸如天然瀝青、石油瀝青和在石腦油裂化產業中作為一副產物獲得的重油和從煤得到的高碳含量的瀝青。
“石油瀝青”是指從石油餾出物或殘余物的催化裂化和熱裂化中獲得殘余含碳材料。
“石油焦”是指來自石油瀝青的高溫熱處理的固態難熔殘余物。
“各向同性瀝青”是指含不按液晶光學有序順序排列的分子的瀝青。
“各向異性瀝青”或“中間相瀝青”是指包含具芳香結構的分子的瀝青，所述分子通過相互作用結合在一起形成光學有序的液晶，這種液晶依溫度不同可成液態或成固態。
“中間物(mesogens)”是指熔融時形成中間相瀝青的分子，它們包含廣泛的排列成受熱就形成液晶的大芳香分子的混合物。
“假中間物”是指本身為潛在的中間相前體，但受熱時一般不形成光學有序的液晶而是受熱時會直接形成固態焦從而見不到熔融的物質。
溶劑化瀝青的“流體溫度”被定為將熔劑化瀝青以每分鐘1℃從熔點以上的溫度冷卻下來時儀表指示粘度為6000泊時的溫度。如果溶劑化瀝青的熔點可容易地測得，那么它總是低于流體溫度。
“溶劑化瀝青”是指其中含有5-40％(重量)的溶劑且具有比沒有混溶劑的瀝青組分的熔點低至少40℃的流體溫度的瀝青。
“纖維”是指能夠形成有用制品的長纖維。
“定向分子結構”是指在形成的含碳制品中中間相區域結構的順序，這種順序相當于制品的軸，提供了制品的結構性質。
溶劑化瀝青的“溶劑含量”是指由溶劑真空分離后測得的失重值。在這種測定中，沒有夾帶或截留溶劑的樣品被準確稱重，粉碎并在5mm以下壓力及150℃的真空烘箱中加熱一小時。百分溶劑含量是失重或重量差乘100除以原樣品重的值。
“氧化/穩定化”是通過將制品和氧氣或氧化劑反應來制備不熔瀝青制品的處理過程。
“軟化點和熔點”通過在惰性氣氛下在熱載臺顯微鏡(hot stagemicroscope)上以約5℃/分鐘加熱樣品來測定的。干瀝青的軟化點是瀝青顆粒第一次變圓(first rounding)的角特性。干瀝青的熔點是看見軟化瀝青第一次可察流動時的溫度。
本發明的簡要公開本發明提供熔劑化各向同性瀝青和制備這種瀝青的方法。另外，本發明提供具有獨特穩定性和高熔化溫度的低成本碳制品。此外，本發明提供任何中間相區域結構沒有高度沿纖維的軸向延伸或伸長的碳纖維。
制備溶劑化各向同性瀝青的常規方法包括將各組分混合一起以形成一可溶溶劑相和一不溶瀝青相。混合過程優選在足以使所有相均維持在液態的溫度下進行，此后讓該體系沉降。該體系沉降期間發生析相作用。析相后，通過在不破壞所述溶劑化各向同性瀝青的條件下除去液態溶劑相回收所述溶劑化各向相性瀝青。
本發明的溶劑化各向同性瀝青會具低于40％(體積)的光學各向異性(中間相)。但是，應該理解用以去除溶劑的瀝青的干燥可能產生另外的中間相。此外，本發明的溶劑化各向同性瀝青具有比沒有溶劑的相同瀝青的熔點低至少40℃的流體溫度。此外，本發明的溶劑化各向同性瀝青將具有至少50％(重量)的甲苯不溶物。最后，根據原料瀝青的組成，本發明的溶劑化各向同性瀝青或者1)在除去溶劑后自動自穩定化，或者2)可在較短時間周期內在高于其流體溫度的溫度下穩定化。
本發明也提供由溶劑化各向同性瀝青制備碳制品的方法。本方法包括制備溶劑化各向同性瀝青的步驟，還包括形成碳制品的步驟。目前，最普通的碳制品是碳纖維。制備碳制品的方法可以可選地包括一溶劑交換步驟，其中用來制備溶劑化各向同性瀝青的溶劑由更適合于制備碳制品的溶劑代替。
最后，本發明提供具有獨特自穩定化或改良的穩定化性質的碳制品。本發明的最優選的碳制品是那些形成后脫去溶劑就可加熱到碳化溫度而不熔融的制品。這樣，本發明提供了碳化前不需要化學不熔化步驟的碳制品。
或者說，本發明通過制品制備，脫溶劑和制品穩定化步驟提供了可在大于溶劑化瀝青的流體溫度的溫度下穩定化處理的碳制品。此外，與先前的碳制品相比，穩定本發明的碳制品所需的時間被減少。另外，在本發明的碳制品中存在的任何中間相趨向于發展為在制品形成后的脫溶劑。由于這種制品形成后中間相的發展，它并不高度地被伴隨制品形成的剪切力所伸長。
附圖的簡要公開

圖1是常規瀝青與溶劑化瀝青的氧化穩定化的比較圖。
本發明的詳細公開Ⅰ．溶劑化各向同性瀝青的制備溶劑化各向同性瀝青的制備開始于選擇合適的原料瀝青。適用于本發明的瀝青具有以下的重量組成約88-96％碳、多至約12％氫和不多于6％的硫、氧、氮或其它組分。最好所述瀝青的大部分分子是芳族的。此外，所述瀝青應具有低濃度助熔劑(flux)不溶物。最好所述瀝青具有低于20％的助熔劑不溶物。如果需要，可在溶劑化之前或之后進行瀝青的過濾來使不溶物達到適當的水平。或者，所述瀝青可用有機助熔劑諸如甲苯，氯仿或四氫呋喃等助熔，接著進行助熔劑不溶物的物理分離。邊些助熔劑不溶物一般包含瀝青雜質諸如灰分和無機化合物。在一些情況下，非常高熔點的有機化合物也可能作為助熔劑不熔物去除。一般來說，具有少于30％(重量)的喹啉不溶物(QI)的瀝青是適合的；但是優選的瀝青具有0-10％的QI。一般來說，這些瀝青具有約100-300℃的熔點。
適合的瀝青的另一參數是在溶劑諸如甲苯中不溶性的程度。一般來說，為產出溶劑化各向同性瀝青產品，原料瀝青必須含至少5％(重量)的甲苯不溶物。最好所述原料瀝青含有至少20％(重量)的甲苯不溶物。和助熔劑不溶物相反，甲苯不溶物通常是需要更強的溶劑來使其變為可溶的有機化合物。滿足上述要求的瀝青包括合成瀝青、煤瀝青、石油瀝青和乙烯焦油瀝青。市售瀝青包括Ashland A 240瀝青、熱處理的Ashland A 240和Ashland Aerocarb瀝青。
在本發明中合適的溶劑化溶劑的選擇是同等的重要。適合的溶劑一般具8.0-11.0的溶度參數。術語溶度參數定義如下p=(Hv-RTV)VI]]>式中Hv=汽化熱R=摩爾氣體含量T=溫度(0K)V=摩爾體積對于有關溶度參數的討論，請參見此處通過引用結合進本文的J.Hildebrand和R.Scott于1948年著的Solubility of Non-Electrolytes。所發現的可用于本發明的溶劑包括苯、甲苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫化萘。另外，其它實際為芳族的溶劑諸如雜芳族化合物(例如喹啉和吡啶)和1至3環芳族化合物和它們部分氫化或烷基化的衍生物也可在本發明中使用。另外，芳族和鏈烷溶劑如庚烷的基本為芳族的共混物也可用于本發明中。一般來說，適合的溶劑會產生相當于由甲苯產生的重瀝青不溶物量的四分之一至二倍量的重瀝青不溶物。對本公開來說，溶度是通過在環境條件下將1克瀝青和25毫升溶劑混合來測定的。
如上所述，本發明的方法將瀝青和溶劑混合來提供溶劑化各向同性瀝青。按照本發明的方法，各向同性瀝青在足以使混合物中所有相均轉化成液態的溫度和足以防止沸騰的壓力下與溶劑混合約1小時。混合后，接著就讓瀝青/溶劑體系沉降和冷卻。在這個步驟中，發生析相，產生液態溶劑相和溶劑化瀝青相。根據設備不同，沉降通常在約五至三十分鐘內完成。如果需要，機械方法如離心也可用來加快析相。析相后，溶劑化瀝青可以以液體回收，也可待混合物冷卻后以沉淀固體回收。在兩種情況下，常規回收方法諸如潷析液相或過濾去除固態溶劑化瀝青均是適用的。或者，也可在液態下連續回收溶劑化瀝青和溶劑相。如需要，回收的溶劑化瀝青在液態時也可通過過濾除去雜質。
或者，溶劑化瀝青可通過在溶劑相為液態而溶劑化瀝青相為固態的較低溫度下形成同樣的各向同性原料瀝青和溶劑的混合物來獲得。當使用這種方法時，固態溶劑化瀝青可通過常規的方法如過濾來回收。
溶劑化瀝青的非揮發性部分的性質可通過將溶劑化瀝青在約150℃的溫度干燥約60分鐘去除掉溶劑后測量。在瀝青干燥后，軟化點和熔點可通過在惰性氣氛下在熱載臺顯微鏡(hot stage microscope)上以約5℃/分鐘加熱來測定。除去溶劑后，本發明的瀝青正常情況下具有至少280℃的軟化點。堅硬、干燥的瀝青將在500℃以上的溫度軟化；但是這些瀝青在惰性氣氛中以5℃/分鐘加熱時不會熔融。這些瀝青被認為是自穩定的，因為它們在連續加熱時直接碳化成碳制品。
Ⅱ．溶劑化各向同性瀝青本發明的溶劑化各向同性瀝青提供了勝過非溶劑化各向同性瀝青的幾項重要優點。一般來說，溶劑化瀝青含有約5-40％(重量)的溶劑。此外，溶劑化瀝青具有至少50％(重量)的甲苯不溶物并可包含多至40％(體積)的光學各向異性。一旦從瀝青除去溶劑，各向異性含量就可能增加。本發明的溶劑化各向同性瀝青具有比非溶劑化狀態的相同瀝青即干瀝青的熔點低至少40℃、有時低100℃以上的流體溫度。
Ⅲ．制備碳制品的方法本發明還提供用溶劑化各向同性瀝青制備碳制品的方法。特別是，本發明提供用溶劑化各向同性瀝青制備碳纖維的方法。用溶劑化各向同性瀝青制備碳制品的過程由溶劑化各向同性瀝青開始。
根據所要形成的制品和用來使瀝青溶劑化的溶劑的不同，生產過程可能需要用與該生產過程相適應的溶劑替代溶劑化溶劑。這個被稱為溶劑交換的步驟可用幾種不同方法來完成。一種方法要求先將溶劑化瀝青干燥以趕走溶劑，然后用適合的溶劑使瀝青再溶劑化。另一可選用的方法考慮將具比最初溶劑化溶劑更高沸點的溶劑加入到溶劑化瀝青中。隨后，將這種混合物加熱至沸以使較低沸點的溶劑除去而剩下含有較高沸點溶劑的溶劑化瀝青。不管采用何種方法，一般的生產溶劑具有約8至約12并可能更高的溶度參數。所述的生產溶劑可包括一種或多種下列溶劑(未詳盡列出)甲苯、苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫化萘、四氫呋喃、氯仿、庚烷、吡啶、喹啉、鹵代苯、氯氟苯和2至4環芳香溶劑和它們部分烷基化和氫化的衍生物。
一旦溶劑化瀝青包含適合于生產方法的溶劑，就可通過本領域技術人員熟悉的方法制成碳制品。目前，最普通的碳制品是碳纖維。
在用溶劑化瀝青紡制碳纖維的過程中，一部分溶劑將從產品纖維中脫去。紡制后，任何剩余的溶劑可方便地通過纖維的干燥去除。脫去溶劑后產生具有至少280℃的軟化點的碳纖維。此外，得到的纖維具有大于纖維的紡制溫度的熔點。最后，根據初始原料瀝青的不同，得到的纖維在碳化前不需要另外的處理。
具有大于350℃起始溫度的軟化溫度的干燥后的纖維可不經預穩定而碳化。所述纖維最好具有大于500℃的軟化點。碳化是通過以稍低于纖維軟化點的溫度加熱所述纖維來完成的。隨著纖維碳化的進行，纖維的軟化溫度上升使得碳化反應溫度相應提高。但是，在碳化反應期間纖維的加熱溫度決不會高于其軟化點。對于軟化點大于500℃的纖維而言，加熱可以以每分鐘20℃或更快的速率進行而不會使纖維軟化。一般來說，加熱至600℃后碳化就得以完成。但是，也可能以更高的溫度處理纖維。
對于軟化點在約280-500℃的瀝青，碳化前進行氧化穩定化處理可能是優選的。另外，在某些情況下，也可能需要將軟化點大于500℃的瀝青進行氧化穩定化處理。
本發明的一項優點是能在較高溫度和較低的氧氣濃度下快速使所述瀝青和/或由這種瀝青制備的碳制品氧化穩定化。具體地說，穩定化過程可在大于制品形成溫度的溫度下和氧氣含量少于5％的氣氛中完成。本發明的氧化穩定化方法優于先有方法的情況由實施例2和圖1得以證明。圖1比較了常規瀝青和溶劑化瀝青的氧化穩定化。如圖1所示，在氧化穩定化之前所述溶劑化瀝青并不需要冷卻，穩定化在較短的時間周期內，一般在較高溫度下進行。這樣，本發明通過消除氧化穩定化所涉及的可燃性危險提供了明顯勝于先有技術的安全性優勢。
Ⅳ．溶劑化瀝青制成的碳纖維本發明的初生瀝青纖維總是在溶劑化瀝青紡制溫度以上的溫度熔化。一旦除去溶劑，本發明的纖維一般是難熔的。結果，本發明的纖維在碳化前通常不需要化學穩定化處理。但是，在需要穩定化的情況中，穩定化可在只含約2-5％氧氣的氣氛下在明顯短得多的時間周期內完成。
一旦初生纖維碳化，本發明的碳纖維可在連續各向同性到連續各向異性的范圍內變化。但是存在于這些纖維中的任何各向異性區域的大部分沒有中間相瀝青碳纖維典型特性的高度延伸的區域結構。這些纖維會具有相應于常規各向同性瀝青纖維的抗張強度。這些纖維包含各向異性區的程度使這些纖維和完全各向同性的纖維相比具有改良的熱性質和電性質。
下面實施例用來說明本發明。除非另加指定，否則這里所用的份數和百分比均是以重量計的。本申請人并不希望受各實施例中的所述理論的限制；相反，本發明的真正范圍應根據所附的權利要求書來決定。實施例1在一帶攪拌的高壓釜中，以每8CC溶劑1g瀝青的比率將A240各向同性瀝青(8％(重量)甲苯不溶物；購自Ashland Chemical,Inc.,Columbus,Ohio)樣品與甲苯混合。將高壓釜用氮氣清洗、稍稍抽空后密封。用80分鐘時間將混合物加熱到233℃。將混合物在233℃下攪拌10分鐘。然后不攪拌將混合物在233℃保持15分鐘，接著讓其冷卻。在加熱過程中在密閉反應釜中出現的最大壓力是175psig。
固態瀝青從反應釜的底部回收，所計算出的瀝青的收率是6.4％。將這種瀝青用光學顯微鏡分析，結果發現含有5％小球形式的中間相。
通過在真空下，在360℃加熱30分鐘將固態瀝青樣品干燥。該步驟從所述瀝青除去了28.2％的揮發性物質。經干燥的瀝青在顯微鏡熱載臺上，在氮氣氣氛下，以每分鐘5℃的速率加熱到650℃時并不軟化或熔融。實施例2通過以1g瀝青比8ml甲苯的比率混合Aerocarb 80[30％(重量)甲苯不溶物]與甲苯，制備溶劑化瀝青。在230℃下將該混合物攪拌1小時，讓其沉降15分鐘，然后讓其冷卻。從容器底部回收到收率為54％的稠密固態溶劑化瀝青層。這種溶劑化瀝青基本上是各向同性的，只有5-10％(體積)的各向異性，其形態為細球狀，少量為較大的球狀。
將所述溶劑化瀝青樣品在真空下，在150℃干燥1小時去除溶劑。干燥后，瀝青失重22.1％。將該瀝青再在真空下加熱到360℃以除去另外4.9％的揮發物。這種另外的失重看來是由于殘余溶劑的去除和一些輕油分的損失。該樣品的分析結果表明總共有52％(體積)的各向異性。這證明了溶劑化各向同性瀝青一旦失去溶劑就會產生另外的各向異性。
溶劑化各向同性瀝青的流體溫度通過在一小高壓釜中測量攪拌阻力的方法來測定。將一部分甲苯溶劑化瀝青加熱到其流體溫度以上的溫度即235℃，然后以約每分鐘1℃的速度慢慢冷卻。用這種方法，這種甲苯溶劑化瀝青在191℃達到了6000泊的粘度。因此，所述溶劑化瀝青的流體溫度比Aerocarb原料瀝青的熔點低42℃。
隨后，利用熱載臺顯微鏡在溶劑去除后測定所述溶劑化瀝青的熔點和軟化點。如前面所定義的那樣，軟化點為瀝青顆粒出現第一次變圓角特征時候的溫度。熔點則是看到軟化瀝青第一次可察流動時的溫度。按照上述方法和規定，得到干燥溶劑化瀝青的軟化點為323℃及熔點為328℃。干燥溶劑化瀝青的熔點比Aerocarb 80原料瀝青高95℃。顯然，在該實驗中干燥的溶劑化瀝青和溶劑化瀝青的流體溫度之間熔點的差值至少為137℃。
為驗證干燥的溶劑化瀝青的改良的穩定性，將干燥的溶劑化瀝青樣品和Aerocarb 80瀝青樣品進行氧化處理。將兩種瀝青樣品均粉碎成10至200微米顆粒，然后在低于它們的軟化點約20℃的溫度下氧化30分鐘。氧化氣體是含2％氧氣的氮氣。這樣，Aerocarb 80原料瀝青在205℃下氧化而干燥后的溶劑化瀝青在300℃氧化。氧化后，在氮氣氛下以每分鐘5℃的速率加熱來測定每種瀝青的軟化點和熔點。穩定化后的Aerocarb在250℃軟化，在254℃熔化，即它比未經穩定處理的瀝青有22℃的改善。相反，穩定化后的溶劑瀝青在加熱到650℃時沒有熔化，只有20％的樣品有軟化的跡象。顯然，穩定處理后的溶劑化瀝青比穩定處理后的原料瀝青具有顯著改善的熱性質。溶劑化瀝青和非溶劑化瀝青的性質比較情況列于下表中。
表1
．以5℃/min速率在N2氣氛下熱載臺觀察2．冷卻過程中粘度達到約6000泊時的溫度實施例3本實施例用來證明由實施例3的溶劑化各向同性瀝青紡制的碳纖維優于由Aerocarb原料瀝青紡制的纖維。在將實施例3的溶劑化瀝青紡成纖維前，先將溶劑化瀝青用1,2,3,4-四氫化萘再溶劑化。再溶劑化步驟包括將溶劑化瀝青干燥以除去甲苯，接著將瀝青與1,2,3,4-四氫化萘以7∶2(瀝青∶溶劑)的比率混合。將1,2,3,4-四氫化萘溶劑化的瀝青在230℃平衡30分鐘。這種再溶劑化瀝青的流體溫度為161℃。
將所述溶劑化瀝青和Aerocarb原料瀝青熔紡成纖維。在187℃將溶劑化瀝青紡成50-60微米纖維。這種由溶劑化瀝青紡制的初生纖維含有殘余溶劑。在二分鐘內將這些纖維在氮氣氛下加熱到290℃，然后以每分鐘5℃進一步加熱以測定這些初生纖維的軟化點和熔點。纖維尖端變圓以及一些位置出現彎曲指示出的軟化點出現在302℃。纖維端頭的變圓及膨脹和纖維接頭的熔化指示出的熔點出現在353℃。應注意的是初生纖維一般會比經小心干燥的纖維更早軟化和更遲熔化。
和本發明相反，Aerocarb原料瀝青在紡成40至60微米纖維前需要加熱到298℃。將這些初生纖維在二分鐘內加熱到200℃然后進一步以每分鐘5℃加熱。這些纖維在227℃軟化并在234℃熔化。
另外，將兩類纖維均進行穩定化處理。溶劑化瀝青纖維通過在270℃(比紡制溫度高83℃)下暴露在含2％氧氣的氮氣中60分鐘進行穩定化。然后通過在氮氣氣氛下以每分鐘20℃加熱使纖維溫度升到650℃。所述纖維并不軟化或熔化。將Aerocarb原料瀝青纖維在195℃暴露于同樣的含氧氣體中60分鐘。注意由于這些纖維的熔點方面的原因，較低溫度是必要的。通過在氮氣下以每分20℃升高溫度，(發現)這些纖維在248℃軟化及在258℃熔化。如表2所示，這些結果清楚地證明了用溶劑化瀝青可使穩定化過程更容易及紡制溫度更低。
表2
<p>1．在N2氣氛下以5℃/min熱載臺觀察2．在N2氣氛下以20℃/min熱載臺觀察還有，從本說明書或此處所公開的本發明的實施來考慮，本發明的實施方案對本領域技術人員來說是顯而易見的。本發明者希望本發明說明書和實施例只被認作是示范性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求書指出。
權利要求
1．制備溶劑化各向同性瀝青的方法，包括a)將各向同性瀝青與溶劑混合形成混合物；b)使所述混合物分成液態溶劑相和溶劑化瀝青相；c)回收所述的溶劑化瀝青相。
2．權利要求1的方法，其中步驟a)包括維持足夠的溫度和壓力以使所述混合物中的所有相均為液態。
3．權利要求1的方法，其中緊接步驟b)，將當時為液態的所述溶劑化瀝青過濾以除去任何不溶雜質。
4．權利要求1的方法，其中所述溶劑選自具有約8.0至約11.0溶度參數的溶劑。
5．權利要求1的方法，其中所述溶劑包括一種或多種選自下列的溶劑甲苯、苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫化萘、四氫呋喃、氯仿、庚烷、吡啶、喹啉、鹵代苯、氯氟苯、2和3環芳香溶劑及其部分烷基化和氫化的衍生物。
6．權利要求1的方法，其中步驟c)包括通過過濾將所述溶劑化瀝青和所述液態溶劑相分離。
7．從溶劑化各向同性瀝青制備碳制品的方法，包括a)將各向同性瀝青與溶劑混合形成混合物；b)使所述混合物分成液態溶劑相和溶劑化瀝青相；c)回收所述溶劑化瀝青相；d)將所述溶劑化瀝青制成碳制品。
8．權利要求7的方法，其中所述步驟a)的溶劑選自具有約8.0至約11.0溶度參數的溶劑。
9．權利要求7的方法，其中所述步驟a)的溶劑包括一種或多種選自下列的溶劑甲苯、苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫化萘、四氫呋喃、氯仿、庚烷、吡啶、喹啉、鹵代苯、氯氟苯、2和3環芳香溶劑及其部分烷基化和氫化的衍生物。
10．權利要求7的方法，其中所述步驟c)，將所述溶劑化瀝青干燥以除去所述溶劑，然后用適合制備碳制品的溶劑重新使所述瀝青溶劑化。
11．權利要求10的方法，其中所述適合制備碳制品的溶劑包括一種或多種選自下列的溶劑甲苯、苯、二甲苯、1,2,3,4-四氫化萘、四氫呋喃、氯仿、庚烷、吡啶、喹啉、鹵代苯、氯氟苯、2至4環芳香溶劑及其部分烷基化和氫化的衍生物。
12．權利要求7的方法，其中所述步驟d)包括在比非溶劑化狀態的溶劑化瀝青的熔點低的溫度下將所述瀝青紡成纖維。
13．權利要求7的方法，具有另外的通過在氧化劑存在下加熱所述制品來穩定所述制品的步驟。
14．權利要求13的方法，其中所述穩定化步驟在含有5％以下氧氣的氣氛下進行。
15．權利要求13的方法，其中所述穩定化步驟在低于制品形成溫度的溫度下進行。
16．權利要求7的方法，其中所述步驟a)包括維持足夠的溫度和壓力以使所述混合物中的所有相均為液態。
17．權利要求7的方法，其中緊接步驟b)，將當時為液態的所述溶劑化瀝青過濾以除去任何不溶雜質。
18．權利要求7的方法，其中所述步驟c)包括通過過濾將所述溶劑化瀝青與所述液態溶劑相分離。
19．權利要求7的方法，具有干燥所述碳制品的另外步驟。
20．權利要求13的方法，具有碳化所述碳制品的另外步驟。
21．權利要求7的方法，具有碳化所述制品的另外步驟。
22．權利要求7的方法，其中緊接步驟c)后，將一沸點比所述步驟a)的溶劑沸點高的溶劑與所述溶劑化瀝青混合，接著將所述混合物加熱到比所述步驟a)溶劑的沸點高的溫度以達到排除所述步驟a)溶劑的目的。
23．權利要求7的方法，其中所述碳制品是碳纖維。
24．溶劑化各向同性瀝青，包括a)約5-40％(重量)溶劑；b)至少50％(重量)甲苯不溶物；和c)具有比非溶劑化瀝青低至少40℃的流體溫度。
25．權利要求24的溶劑化各向同性瀝青，其中所述瀝青具有低于40％(體積)的光學各向異性。
26．權利要求24的溶劑化各向同性瀝青，其中所述瀝青為一旦脫去溶劑就是不熔的。
27．由含約5-40％(重量)溶劑的溶劑化瀝青制備的碳纖維，所述碳纖維一旦脫去溶劑就是不熔的。
28．由含約5-40％(重量)溶劑的溶劑化瀝青制備的碳纖維，其中脫溶劑后的所述碳纖維在暴露于含約2-5％氧氣的氣氛中并在高于所述纖維的形成溫度的溫度下加熱時會氧化。
全文摘要
本發明提供了制備具有比非溶劑化狀態的相同瀝青低至少40℃的流體溫度的溶劑化各向同性瀝青的方法。此外,本發明提供了碳化前不需要氧化穩定化的可以制成碳制品的溶劑化各向同性瀝青。
文檔編號D01F9/145GK1209790SQ95198016
公開日1999年3月3日 申請日期1995年12月6日 優先權日1995年12月6日
發明者H·E·羅米納, E·J·南尼, M·W·卡雷爾, M·W·索瑟德 申請人:康諾科有限公司