降低煤沥青粘度的改质处理.doc
沥青材料的粘度

总结
1.沥青粘度是表征沥青性质的重要指标。 2.沥青粘度与沥青的组分有密切的关系。 3.沥青粘度沥青及沥青混合料的高温稳定性有很好的相关 性,可以用沥青的粘度表征或预估沥青混合料的抗车辙 性能。
4.目前国内外对于沥青粘度与沥青及沥青混合料的高温性
能的相关性研究的比较多,但对于粘度与低温、抗疲劳
性能、水稳定性能之间的相关性研究的比较少。
沥青各指标与沥青粘度的关联性
2.改性沥青各指标与沥青135℃粘度关联度分析
从表中可以看出, (1)改性沥青原样的64℃抗车辙因子G*/sinδ与135℃粘度的 关联度只有0.563, 很小,这说明 抗车辙因子不能用来评价沥青的高温性能。而经短期老化后的改 性沥青抗车辙因子G*/sinδ与135℃粘度的关联度较好,达到0.863,因此可以用短 期老化后的抗车辙因子预测改性沥青的高温性能。 (2)原样改性沥青和短期老化后的改性沥青的当量软化点、针入度与135℃的关 联度都在0.8以上,可以较好地反映沥青的高温性能。
真空减压毛细管法
• 真空减压毛细管法(SYD-0620沥青动力粘度计)
(1)试验原理
η —沥青试样在测定温度下的动力黏 度(Pa·s); K—选择的第一对超过60s的一对标线 间的黏度计常数(Pa·s); t—通过第一对超过60s标线的时间间 隔(s)。
真空减压毛细管法
(2)试验步骤
真空减压毛细管法
(2)试验步骤
动态剪切流变仪(DSR)法
(3)影响因素
• 线粘弹性限制。试验时采用较低的剪变率是保证沥青处于线 粘弹性范围的必要条件之一;振幅频率增大,复数模量也相 应降低。 • 平行金属板的选择。不同温度以及不同的沥青,其粘弹性都 会有所不同,因此不能仅依靠试验温度来试验温度来确定金 属平板和沥青厚度。 • 沥青膜厚度控制。试验中应满足线粘弹性范围的要求,其中 控制沥青膜间距是有效的措施之一。另外可能在两平行板旋 转过程中有沥青被挤出,所以控制沥青膜厚度至关重要。 • 剪变速率的影响。剪变速率增加,沥青的非粘弹性增强,为此 试验中选择合适的剪变速率以保证沥青的线粘弹性是非常必 要的。
煤沥青应用研究综述

煤沥青应用研究综述高天秀【摘要】煤沥青是煤炭经高温热分解后的副产物煤焦油经进一步蒸馏加工后的产物,煤沥青组成极为复杂,具有稳定的性能,以煤沥青为原料,经过进一步加工后可获得一系列重要的高附加值衍生产品;综述了煤沥青用作煤沥青涂料、筑路沥青、炭素工业浸渍剂和粘结剂以及中间相煤沥青等方面的应用原理和进展。
%Coal tar pitch is a byproduct distillation heavy residue of high temperature carbonization of coal tar after all kinds of light fraction extracted .The composition of coal tar pitch is very complex ,and it has high performance .After further processing ,a series of important high value-added products will be obtained from coal tar pitch .Coal tar pitch as coating materials ,paving materials and impregnating and binder were reviewed in this paper .【期刊名称】《淮南职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P10-14)【关键词】煤沥青;中间相沥青;石油沥青;针状焦;碳纤维【作者】高天秀【作者单位】大同煤炭职业技术学院,山西大同 037003【正文语种】中文【中图分类】TQ522.65煤沥青全称为煤焦油沥青(coal tar pitch),是煤焦油经蒸馏加工后的产物。
由于煤焦油加工工艺的不同,生成50%~60%的煤沥青,是目前国内许多煤焦油加工企业生产中的渣料。
沥青材料的粘度与粘附性研究

目录第一章绪论 (1)§1-1 沥青材料概述 (1)§1-2 沥青材料的粘性与粘附性 (3)§1-3 沥青粘度与粘附性的研究现状 (6)§1-4 关于本课题研究 (9)第二章沥青与集料粘附性的评价方法 (10)§2-1 沥青与集料粘附性基本理论 (10)§2-2 影响沥青与集料粘附性的因素 (13)§2-3 沥青与集料粘附性的评价方法 (15)第三章试验材料基本分析 (21)§3-1 沥青材料试验分析 (22)§3-2 集料性质试验分析 (24)§3-3 水煮法粘附性试验 (25)第四章沥青的粘度试验分析 (28)§4-1 试验原理 (28)§4-2 Brookfield粘度试验设备与规程 (32)§4-3 Brookfield粘度试验结果 (34)第五章沥青的组分试验分析 (39)§5-1 沥青的组分分析概述 (39)§5-2 沥青的四组分试验设备与规程 (44)§5-3 沥青的化学组分试验结果 (47)第六章试验结果分析 (51)§6-1 沥青的粘度与粘附性试验结果分析 (51)§6-2 沥青的化学组分与粘附性试验结果分析 (56)§6-3 对沥青粘附性的认识 (62)第七章结论与建议 (65)参考文献 (67)致谢 (69)第一章绪论§1-1 沥青材料概述沥青作为一种非常重要的土工材料,被广泛应用于道路工程和建筑防水工程中。
据历史记载,最早的沥青路面建成于公元前600年前的巴比伦王国,但这种技术不久便失传了。
一直到19世纪,人们才又开始用沥青来筑路。
1833年,在英国开始进行煤沥青碎石路面铺装;1854年,在巴黎首次用碾压法进行沥青路面铺装;1870年前后在伦敦、华盛顿、纽约等地采用沥青作路面铺装。
分析煤沥青的改性及其机理研究进展

分析煤沥青的改性及其机理研究进展摘要:煤沥青具有价格低廉、资源丰富等优势,但仍存在残炭率低等弊端,要想对这些弊端进行改善,必须通过改性来实现,文章对改性沥青的制备方法以及近段时间国外以及国内改性煤沥青的发展状况作了简要的介绍,并且深入探讨了其机理。
但是由于煤沥青的组合较为复杂,所以并不能切实知道其真正的反应机理,我们只能根据相应的测试结果对其提出可能的改性机理。
关键词:煤沥青机理改性碳材料是指选用无定型碳或者石墨作为主要的原料,辅以其他原料通过特殊的生产工艺,进而制出的无机非金属材料。
碳材料发展至今,其种类越来越多,综合性能相比从前也非常优异,被广泛地应用于冶金、航空航天、机械和半导体等工业领域。
研究高性能、低成本的碳材料,已经逐渐受到了国际范围内的普遍关注。
研制高性能、低成本的碳材料的关键在于研制综合性能优良的基体前驱体。
文章主要介绍了煤沥青的性质、种类以及组成,对改性煤沥青的制备方法以及国内外改性煤沥青的发展情况作出了深入的探讨。
一、煤沥青的性质煤沥青的全称是煤焦油沥青,是煤焦油蒸馏以后提取馏分以后的残留物体。
煤焦油是生产民用煤气时作为煤高温干馏的副产物或者生产炼铁用冶金煤得到的。
它是煤焦油加工中分离出的产品,根据蒸馏条件的不同,其产率通常在50%以上,煤沥青在常温状态下为黑色固体,没有固定的熔点,呈现出玻璃性状,在受热之后软化进而熔化,在金属冶炼、碳素工业、耐火材料、道路建筑以及建材行业有着广泛的应用。
二、煤沥青的组成其实,煤沥青的组成极为复杂,它是多种组成的共熔混合物体,现已经查明,其中的化合物大概有70多种,绝大部分为三环以上的多环芳烃,其中还有氧、氮、硫等元素的杂环化合物以及少量的高分子碳素物质。
在这些化合物中,约有一半带有甲基、酚羟基、亚氨基、苯基等,沥青组成与炼焦煤的性质和杂原子的含量密切相关,其还受到了煤焦油蒸馏条件以及炼焦工艺制度的影响,与其他物质相比较,煤沥青价格低廉、资源丰富、流动性高、含碳量高以及易石墨化,这些优点决定了煤沥青被常常用来作为碳材料的基本前驱体。
沥青材料的粘度

• 粘度与粘附性之间的关系
粘度与沥青组分的关系
1. 以传统四组分分析方法得出的结果
表中饱和分、芳香分、胶质及沥青质分别以S,Ar,R 和At表示,沥青的平均分子量以M表示。
从表中可以看 出,沥青在120℃, 150℃, 180℃高温 条件的粘度与饱和 分或芳香分、胶质、 沥青质3个参数简单 回归的相关系数都 大于0.9。沥青质和 胶质等重质成分使 高温粘度升高,饱 和分或芳香分等轻 质成分使高温粘度 降低。
参考文献
[1] 周卫峰, 张秀丽, 原健安, 等. 基于沥青与集料界面粘附性的抗剥落剂的开发[J]. 长安大 学学报(自然科学版), 2005(02).
[2] 宋福义. 国内外典型道路沥青抗车辙性能的对比研究[J]. 石油炼制与化工, 2007(04). [3] 吴伟峰, 周灿锋, 陈守明, 等. 乳化沥青恩格拉粘度的影响因素研究[J]. 石油沥青,
恩格拉粘度计法
• 恩格拉粘度计法(煤沥青、乳化 沥青)
原理:
Ev
tT tW
试验步骤:详见《公路工程沥青
及沥青混合料试验规程》(JTG
E20-2011)T0622的相关规定。
影响因素:乳化沥青的存放时间、 搅拌时间、控温精度等。
条件粘度的测试方法
➢ 标准粘度计法
标准粘度计适用于测定液 体石油沥青、煤沥青、乳 化沥青等流动状态时的粘 度。
粘度指标
1.牛顿流型沥青的粘度
根据牛顿内摩擦定律:
F A V
H
= A dv
dy
F (Pa)
A
dv (s1)
煤沥青中间相形成机理及成焦特点研究

太原理工大学硕士学位论文煤沥青中间相形成机理及成焦特点研究姓名:程兴磊申请学位级别:硕士专业:@指导教师:王保成@太原理工大学硕士研究生学位论文煤沥青中间相形成机理及成焦特点研究摘要研究中间相成焦的有序化是制备优质针状焦的关键。
煤沥青中间相的形成机理对制备优质炭素材料针状焦具有重要的指导意义。
本文以除去喹啉不溶物的中温煤沥青为原料,采用热缩聚法在不同的反应条件下制备了中间相炭微球(MCMB),通过SEM分析手段考察不同反应条件下中间相炭微球形貌变化及演化过程,并对该原料形成中间相的影响因素进行分析,研究炭质中间相形成机理以及制备有序针状焦的影响因素。
在磁场作用下制备了有序结构针状焦,并对磁场作用机理进行了讨论。
研究结果表明:煤沥青热缩聚形成中间相经历了三个阶段,中间相有序微区的形成、中间相有序微区以自组织的方式形成中间相球体及中间相球体的长大、中间相大球体解体形成中间相域组织。
中间相形成阶段的反应温度、保温时间、体系粘度对中间相的形成和结构具有重要影响。
原料在400℃反应8小时左右形成中间相颗粒团聚在一起,在440℃反应4小时得到球形度较好的中间相,但是由于体系粘度太大不利于中间相结构的调整,片状中间相比较多。
通过分析认为,该原料沥青的芳香度比较低,以它为原料制备针状焦时中间相形成阶段的恒温反应温度选定为420℃左右比较合适,而相应的采取较长的保温时间,促进中间相形成的同时保持体系较低的粘度,有利于中间相结构的调整。
以除去喹啉不容物的煤沥青在太原理工大学硕士研究生学位论文420℃反应12小时以上,在没有气流拉焦工艺条件下施加磁场作用,再经900℃煅烧后得到流线型具有明显层状纤维结构的针状焦;表明磁场对针状焦的流线型结构有促进作用。
通过上述试验研究,丰富和完善了中间相理论,并对磁场作用下制备优质针状焦提供了科学与技术基础。
关键词:煤沥青;中间相;形成机理;磁场;针状焦太原理工大学硕士研究生学位论文STUDY ON THE FORMATION MECHANISM OFMESOPHASE PITCH AND THE CHARACTERISTICOF COKINGAbstractStudy on the orderly of mesophase coked is the key to high-quality needle coke.The formation mechanism of mesophase pitches is very important for the preparation of orderly needle coke.In the thesis,MCMB were prepared from a coal tar pitch without quinoline insolubles under different conditions by thermal polycondensation.The impact of formation of mesophase pitch factors were discussed by analyzing morphologies of MCMB with scanning electron microscope as well as preparation of an orderly mechanism of the impact of factors needle coke.The orderly structure of needle coke was prepared in magnetic field,then the effects of magnetic field was disscused.The preparation of mesophase conclude the formation of ordered micro-regions,ordered micro-regions mesophase to form mesohase spheres by self-assemble and the growth of sphere,as well as the formation of mesophase domain organization by the dissolution of big mesophase sphere.The structure of mesophase was determined by mesophase formation stage of temperature holding timeas as well as viscosity.Mesophase particles which prepared from coal tar pitch without quinolineinsolubles at 400℃ for about 8 hours cluster togrther. MCMB which prepared from coal tar pitch without quinoline insolubles at 440℃ for 4 hours have a spherical shape. There was a lot of porous mesophase due to high viscosity of the systeme.By analying,coal tar pitch have low polycyclic aromatic hydrocarbon content,so the best reaction temperature of preparing needle coke is around 420℃ by long holding time.It is conducive to the restructuring of mesophase and promoting the formation of mesophase while maintaining a low viscosity.A coke was prepared from a coal tar pitch at 420℃ for more than 12 hours without gas-driven under magnetic field. It has a needle-like flow texture after calcineing at 900℃. The magnetic field has a promoting effect for streamlined structure of needle coke.On the fore-mentioned studies,the forming theory of mesophase was abundanted and perfected.It provides a scientific and technique basis for preparation of high quality needle coke under magnetic field.KEY WORDS :Coal tar pitch;Mesophase;Formation mechanism;Magnetic field;Needle coke第一章文献综述与选题背景前言澳大利亚的Brooks和Taylor于1965年首先发现中间相液晶体系,创立了稠环芳香烃类液相炭化过程中生成中间相液晶及其连续转化的理论[1]。
采用蒽油替代煤焦油降低中温煤沥青软化点

高, 从下面的实例可以看出。 312 对产品性能的影响
表 5 列出的是采用加入不同稀释剂的中温煤沥 青浸渍剂, 浸渍过的产品经过石墨化高温后。按表 6 方法测试的各项技术指标是我厂生产的 G41 I 产品 测试结果。
表 5 G41 一次浸渍石墨化后产品分析报告
中温煤沥青浸渍剂
测试项目及技术性能 电阻率 (Λ8m ) 体积密度 (g cm 3) 开口气孔率 (% ) 抗折强度 (M Pa) 抗压强度 (M Pa)
Abstract: T h rough add ing coa l ta r, an th racene o il resp ect ively to decrea sing a soft po in t fo r coa l p itch im 2 p regna ted liqu id du ring the im p regna t ion of g rap het ic m a teria l, and test ing fo r g rap het ic m a teria l p roduct s in p hy sica l and chem ica l p rop ert ies after an im p regna t ion, the an th racene o il is a bet ter idea l. Key words: coa l p itch im p regna ted; an th racenne o il; a soft po in t
序号 1 2 3 4 5
表 3 试验方法
测试项目
试 验 方 法
软化点 苯不溶物 灰 分 水 分 残炭量
H T SH 034- 78 H T SH 032- 78 H T SH 030- 78 H T SH 029- 78 H T SH 031- 78
埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术

埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术埋地钢质管道是现代工业生产和城市居民生活中不可或缺的设施,但由于在土壤中长期使用,这些管道有一定的腐蚀和老化问题。
为了解决这个问题,人们开发了一种环氧煤沥青防腐层技术,延长了管道的寿命和改善了其性能,具有非常广泛的应用前景。
一、埋地钢质管道的腐蚀问题埋地钢质管道主要用于输送气体、液体和固体等物质。
但在使用过程中,它们经常受到土壤中的水分、氧气、二氧化碳、硫化物等物质的腐蚀,导致管道内部和外部的变形、漏气、漏液等问题。
大约90%以上的管道故障都是由腐蚀引起的,特别是钢质管道的腐蚀问题非常突出,管道的平均使用寿命只有20年左右。
针对这种情况,管道公司和科研机构经过多年的实践和研究,提出了许多防腐措施,如塑料涂层、无机涂层、橡胶涂层、聚氯乙烯(PVC)包套等,但都有一定的局限性,如附着力差、易受机械损伤、寿命短等问题。
二、环氧煤沥青防腐层技术的优点环氧煤沥青防腐层技术是一种新型的防腐保护技术,对于埋地钢质管道有良好的保护效果。
环氧煤沥青是一种常温固化的高分子合成物,它的特点是耐腐蚀、耐高温、耐水、耐酸碱和耐磨损等。
采用环氧煤沥青防腐层技术可以有效地防止钢质管道与腐蚀介质的接触,从而减少了腐蚀的发生。
同时,它具有良好的附着力,抗压性强,不容易被环境因素破坏,漏洞维修方便等优点,能够长期保持管道的稳定性能。
三、环氧煤沥青防腐层技术的施工标准为了保证环氧煤沥青防腐层的有效性,施工标准必须得到严格的执行。
下面是环氧煤沥青防腐层技术施工标准的主要内容:1.原材料的检验。
必须检查环氧煤沥青、处理剂、填充物等材料的质量,只有达到标准要求的原材料才能使用。
2.环氧煤沥青的准备。
环氧煤沥青需要先进行调和处理,保证其成分的均匀性和混合度。
3.地面处理。
必须对管道所在的地面进行处理,除去碎石、泥土、杂草等脏物和异物。
4.管道表面处理。
对于已有腐蚀的管道,必须首先进行表面处理,清除锈蚀和污垢等物质。
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TS0301-降低煤沥青粘度的改质处理案例简要说明:依据国家职业标准和炭素加工技术专业教学要求,归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
该案例体现了炭素生产工艺混捏工序、煤沥青的质量指标等知识点和岗位技能,与炭素加工技术专业沥青制备及应用课程煤沥青的改质处理单元的教学目标相对应。
降低煤沥青粘度的改质处理1.背景介绍煤沥青粘结剂在炭材料生产中的功能主要是提供塑性,混捏成型和焙烧形成粘结焦。
因此混捏中煤沥青与炭质骨料的粘结性能是焙烧成品质量好坏的前提。
在企业调研过程中,某炭素生产企业,主要产品如炭阳极、阴极炭块、石墨电极等,原料均为外购,其中包括作为粘结剂和浸渍剂的煤沥青,购买的煤沥青为软化点120℃的改质沥青。
企业技术人员反映在炭素材料生产工艺混捏工序中煤沥青由于粘度过大,与炭质骨料之间的浸润性和结合力较弱,影响了制品的性能,故提出在结焦值降低幅度不大的前提下在较低的混捏温度下降低煤沥青体系的粘度。
2.主要内容2.1煤沥青的用途和要求沥青是原油加工过程的一种产品,在常温下是黑色或黑褐色的粘稠液体或者是固体,它是一种棕黑色有机胶凝状物质,包括天然沥青、石油沥青、煤焦油沥青等三种。
煤沥青全称为煤焦油沥青(coal-tar pitch) ,是煤焦油蒸馏提出馏分(如轻油(<170℃)、酚油(170—210℃)、萘油(210—230℃)、洗油(230—300℃)、蒽油(300—360℃)等)后的残留物(residue) 。
(一)煤沥青的分类煤沥青品种较多,普通煤沥青产品包括四种:1.低温沥青(low temperature pitch)(软化点为30—75℃,又称软沥青soft pitch );2.中温沥青(medium pitch) (软化点为75—95℃);3.高温沥青(high temperture pitch)(软化点为95—120℃,又称硬沥青hard pitch );4.改质沥青(modified pitch)。
目前,部分铝用炭素生产企业采用高温沥青或改质沥青做粘结剂。
(二)煤沥青的用途目前煤沥青主要用途可分为:1.生产各种类型炭材料的粘结剂(binder)和浸渍剂(impregnant),这一部分产量最大;2.生产针状焦(needle coke)和炭纤维(carbon fiber)等高技术产品,产量不大,但附加值很高;3.防水防腐材料和筑路材料。
(三)煤沥青的功能煤沥青粘结剂在炭材料生产中的功能主要有两个方面:1.在混捏、成型过程中赋予糊料以一定的塑性,使其满足成型的要求;2.在焙烧过程中,于固体炭质物料之间形成炭膜粘结桥,将炭质物料结合成一个整体,使其具有一定的机械强度。
(四)改质沥青的特点改质沥青用作为炭材料生产粘结剂的特点:1.结焦残炭值高,焙烧时可生成更多的粘结焦,制品的机械强度高;2.软化点高,夏天运输和远距离运输问题易于解决;3.沥青脱水后磨粉使用,粉状沥青直接加入混捏锅中,也可熔化成液体后使用;4.混捏成型过程中,沥青逸出的烟气较少,可减少对环境的污染;5.使用改质沥青时,输送沥青的管道温度及混捏温度、压型下料、料室和压型嘴温度都要相应提高,其熔化温度也应高于中温沥青;6.改质沥青含有较多的β树脂和次生QI,具有较高的热稳定性,有利于提高炭材料的质量。
2.2粘结剂沥青的质量指标粘结剂煤沥青在适当的温度范围内是一种可流动的液体,加热混捏时能被炭质骨料及粉料吸附,并能渗透到骨料及粉料的孔隙中去,把各种散料颗粒粘结在一起,形成质量均匀有良好可塑性的糊料。
这种糊料具有良好的粘弹性和润滑性。
炭材料生产对粘结剂的具体要求:(一)对炭质物料有很好的浸润性和粘结力,这样才能保证糊料具有良好的可塑性;(二)粘结剂应具有较高的含碳量和结焦值;(三)粘结剂应为热塑性物质,常温下为固体,稍加热熔化成为液体,冷却后立即硬化;(四)来源广,价格便宜。
我国中温沥青质量标准见表1所示。
我国改质沥青的质量标准见表2。
2.3煤沥青粘度指标影响煤沥青的粘度的因素主要有分子量、分子形式及与溶剂的相互作用。
低粘度浸渍剂改质沥青的特性是在保证原有较高的结焦值的前提下,降低煤沥青的粘度,以提高其与炭质骨料的浸润性,糊料塑性好。
从煤沥青的组分分析(如图1),其中γ树脂的主要功能为降低沥青的粘度,使沥青易于被炭质骨料吸附,增加糊料的塑性,有利于成型。
γ树脂含量少,煤沥青流动性差,可塑性差,焙烧收缩小;γ树脂含量多,煤沥青流动性好,挥发分大,但过量的γ树脂会降低沥青的结焦值,并且焙烧时炭坯收缩大,影响焙烧品密度和机械强度。
因此,从提高轻质组分含量的角度出发,不能保证结焦值不变的同时降低粘度。
图1 煤沥青的组分分析流程通过对比中温沥青和改质沥青的粘度随温度的变化情况(图2),虽然中温沥青和改质沥青的软化点相差25℃,但要达到相同流变性能时,改质沥青所需的温度要比中温沥青高45~55℃,即改质沥青与中温沥青不大的软化点差异会带来很大的流变性能差异,这表明采用改质沥青作粘结剂时煤沥青使用温度要比中温沥青高得多,因此从改质沥青粘度测试数据来看,其用于炭材料生产时沥青和糊料混捏温度应在175~205℃范围内,即比改质沥青的软化点高70~100℃。
所以采用改质沥青作为粘结剂,改质沥青的软化点越高,用于炭材料生产时沥青熔化和糊料混捏温度就越高。
在炭材料生产中应用改质沥青粘结剂时一方面要充分提高改质沥青的使用温度,另一方面需向改质沥青中加入可降低沥青粘度和提高糊料塑性的添加剂,从而保证改质沥青使用时处于良好的流变状态。
考虑到节能环保,我们采用不改变混捏温度加入添加剂,实现煤沥青粘度的降低。
图2中温沥青和改质沥青粘度随温度的变化■—中温沥青●—改质沥青表面活性剂又可称为增塑剂,包括硬脂酸、皂片、石蜡、油酸等本案例采用硬脂酸、油酸作为添加剂。
其改质原理为:硬脂酸和油酸都属于阴离子表面活性剂,为两亲分子,具有亲油基(或憎水基)和憎油基(或亲水基),两者的结构式如下:硬脂酸:CH3(CH2)7—CH2CH2(CH2)7—COOH憎水基亲水基油酸:CH3(CH2)7—CH=CH (CH2)7—COOH憎水基亲水基硬脂酸和油酸分子呈不对称的线状结构,其一端是活性极化基团——羧基(亲水基),而另一端则是非活性烃基(憎水基)。
当表面活性剂硬脂酸和油酸溶于煤沥青中,根据极性相似相引、极性相异相斥原理,其亲油基与沥青非极性分子相吸引而结合于沥青,亲水基与沥青非极性分子相排斥而离开沥青。
为了克服这种不稳定状态,表面活性剂就只有占据到沥青液体表面,将亲水基伸向外面,而亲油基伸入沥青中,结果表面活性剂分子吸附在两相界面上,沥青表面的一些分子被表面活性剂分子取代,产生“表面过剩”,使两相间的界面张力降低,煤沥青的缔合度降低,从而显著降低了煤沥青的表面张力和粘度。
硬脂酸和油酸都是十八碳原子的表面活性剂,两者结构的差异:硬脂酸是直链结构,憎水基都是甲基和亚甲基,而油酸在碳链第九个键是不饱和双键,使其分子结构呈异动弯曲,故其作用截面积较大,对于相同表面积沥青胶团,数量较少的油酸就可达到分散胶团的目的;而硬脂酸为直链,其作用截面积要小一些,达到同样的分散效果,就需要较大的添加量。
表面活性剂油酸对煤沥青的改性作用更优于硬脂酸,达到相同降粘效果时,所需油酸用量也可稍少一些,从而可更好地改善煤沥青的流变性能。
3.分析路径该案例是生产案例,本案例体现了炭素生产工艺混捏工序、煤沥青的质量指标等知识点和岗位技能,与炭素加工技术专业沥青制备及应用课程煤沥青的改质处理单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于炭素混捏工、炭素浸渍工工种要求,对应教学目标,从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
炭素生产企业一般不设有煤沥青生产设备,多数采用外购的方式,这就不能从原料的生产工艺上来调整煤沥青的软化点、粘度、结焦值等指标。
要想在相同的混捏温度下不大幅度降低结焦值的前提下降低煤沥青的粘度,考虑通过加入添加剂的方式。
该案例能够使学生掌握煤沥青的诸多质量指标及其对炭素制品的影响,学会分析和解决问题的能力。
从降低煤沥青粘度这个质量指标这个典型工作任务出发,使学生掌握煤沥青的组分、性能及其功能,从而掌握炭素生产过程的关键步骤——混捏工序对最终制品的影响。
下面以降低煤沥青粘度的改质处理为例,说明该改质案例教学、现场教学的经过。
4.教学目标(一)了解煤沥青的生产工艺;(二)掌握煤沥青的各项质量指标;(三)设计降低煤沥青粘度的改质方案,掌握改质结果;(四)全面复习所学知识,并将知识转化为能力。
5.教学方式方法现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。
具体教学过程设计如下:5.1课前计划(一)学生掌握知识:煤沥青的生产、质量指标、组分分析、在炭素材料生产中的使用和对制品的影响以及煤沥青的改质处理;(二)学生分组,指定组长;(三)与现场联系,进行现场教学准备,包括安全教育、劳保用品、行走路线,现场兼职教师,现场教室等;(四)安全教育,教师带领学生下厂调研,记录3份煤沥青试样的质量参数;(五)学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料,总结该沥青的改质方案要点;(六)与技术人员交流,请技术人员准备讲授该煤沥青在改质中出现的难点。
(七)教室设置成学习岛,准备投影,为每组准备2张0开白纸,大号记号笔1支、作业纸每人2张。
5.2课中计划(一)学生按小组就座学习岛周围,选举记录人、发言人。
(二)采用头脑风暴法,每人总结一条操作要点,按顺时针顺序轮流发言,记录人将操作要点在0开白纸上按煤沥青的组分分析、质量要求、改质分模块记录。
要求每人发言,可以轮空,直到所有人员无法补充为止,时间15~20分钟;(三)整理完成后,小组发言人上台展示0开白纸上的记录,并向全体师生汇报交流钢种操作要点;发言学生汇报完成后,同组学生可以补充。
汇报完成,本组自评,其它组进行点评打分,现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价,指出优点和不足,每组时间8~10分钟;(四)技术人员讲授实际生产炭素制品时煤沥青的特性和对制品的影响的案例,时间20分钟;(五)教师讲授低粘度煤沥青用途、性能要求、成分控制要求,改质操作要点,时间45分钟。
5.3课后计划布置作业,见6.3。
6.思考题与考评6.1课前思考题布置课前思考题,保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
(一)改质沥青用作为炭材料生产粘结剂的特点是什么?(二)煤沥青粘结剂在炭材料生产中的功能主要有哪几个方面?(三)炭材料生产中确定煤沥青粘结剂用量的理论依据是什么?影响煤沥青用量的因素有哪些?(四)煤沥青在炭糊料中分布呈现哪几种形式?(五)降低煤沥青软化点和粘度的方法有哪些?6.2课堂练习课堂提问或者集体回答,目的:及时复习、巩固知识,检查教学效果。