外文翻譯（中文)--中間相瀝青的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的研究（節(jié)選）

1、<p><b>　　中文4210字</b></p><p>　　出處：J. Mater. Chem., 1992, 2(5): 551-557</p><p>　　中間相瀝青的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的研究</p><p>　　YS Lim, BI Lee</p><p>　　陶瓷工程，克萊姆森大學(xué)，克萊姆森大學(xué)部，SC

2、29634-0907, 美利堅(jiān)合眾國(guó)</p><p>　　穩(wěn)定的中間相瀝青是炭纖維生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵階段，因?yàn)樗怪虚g相在隨后的炭化過(guò)程熔融。中間相瀝青粉末可通過(guò)兩種方法獲得穩(wěn)定：（a）在空氣中熱處理，和（b）在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入過(guò)氧化二枯基，在250℃下進(jìn)行5到10小時(shí)的熱處理。在強(qiáng)紅外反射下，我們可觀察到，羰基（—CO—，1690cm-1）和脂肪族碳?xì)滏I(C—H)特征峰峰值結(jié)果穩(wěn)定。紅外光譜峰值長(zhǎng)度在1200-12

3、75cm的芳基烷基醚也隨著空氣穩(wěn)定度的增加而增加。對(duì)于中間相瀝青沒(méi)有將氧氣注入產(chǎn)生碳質(zhì)材料時(shí)的條件時(shí)，DCP是一個(gè)良好的穩(wěn)定劑。在良好空氣穩(wěn)定強(qiáng)度下或者在DCP作用下的中間相瀝青粉末，在性能上彼此相似，通過(guò)紅外光譜得知他們的提升性能不分伯仲。</p><p>　　關(guān)鍵詞：碳；纖維；中間相瀝青；</p><p>　　碳纖維可作為聚合物基體和碳基復(fù)合材料，在飛機(jī)，直升機(jī)，空間系統(tǒng)和火箭等制造領(lǐng)

4、域作為結(jié)構(gòu)材料而被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　碳纖維主要是從（PAN），石油，或煤焦油縮聚反應(yīng)中產(chǎn)生。對(duì)于這些，各向同性石油瀝青轉(zhuǎn)化為各向異性的向列相液晶形成之前，它是可以先成為預(yù)成型體（C / C）的復(fù)合材料。紡出的纖維的C / C復(fù)合材料亦可轉(zhuǎn)換為熱固性的交聯(lián)中間相瀝青（穩(wěn)定）。</p><p>　　它一般可形成穩(wěn)定的中間相，對(duì)碳纖維的性能產(chǎn)生很大的影響。因此，我們要提出碳纖維性能

5、的穩(wěn)定的中間相的研究。持田等科研人員，已經(jīng)確定了一些在化學(xué)變化中的中間相瀝青纖維的穩(wěn)定因素。他們明確了某些官能團(tuán)的存在，最佳的氧含量，和纖維在溶劑中的最優(yōu)溶解性。碳纖維，最常見(jiàn)的穩(wěn)定過(guò)程是粘性流以及纖維形狀，預(yù)防隨后的炭化過(guò)程中氧化。他中間相的穩(wěn)定化步驟碳纖維是最耗時(shí)的步驟，因此是一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程。這是因?yàn)檠趸€(wěn)定化反應(yīng)需要的溫度低于軟化點(diǎn)，這是為了去除易熔組分或防止由氧化交聯(lián)的碳纖維熔融。他穩(wěn)定過(guò)程變化的中間相瀝青的熱塑性一種熱固性材料

6、；因此，穩(wěn)定的纖維可以炭化。想大量剔除易熔組分，需要穩(wěn)定的氧化時(shí)間強(qiáng)烈地依賴于中間相瀝青的性質(zhì)。在過(guò)量氧氣的存在下，對(duì)碳纖維性能的穩(wěn)定期間會(huì)產(chǎn)生不良影響。</p><p>　　在這項(xiàng)研究中，通過(guò)空氣和非氧化穩(wěn)定的化學(xué)自由基引發(fā)碳鍵穩(wěn)定性。當(dāng)水溶性聚合物完全交聯(lián)，它會(huì)成為不溶性的化合物，這種現(xiàn)象被用來(lái)估計(jì)的交聯(lián)度。非氧固化的中間相瀝青粉末與空氣固化的中間相瀝青粉末發(fā)生固化反應(yīng)。</p><p&g

7、t;　　A-240瀝青（20克）的溶劑或溶劑混合物攪拌酸化磁性在室溫下5小時(shí)，A-240瀝青和溶劑的混合物在真空中的細(xì)纖維素濾紙過(guò)濾。這是通過(guò)過(guò)濾得到的不溶性餾分進(jìn)行真空烘箱中干燥3小時(shí)，在60°C.在溶劑或酸化溶劑萃取程序，以不同比例的甲苯和正己烷為溶劑分級(jí)，酸性溶劑提取與不同比例的HCl進(jìn)行稀釋。不溶性組分的索氏提取法提?。?小時(shí)）用四氫呋喃（THF）驗(yàn)證的酸的影響。元素分析（C，H和N）的A-240瀝青和不溶性餾分與CH

8、N分析儀測(cè)定。溶劑和酸性溶劑提取A-240瀝青進(jìn)行熱處理，在400℃，2 H形成中間相瀝青。通過(guò)熱重分析測(cè)定了氧化固化尺寸的粉末的重量增益與杜邦951熱重分析儀在加熱速度5℃/min在干燥的空氣流的40立方厘米的最小流量率，針對(duì)每個(gè)中間相瀝青粉末的氧化穩(wěn)定性進(jìn)行了在靜止空氣在230和250°C溫度條件。</p><p>　　中間相瀝青粉末穩(wěn)定進(jìn)行了250°C ，5 H的加熱，對(duì)于非氧化穩(wěn)定性，

9、DCP（熔點(diǎn)38°C）用磁力攪拌器在乙醇中的中間相瀝青粉末混合。含有10%的DCP的中間相瀝青粉末在N2氣保護(hù)下進(jìn)行250℃，5 H熱處理。在規(guī)定的時(shí)間通過(guò)氧化或化學(xué)自由基引發(fā)劑穩(wěn)定后，穩(wěn)定的中間相瀝青粉末以THF為四氫呋喃不溶性的化合物（THFI）存在。DCP也與A-240瀝青開(kāi)始加熱到400℃，研究中間相的形成過(guò)程中DCP的影響混合。漫反射傅里葉變換紅外光譜是用來(lái)解釋在穩(wěn)定相中存在的官能團(tuán)的性質(zhì)。在宏觀尺度上，漫反射的輻射

10、不遵循的簡(jiǎn)單反射法，即漫反射角不一定等于入射光譜的角度使用采取了中間相瀝青和穩(wěn)定的中間相瀝青反射偏光顯微鏡下觀察方法，區(qū)分各向同性和各向異性，以確定穩(wěn)定的中間相瀝青和中間相瀝青的區(qū)別。對(duì)于一個(gè)給定的中間相的標(biāo)本的領(lǐng)域等幾個(gè)方面進(jìn)行檢查以確定在整個(gè)領(lǐng)域的中間相的分布，分析方法：分光光度計(jì)，紅外光譜。</p><p>　　用溶劑萃取法分離從非中間相形成的分?jǐn)?shù)。與溶劑的結(jié)果或酸化溶劑萃取在表1中給出的提取條件。溶劑提取

11、得到比那些球無(wú)酸提取較大的不溶性組分的量。因此，不溶性餾分用THF驗(yàn)證中的不溶性的百分比差異的索氏提取法提取，以及它是否是由不良溶劑萃取，聚合引起，或由酸交聯(lián)。不溶性瀝青樣品的索氏提取法已給出。表2的應(yīng)用比例為在表1中的不溶性殘留物A-240瀝青相反。酸（鹽酸、硝酸和HF稀乙醇）促進(jìn)不良溶劑的溶劑效應(yīng)在酸系統(tǒng)由于酸化顯示比溶劑提取音高少量四氫呋喃的索氏提取不溶性組分。索氏提取法，不溶性成分為8%，這意味著，溶劑或酸化溶劑提取瀝青具有較小

12、數(shù)量的無(wú)序的分子，即低分子量的餾分。　表3給出了元素成分和C：H原子比的A-240瀝青及其提取不溶性組分。</p><p>　　以提取的不溶性組分相比，具有較低的A-240瀝青C H原子比。較高的C：H原子比提取的間距可以通過(guò)它們的芳香度較高的解釋?！盇-240瀝青及其不溶性組分的碳含量是相當(dāng)類似的。然而，在氫含量的顯著變化。'這意味著脂肪分?jǐn)?shù)比瀝青芳烴餾分溶解度高。正如預(yù)期的那樣，在N含量增加。檢查表1

13、和表3表明，較低的不溶性組分提取物有較高的C：H比。</p><p>　　在400℃熱處理后2 h，在N2保護(hù)下表現(xiàn)出100%的各向異性狀態(tài)；中間相瀝青粉的溶解度和交聯(lián)或穩(wěn)定的中間相瀝青總結(jié)在表4中，在制備條件的強(qiáng)烈影響，表明。不溶性最高的四氫呋喃（THFI）組成，即低表2，顯示比的治療組合物的酸較高的中間相含量。這是在表4的中間相瀝青的應(yīng)用量也更高的空氣后穩(wěn)定。然而，DCP穩(wěn)定中間相瀝青粉末表明應(yīng)用一個(gè)較低的比

14、例比空氣穩(wěn)定粉。差異大，空氣穩(wěn)定，和DCP穩(wěn)定相。對(duì)于A-240，空氣穩(wěn)定不大大增加線路故障指示器。這意味著氧化固化是不是非常有效的低分子量的脂族餾分在A-240中間相的存在。另一方面，含有最高的中間相含量和C：H比，酸性溶劑提取的中間相瀝青表明DCP穩(wěn)定反向現(xiàn)象，該中間相瀝青顯示超過(guò)兩倍的比例對(duì)中間相瀝青穩(wěn)定比空氣穩(wěn)定。這表明，氧化固化是更有效的芳烴餾分但DCP為交聯(lián)固化脂肪族餾分中的中間相瀝青或在溶劑中不溶物更有效，這是因?yàn)樗?溶劑

15、提取不溶量增加（主要是脂肪低分子量餾分）的不良溶劑。</p><p>　　中間相瀝青加熱空氣可以在兩種反應(yīng)方面解釋：（1）吸收氧氣的擴(kuò)散和（2）分解/蒸發(fā)造成的重量損失。溶劑或酸化溶劑提取的中間相瀝青表現(xiàn)出比未提取的中間相瀝青因?yàn)樗鼈兒写罅康姆肿臃謹(jǐn)?shù)較高的更大的抗氧化性。</p><p>　　這些球的重量的變化作為時(shí)間的函數(shù)，如圖2所示。這表明TG體重變化的各種中間相瀝青加熱到230 ℃

16、和250℃在空中長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)。從圖中看出，TG曲線上升，定期到約8%的增益為溶劑提取相，這些結(jié)果是一致的。中間相瀝青比中間相瀝青在為了在中間相瀝青的氧化性能的差異，可以對(duì)分子量分布的基礎(chǔ)上，解釋了較低的體重增加具有較高的耐氧化性。正如在前面的章節(jié)中，中間相瀝青含有較多的低分子量脂肪餾分（即更多的起始中心氧化）比中間相瀝青。然而，一些這些氧化的脂族餾分仍然在THF中可溶性中間相如表4。</p><p>　　這就意味

17、著，在球場(chǎng)上的脂族餾分不易交聯(lián)氧化處理，但僅僅是氧化。在這項(xiàng)研究中，假定氧交聯(lián)形成的醚基和氧化生成羰基。材料的重量損失是由表面氧化和分解的影響。表面氧化在表面由于與氧的反應(yīng)材料的損失和在氧氣進(jìn)入材料的擴(kuò)散是緩慢的發(fā)生。氧氣反應(yīng)而不是在表面擴(kuò)散成批量的材料。分解的結(jié)果發(fā)生時(shí)間的內(nèi)部的材料的氧化。在這種情況下，氧擴(kuò)散到樣品而不是反應(yīng)在表面。氧化釋放氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散后通過(guò)材料。這是通過(guò)看到加熱到250℃進(jìn)一步支持在約2小時(shí)的氧化的脂肪分子，達(dá)到

18、最大值后，如羧酸，揮發(fā)在250℃陽(yáng)性鑒定引起的重量損失的揮發(fā)性物種在較高的溫度要求的氣相色譜法研究。</p><p>　　FT-IR法研究了在不穩(wěn)定的中間相瀝青中間相的穩(wěn)定的功能變化的程度。的變化引起的氧化穩(wěn)定范圍在2800-3600厘米和1000 - 1800厘米，如圖3所示。在2920和1430 cm頻帶的強(qiáng)度，這是歸因于脂肪族碳?xì)滏I，分別降低了空氣穩(wěn)定。反射強(qiáng)度增加的羰基峰在1690厘米，酯的峰在1735厘

19、米和芳基烷基醚峰在1243厘米。在空氣中穩(wěn)定強(qiáng)度在1000-750厘米，帶在1300-1000厘米，被分配到的氧，即醚峰加劇和擴(kuò)大了完成的穩(wěn)定。中間相瀝青穩(wěn)定的空氣，與由羰基取代芳香甲基組。因此，這些團(tuán)體在碳氧反應(yīng)的基本氧化機(jī)制的核心。只存在于氧化中間相表明交聯(lián)是C＝O鍵的斷裂和相鄰的芳香環(huán)之間的醚鍵形成的可能機(jī)制。</p><p>　　穩(wěn)定的進(jìn)步之后，在中間相的結(jié)構(gòu)變化的紅外光譜研究。中間相瀝青失去烷基C-H和

20、孤立的芳香C-H得到羰基（C = O）和CO組。芳香C-H的損失可能會(huì)導(dǎo)致的芳香環(huán)的縮合。孤立的芳香碳?xì)浣M由CO組應(yīng)相互結(jié)合完成的穩(wěn)定大量取代。因此，穩(wěn)定是通過(guò)減少分子協(xié)會(huì)以及氧化和脫氫縮合。</p><p>　　圖5顯示了空氣的FTIR光譜穩(wěn)定的中間相。中間相表現(xiàn)出較高的2920厘米波段的強(qiáng)度和較低的1243厘米。有一個(gè)很強(qiáng)的OH帶，由于酚或羧酸基團(tuán)，在空氣中穩(wěn)定的中間相瀝青在3500厘米的。該中間相具有較高的

21、強(qiáng)度為1690厘米的羰基譜帶比低的中間相。圖5中的結(jié)果表明，在230°C，的相比更容易受空氣氧化的低相。結(jié)果與圖2中的TG結(jié)果符合，即低相比相更高的抗氧化性。因此，高濃度的芳香族餾分導(dǎo)致在一個(gè)更高的抗氧化性能，有較高的脂族餾分中的中間相瀝青。圖6顯示了DCP交聯(lián)的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響A-240瀝青。很少的A-240瀝青中間相、DCP交聯(lián)A-240瀝青的紅外光譜之間有質(zhì)的差別。交聯(lián)的碳碳鍵不能區(qū)分，這可能是由于在兩個(gè)樣品中的大量的脂肪族

22、化合物。</p><p>　　研究中間相的紋理使用平行偏振片與半波減速板插入碳試樣表面和分析儀之間連接一個(gè)方便的顯微技術(shù)。由此產(chǎn)生的干擾是標(biāo)本的特征，因此層疊組成聚合物的相對(duì)芳香片光的偏振面所觀察到的取向是各向異性的中間相的代表。</p><p>　　各向異性的中間相的初步形成小球形顆粒是由大型層狀芳烴分子的熱裂解與聚合反應(yīng)形成的。</p><p>　　進(jìn)一步加熱后

23、，球形顆粒的濃度的增加，使他們凝聚和增長(zhǎng)，形成一個(gè)整體的中間相。酸性溶劑提取基比溶劑提取基一個(gè)較小的中間相量在350℃自酸減少瀝青的溶解度，在瀝青含有較大的低分子量成分的量。低分子量組分（脂肪）反過(guò)來(lái)阻礙中間相的形成。然而，在較高的熱處理溫度，這使得差別不大的中間相的形成的程度。</p><p>　　圖8顯示了DCP交聯(lián)對(duì)A-240效果。含有5%的DCP顯示抑制中間相的形成沒(méi)有任何的FT-IR光譜交聯(lián)指示。這是由