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1.2中间相沥青
1964－1965年Brooks和Taylor 发现在沥青液相炭化初期有液晶状各向异性的小球体的生成，该小球即是沥青中间相球体，这为研究中间相沥青奠定了基础[8]。他们在研究煤的焦化时发现的由平面芳烃大分子平行排列形成的一种盘状向列型液晶结构，此盘状向列型液晶的呈现双折射特性。所谓碳质中间相是指沥青类有机物向固体半焦过渡时的中间液晶状态。中间相沥青是一种由相对分子质量介于370-2000之间的多种盘状稠环芳烃组成的聚合物，其形成是有机物在一定条件中温下进行物理化学反应的结果。在沥青热解体系的液相阶段，中间相小球体的出现、成长、融并和变形等一系列的结构转变乃是一切易石墨化的有机物质达到高度石墨化结构的炭所必经之路[9]。
1.2.1煤沥青基中间相沥青形成机理研究
炭科学界对碳质中间相形成机理研究进行了大量的研究，基本上可以分为三个阶段:(l)在炭科学界早期和中期研究对碳质中间相形成的唯象学解释，意即为碳质中间相的传统形成机理;(2)鉴于碳质中间相形成过程的传统解释中存在许多不合理的地方，日本学者Mochica等人[10]对传统形成机理的改进提出了“微域构筑”理论;(3)李同起等人[11]再进行改进提出了“颗粒基本单元构筑”理论。
1.2.2中间相沥青的性质和结构
中间相沥青的性质与其制备的原料性质密切相关,中间相沥青都具有较大的碳氢比H/C,100%炭质中间相的H/C原子比可以达到0.35一0.5,如果在常压或高压惰性气氛中对中间相沥青进行热处理还可有效地提高其Tg、Ts和碳值"炭质中间相的软化点最低可达205℃,含挥发份巧15-20%,密度1.4-1.6g/cm3,这些物性参数均随沥青原料及其炭化条件的变化而改变。
中间相沥青具有液晶的向列型结构,其在热、光、电和磁等方面具有特殊的类似晶体的物理特性,其流变性、粘度和形变等方面都具有类似液体的特征。中间相沥青具有光学各向异性,属于751方晶系,当在偏光显微镜观察下,随着载物台的变化,光照射在中间相沥青表面,其对光的折射率不一样,会呈现不同的颜色,多色性很明显。
1.2.3中间相沥青的应用
中间相沥青的研究是从60年代末开始的。其发展史虽不足30年的时间, 但由于它来源丰富、价格低廉、性能优异而被确立为高级碳材料的优秀母体, 即由它可低成本地制造出许多高性能碳材料, 如超高模量纤文、超导热材料、超活性炭、高级复合材料、高级氟碳材料、高级电池电极等。这些高级碳材料将在国防工业、航空航天、尖端科技、日常生活等众多领域发挥巨大的作用[12]。
1．中间相沥青基炭纤文
炭纤文具有质量轻、强度高、炭质量分数高等优异性能[13]是当前应用最广也是最有前途的高级炭材料之一。目前制备炭纤文的方法主要有两种：一是力学性能较低的所谓通用级各向同性沥青基炭纤文,另一种是拉伸强度特别是拉伸模量较高的各向异性中间相沥青基炭纤文。
中间相沥青基炭纤文被广泛地应用到多种复合材料中。在国防应用方面:如火箭的推进喷嘴、航天飞机的机翼、刹车片以及结构吸波材料等;由于其还具有质轻、高强度、高模量等优点,在体育以及社会生活方面,如:电脑底座、钓鱼竿、网球拍等。另外由于石墨化后,炭材料沿着纤文轴方向高的导电性和导热性能,使得其在核能以及微米领域也有进一步的应用。
2．中间相炭微球
中间相炭微球是稠环芳烃在炭化过程中所形成的一种向列型液晶结构。最早发现MCMB可以追溯到1961年由Taylor在煤焦化沥青中发现有光学各向异性的中间相小球体的生成、长大融并现象,这些各项异性的小球体是MCMB的雏形,直到1973年才从液相炭化沥青中分离出来MCMB,此后40多年里,研究者对MCMB结构、形成机理、球晶分离技术、应用领域都进行了大量的研究。MCMB作为一类特殊的炭材料,不仅具有炭材料所具有的一般性能外,同时由于其特殊的球体结构和片层结构等一些特殊形态和结构使其具有其他材料所不具有的性质,因此利用这些性质可以把他应用到不同的领域。