煤基新材料簡介

煤作為一種復雜有機碳烴大分子物質，具有從石油或人工合成難以得到的特殊芳香結構。目前新的高性能聚合材料大都具有復雜芳香結構單元，這無疑為煤基聚合物材料的開發帶來新的機遇。在深入了解煤結構及其性質基礎上，充分認識和利用煤的特殊性必然為煤的利用開辟獨具特色的新途徑。80 年代以來在高分子材料科學領域一個最引人矚目的發展方向就是煤基碳素材料（碳纖維、針狀焦、炭黑） 。煤基碳素材料不僅具有單一聚合物無法比擬的優良性能，而且制備工藝簡單，開發周期短，生產費用低，有極高的性能 /性價比，市場前景廣闊，因此聚煤基碳素材料在國內外的發展極為廣泛、迅速。

近年來隨著煤焦油深加工行業的興起， 我們以煤化學與高分子科學的交叉領域作為加工

利用的新生長點，在煤基聚合物材料方面進行了研究，在石油能源日益緊張的形勢下，日本、

德國等發達國家也在積極地尋求石油替代能源，其中煤基材料是一個熱門研究方向。目前主要的研究項目有：碳纖維、針狀焦、炭黑。

1.碳纖維是一種含碳量高于 90％的無機高分子纖維，可通過對煤炭的深加工獲得。作為一種力學性能優異的復合材料，它是一種強度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料，被廣泛應用于航天、航空等尖端領域，在工程等方面具有廣闊的應用前景，市場需求旺盛。11月 16 日， 河南煤業化工集團永煤千噸級碳纖維項目成功產出合格 MH300 高性能碳纖維產品。

這也標志著國內最大的高性能碳纖維生產基地的建成。該項目由河南煤化集團與中科院山西煤化所合作建設，建成投產后的永煤碳纖維公司將是河南省唯一一家生產碳纖維制品的企業。該項目一期工程投資 7.4 億元，年生產 MH300 高性能碳纖維 500 噸。與此同時，由日本華聯株式會社社長久間章生、 中國華正公司董事長孫含率領的中日合資煤炭深加工碳纖維項目考察團來到山西省陽泉市，就在陽泉市投資開發這一項目的相關事宜進行考察調研。

2011 年 2 月中旬，山西宏特煤化工有限公司投資 10 億元的 5000 噸煤系瀝青基碳纖維項目在交城經濟開發區開工建設。預計將于今年 7 月建成投產，該項目占地 500 畝，投產后可實現年產值 15 億元，這將終結我國煤系瀝青基碳纖維長期依靠進口的歷史，打破了國外企業對該產品的壟斷。科研團隊在北京化工大學炭纖維開發研究所名譽所長、博士生導師沈曾民教授，國家炭纖維工程技術研究中心首席科學家葉裕章教授的帶領下，傾盡全力，使得該項目僅用一年的時間就在實驗室試驗獲得成功。

2.針狀焦，是制造高功率和超高功率電極的優質材料，用針狀焦制成的石墨電極具有耐熱沖擊性能強、機械強度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優點。目前生產的針狀焦根據使用的原料可分為石油系和煤系兩類。石油系以美國為代表，煤系則以日本為代表。日本的三菱化成和新日化公司的生產裝置于 20 世紀 70 年代末和 80 年代初投產。

美國大湖炭素公司卻在 1950 年首先開發成功。1964 年美國聯合碳化物公司成功地以針狀焦為原料制造出超高功率電極。據最新統計，國內高功率和超高功率電極的需求量為 6～10萬 t/a，相應的針狀焦需要量為 6～12 萬 t/a。目前，因進口的針狀焦數量有限，錦州石化公司的產量也只有 3 萬 t/a。因此國內超高功率電極的產量只好由針狀焦的數量來決定。針狀焦的生產工藝主要有：真空蒸餾法、溶劑萃取法、M-L 法、閃蒸-縮聚法。目前，寶山鋼鐵股份公司化工分公司正在進行中試，且針狀焦質量已達到與日本新日化和三菱的相當。鞍山熱能研究院也在進行中試并取得了較大進展。 山西朔州三元碳素股份有限公司的小試報告也已通過了山西省科技廳的鑒定。山西宏特煤化工有限公司已投入工業化試生產，雖然 CTE未完全達標，但已有近 3000 噸的產品供蘭州炭素廠及南通炭素廠作為生產 400 的高功率電極的原料。

3. 炭黑主要用于橡膠制品，炭黑的粒徑越細，其補強性能越優越；炭黑結構度越高，其定伸應力及模量越高。 細粒徑的補強性品種主要用于輪胎胎面， 賦予輪胎優良的耐磨性能。

輪胎的其他部位，如胎側、簾布層、帶束緩沖層和內襯層，要求膠料耐曲撓龜裂、耐臭氧氧化、具有良好的回彈性和較低的生熱性能，一般選用較粗粒徑的半補強型（比表面積低于40m2/g）爐黑。

由于橡膠市場將從經濟危機低谷中反彈，2010 年出現 7.3%的增長，再加上隨之而來的從 2010 年到 2015 年的 3.6%的長期增長，預測 2015 年全世界炭黑消耗量將達到 1150 萬噸。

進展將來自于亞洲，特別是中國、印度、印度尼西亞和泰國的拉動。Nh 咨詢集團目前預測，中國的炭黑需求總量在 2015 年將達到 370 萬噸。隨著轎車子午線輪胎產量增大正在成為主要拖動力，中國市場的各個領域正在擴張。由于全球對添加炭黑填料的主要產品的需求不旺，特種炭黑產品市場已經有所滯后。

由此可見，煤基新材料在今后的煤化工行業具有明顯的發展優勢，也是煤焦油深加工科技升級的一個重要方向。煤基新材料在能源替代、環境保護及新材料優異性能方面成為了眾多煤化工專家關注、研究的熱點。

標簽：新材料煤炭可以