高溫煤焦油瀝青（HTCTP）是煤焦油深加工處理過程中經(jīng)過蒸餾提取輕質(zhì)餾分后的重質(zhì)殘留物，產(chǎn)率占煤焦油的55%以上，常溫下為黑色玻璃相固體，碳含量一般高于90%。HTCTP是由有機(jī)化合物組成的成分復(fù)雜的多相體系，富含多環(huán)芳烴組分，分子量為200~2500，分布范圍較寬，主要組成元素為碳、氫、氧、氮、硫等元素，雜質(zhì)含量較低，加熱至一定溫度后會(huì)發(fā)生軟熔，形成具有黏結(jié)性的軟熔物，可用作顆粒物料成型的黏結(jié)劑，對(duì)炭質(zhì)顆粒物料的黏結(jié)性尤其突出。此外，HTCTP在密閉環(huán)境或保護(hù)氣氛下高溫?zé)崽幚頃r(shí)生成碳化產(chǎn)物，可在顆粒物料間形成連接橋，將顆粒物料固結(jié)成型塊，稱為碳化固結(jié)。對(duì)于炭質(zhì)顆粒物料基體，理化性能的類質(zhì)相似性使其與碳化連接橋緊密結(jié)合，碳化固結(jié)作用效果更為顯著，可制備成具有相應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度和理化性能的炭質(zhì)型材，另一方面，炭質(zhì)顆粒物料由于其化學(xué)惰性，很難與其他類型的黏結(jié)劑產(chǎn)生固結(jié)作用，因此瀝青類黏結(jié)劑的碳化固結(jié)作用是炭質(zhì)顆粒物料固結(jié)成型過程難以替代的選擇。HTCTP黏結(jié)劑作為瀝青類黏結(jié)劑的重要分支，廣泛應(yīng)用于煉鋼、煉鋁和吸附等領(lǐng)域所需炭質(zhì)型材的制備。

HTCTP根據(jù)軟化點(diǎn)不同可分為低溫HTCTP（35~75℃）、中溫HTCTP（75~95℃）、高溫HTCTP（95~120℃）。HTCTP的性能通常不是由單一組分決定的，如圖1所示，HTCTP組分復(fù)雜，我國常采用甲苯（T）和喹啉（Q）等有機(jī)溶劑抽提各組分，將HTCTP分為甲苯不溶物（TI）、甲苯可溶物（TS）或γ樹脂、甲苯不溶喹啉可溶物（TI-QI）或β樹脂、喹啉不溶物（QI）或α樹脂等四種組分，其中TI含量和QI含量是評(píng)估HTCTP性能的重要指標(biāo)。HTCTP的不同組分具有不同的理化性質(zhì)，各組分含量和比例關(guān)系直接影響HTCTP的軟化點(diǎn)、潤濕性、黏結(jié)性和結(jié)焦值等各項(xiàng)性能。

炭質(zhì)原料通常是不規(guī)則形狀，粒度范圍相對(duì)廣泛，粒度的不均勻分布會(huì)出現(xiàn)顆粒偏析現(xiàn)象，致使焙燒品開裂，因此原料需要通過預(yù)處理達(dá)到合適的粒度范圍。通過混勻過程使HTCTP充分浸潤不同大小的炭質(zhì)顆粒，粗顆粒起骨架作用，細(xì)顆粒填充顆粒間隙，同時(shí)HTCTP部分滲透到顆粒自身的孔隙，混合料達(dá)到均勻分布。

成型過程是通過施加壓力將可塑性糊料制成具有固定幾何形狀的生坯，炭質(zhì)基體顆粒間發(fā)生位移相互靠近，黏結(jié)劑填充顆粒間隙構(gòu)成穩(wěn)定排列，成型過程一般不涉及化學(xué)變化，但是要避免壓力過高，導(dǎo)致炭質(zhì)基體顆粒被壓碎。模壓成型的模具示意圖見圖3。

由于HTCTP常溫下不具有黏結(jié)性，因此HTCTP混合料的成型可分為熱壓成型和冷壓成型兩種方式。熱壓成型通常需要將混合料加熱至HTCTP融化，呈液態(tài)的HTCTP能夠潤濕并黏結(jié)基體，因此熱壓成型工藝過程相對(duì)復(fù)雜。冷壓成型無需加熱過程，通過添加活化劑或復(fù)合使用低溫黏結(jié)劑，能使HTCTP在常溫下具有黏結(jié)性，混合料低溫成型能簡化工藝流程，但冷壓成型后的生坯強(qiáng)度一般不高。成型過程中炭質(zhì)基體與HTCTP黏結(jié)劑之間存在吸附機(jī)理、滲透機(jī)理和潤濕機(jī)理等相互作用機(jī)理。炭質(zhì)基體表面存在的不飽和鍵與液態(tài)HTCTP在范德華力和化學(xué)吸附力作用下黏結(jié)。液相HTCTP黏結(jié)劑吸附在固相炭質(zhì)基體表面并填充顆粒間的孔隙，在毛細(xì)管作用力下，HTCTP黏結(jié)劑還能滲透進(jìn)顆粒自身的微孔中。液固兩相接觸面的表面張力決定著潤濕性的強(qiáng)弱，液相HTCTP的流動(dòng)性越好，潤濕性越強(qiáng)，越容易形成牢固結(jié)合，成型生坯的強(qiáng)度越高。

HTCTP的碳化固結(jié)過程主要是HTCTP中揮發(fā)分逸出及多環(huán)芳烴交聯(lián)聚合形成大分子結(jié)構(gòu)骨架的過程，是成型生坯獲得制品性能的關(guān)鍵步驟，對(duì)制品強(qiáng)度有決定性的影響。HTCTP作黏結(jié)劑制備不同的炭質(zhì)型材有相似的工藝過程，但在某些相關(guān)工藝要素的設(shè)計(jì)方面仍存在較大區(qū)別，如原料粒度組成、HTCTP種類及添加量、成型條件和高溫碳化固結(jié)條件等，確定最優(yōu)的工藝過程和工藝參數(shù)需要針對(duì)不同制品性能要求及生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化。

活性炭廣泛應(yīng)用于污水處理、脫硫脫硝和有機(jī)溶劑回收等領(lǐng)域。我國活性炭的生產(chǎn)主要以煤基活性炭為主，傳統(tǒng)的煤基活性炭生產(chǎn)時(shí)常以煤焦油作黏結(jié)劑，但是存在成本較高，污染嚴(yán)重，資源浪費(fèi)等問題。HTCTP是煤焦油中起主要黏結(jié)作用的重質(zhì)組分，用HTCTP作黏結(jié)劑可以降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染，許多學(xué)者開始研究以HTCTP替代煤焦油作生產(chǎn)活性炭的黏結(jié)劑，通常是將處理過的HTCTP與煙煤或無煙煤等活性炭前體混合，經(jīng)模壓成型后再進(jìn)行高溫碳化和高溫蒸汽活化，制備的活性炭產(chǎn)品通常具有較大的比表面積和較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。

田斌等以無煙煤為原料，乳化HTCTP復(fù)合膨化淀粉為黏結(jié)劑制備活性炭產(chǎn)品，制備流程見圖4。結(jié)果表明，用HTCTP替代煤焦油作黏結(jié)劑制備出具有較大比表面積、較高吸附容量和較強(qiáng)耐磨強(qiáng)度的塊狀活性炭，產(chǎn)品產(chǎn)率提高了10%，BET比表面積、微孔體積和平均孔徑分別為837.99m ² /g、0.346m ³ /g和1.776nm，均有不同程度提高；碳化溫度和活化溫度分別為600℃和850℃時(shí)，制備的凈化用柱狀活性炭強(qiáng)度達(dá)75.2%，碘吸附值達(dá)到1241.1mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)159.5mg/g。

Miura等采用HTCTP和酚醛樹脂對(duì)細(xì)粒煤粉改性制備了孔徑分布在0.37~0.43nm的碳分子篩，在生產(chǎn)高純度氮?dú)獾淖儔何焦に嚪矫?，具有與市售碳分子篩幾乎相同的效率。試驗(yàn)研究了400~1000℃最終碳化溫度的影響，結(jié)果表明碳化過程中酚醛樹脂和HTCTP共同對(duì)煤顆粒進(jìn)行了改性。

活性炭等炭質(zhì)型材的孔隙結(jié)構(gòu)高度依賴于起始基體材料，低變質(zhì)煤制備的活性炭通常具有寬且不均勻的孔隙分布，通過用瀝青或樹脂的碳化沉積、有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)沉積、高溫可控活化等方法改變初始炭質(zhì)材料的孔隙率后才能用作活性炭?；钚蕴康奶蓟罨b置如圖6所示。碳化過程中HTCTP發(fā)生熱分解與熱縮聚反應(yīng)，生成的炭質(zhì)骨架與煤粉碳化后生成的初始活性炭形成牢固的碳化固結(jié)連接，賦予活性炭較高強(qiáng)度。碳化過程中會(huì)生成類石墨的微晶結(jié)構(gòu)，無序的無定形炭或餾分填充在微晶之間的孔隙中，碳微晶的最大 d _（002） 層片堆積高度 L _c 值表明，HTCTP的加入能改變煤顆粒共碳化行為，增強(qiáng)光學(xué)各向異性結(jié)構(gòu)的發(fā)展，產(chǎn)生類石墨片層結(jié)構(gòu)的前體，隨著熱處理強(qiáng)度的增加，片層組織重新排列形成類石墨層的堆疊，從而改變了煤焦的碳化行為和孔隙結(jié)構(gòu)。

電解鋁工業(yè)使用的預(yù)焙陽極是以石油焦和殘極等原料為炭質(zhì)基體，以HTCTP為黏結(jié)劑制備的成型炭塊，其生產(chǎn)流程是將炭質(zhì)原料與HTCTP黏結(jié)劑在高于軟化點(diǎn)的溫度下，混捏成具有可塑性的糊料，糊料通過后續(xù)加壓成型和碳化焙燒等過程獲得制品性能。預(yù)焙陽極的主要作用是在鋁電解過程中傳導(dǎo)電流，并在電化學(xué)過程中充當(dāng)還原劑，消耗自身并生成CO ₂ 和CO氣體，不僅參與化學(xué)反應(yīng)，還會(huì)隨著反應(yīng)進(jìn)行產(chǎn)生消耗，因此要求預(yù)焙陽極雜質(zhì)含量低、導(dǎo)電性好、還要有一定的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱沖擊性，預(yù)焙陽極的質(zhì)量直接影響鋁電解過程的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

鐘麗君以煅后石油焦、殘極為原料，以改性HTCTP為黏結(jié)劑，在1140℃的高溫焙燒條件下制備了預(yù)焙陽極，通過調(diào)整原料粒度組成、確定最佳瀝青添加量以及優(yōu)化混捏、成型及焙燒過程的工藝等措施提高預(yù)焙陽極的質(zhì)量，碳素廠預(yù)焙陽極產(chǎn)品的綜合理化指標(biāo)合格率達(dá)96.34%。

李純等以煅燒石油焦粉為原料，以HTCTP作黏結(jié)劑，在1200℃左右進(jìn)行焙燒得到預(yù)焙陽極，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了一種中溫HTCTP和三種改性HTCTP的作用效果，結(jié)果表明，改性HTCTP生產(chǎn)出的預(yù)焙陽極的密實(shí)度、強(qiáng)度以及電阻率等各項(xiàng)性能較使用中溫HTCTP均有提高，改性HTCTP具有結(jié)焦值高、甲苯不溶物（TI）含量高、喹啉不溶物（QI）含量低等特點(diǎn)，且QI含量小于2%。

張偉琦研究了高結(jié)焦值的HTCTP在預(yù)焙陽極生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，研究表明，除提高HTCTP的軟化點(diǎn)外，選擇高結(jié)焦值的HTCTP也可提高預(yù)焙陽極的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度等指標(biāo)。王敏、余萍等研究了HTCTP黏結(jié)劑用量對(duì)預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響，研究表明，陽極生產(chǎn)過程中選擇最適宜的HTCTP含量是極其重要的。

統(tǒng)計(jì)上述研究中部分HTCTP黏結(jié)劑特性及以其制備的預(yù)焙陽極制品性能指標(biāo)，見表1。由表1可知，HTCTP黏結(jié)劑是預(yù)焙陽極生產(chǎn)的核心，其各組分含量及性能指標(biāo)對(duì)預(yù)焙陽極的質(zhì)量起著決定性的作用，但是由于HTCTP組成和特性的復(fù)雜性及可變性，所以很難嚴(yán)格區(qū)分單一瀝青組分或特性對(duì)預(yù)焙陽極質(zhì)量的決定影響。HTCTP對(duì)預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響是在一定范圍內(nèi)與溫度、時(shí)間參數(shù)等條件相互匹配下作用的，為保證預(yù)焙陽極性能穩(wěn)定，HTCTP的各組分含量需要合適范圍內(nèi)嚴(yán)格限定。高軟化點(diǎn)的改質(zhì)HTCTP相對(duì)中溫HTCTP，其揮發(fā)分少，熱穩(wěn)定性好，有較高的浸潤性、黏結(jié)性和結(jié)焦值，焙燒產(chǎn)品強(qiáng)度更高，因此用改質(zhì)HTCTP替代中溫HTCTP作黏結(jié)劑生產(chǎn)預(yù)焙陽極是趨勢(shì)，選擇更高性能的改質(zhì)HTCTP有利于提高預(yù)焙陽極制品機(jī)械強(qiáng)度。

型焦是用煤粉或焦粉為原料，通過添加黏結(jié)劑加壓成型制備的冶金焦炭的替代品。HTCTP是制備型焦的理想黏結(jié)劑，具有價(jià)廉易獲取，不引入雜質(zhì)等優(yōu)良性質(zhì)，在碳化過程中能夠與煤粉或焦粉形成牢固的碳化固結(jié)。型焦的制備需要將煤粉或焦粉等炭質(zhì)原料與HTCTP黏結(jié)劑混合均勻，混合料通過模壓成型得到生坯，生坯經(jīng)過高溫碳化過程得到型焦制品。型焦技術(shù)能夠提高煤粉或焦粉的附加值，實(shí)現(xiàn)固廢資源的高效處置，節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源。

研究發(fā)現(xiàn)助劑BJ可以活化HTCTP，使HTCTP轉(zhuǎn)化為黏稠狀液體并產(chǎn)生良好的黏結(jié)性。如圖8所示，以添加炭質(zhì)超細(xì)磨填料的焦粉為原料，以BJ活化的中溫HTCTP作黏結(jié)劑，在370℃的揮發(fā)溫度和600℃的碳化溫度下制備出焦粉型焦。結(jié)果顯示，HTCTP添加助劑BJ能有效提高型焦的抗壓強(qiáng)度，在HTCTP添加量為12%，BJ添加量為2%時(shí)，其生坯落下強(qiáng)度大于50次/(2m)，型焦抗壓強(qiáng)度最高達(dá)19.7MPa。

相關(guān)研究以高揮發(fā)性煤粉為原料，以BJ活化的中溫HTCTP替代糖蜜作黏結(jié)劑，經(jīng)700℃高溫碳化制備出COREX型焦。結(jié)果顯示，以活化HTCTP替代糖蜜做黏結(jié)劑，滿足低溫黏結(jié)性能同時(shí)提高了COREX型焦強(qiáng)度，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，型焦的落下強(qiáng)度達(dá)30次/(2m)，抗壓強(qiáng)度達(dá)6.43MPa。

Song等以高揮發(fā)分和灰分的低變質(zhì)長焰煤為原料，以低灰重油、低灰HTCTP和高揮發(fā)性煉焦煤為黏結(jié)劑，在200℃氧化溫度和1000℃碳化溫度下制備型焦。添加不同比例黏結(jié)劑制備的型焦的紅外光譜圖見圖9，結(jié)果表明，HTCTP的加入增強(qiáng)了羥基、羰基和C—C鍵的紅外吸收強(qiáng)度，對(duì)型焦強(qiáng)度提高有積極作用，HTCTP添加量為20%時(shí)，型焦抗壓強(qiáng)度達(dá)18MPa。

Ayse等以焦粉為原料，以空氣吹制的HTCTP和酚醛樹脂作為混合黏結(jié)劑制備型焦。研究表明，空氣吹制的HTCTP具有分子量高、揮發(fā)性小、碳化殘留量高的特點(diǎn)，會(huì)發(fā)生氧氣誘導(dǎo)的脫氫聚合反應(yīng)，改善混合黏結(jié)劑中酚醛樹脂黏結(jié)劑的性能，以此制備的型焦具有最高的抗拉強(qiáng)度，并且不會(huì)隨著碳化溫度的升高而失去強(qiáng)度。研究了使用糖蜜替代酚醛樹脂從而降低生產(chǎn)成本的可行性。用含有2.5%硝酸銨固化劑的糖蜜和空氣吹制的HTCTP作混合黏結(jié)劑制備的型焦，其強(qiáng)度和防水性足以替代高爐冶金焦。硝酸銨在固化過程中改善了糖蜜黏合劑的聚合作用，提高了型焦防水性，但是相較于酚醛樹脂，使用糖蜜制備的型焦強(qiáng)度會(huì)有所下降。

型焦強(qiáng)度不僅與HTCTP的化學(xué)組成、原料顆粒粒徑和黏結(jié)劑添加量等因素密切相關(guān)，還受時(shí)間、溫度等碳化固結(jié)過程工藝參數(shù)的影響。碳化過程中HTCTP的化學(xué)成分和性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，HTCTP經(jīng)熱分解、熱縮聚等化學(xué)反應(yīng)生成的瀝青質(zhì)是型焦的主要骨架，炭化瀝青焦與焦粉之間形成牢固的C—C鍵結(jié)合，但型焦仍存在較多含氧官能團(tuán)。以煤粉為炭質(zhì)基體時(shí)，高揮發(fā)性的煤在氧化熱處理過程中產(chǎn)生的含氧氣體會(huì)促使HTCTP氧化，同時(shí)，煤粉和HTCTP在碳化時(shí)的共熱解過程存在協(xié)同作用。以焦粉為炭質(zhì)基體時(shí)，由于碳化過程焦粉性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，成型后的HTCTP在基體顆粒間的初始空間分布不會(huì)有較大變化，經(jīng)高溫碳化固結(jié)后生成三維交聯(lián)網(wǎng)狀的碳化結(jié)構(gòu)。不同黏結(jié)劑制備的型焦生坯的微觀結(jié)構(gòu)見圖11，HTCTP在常溫下沒有黏結(jié)性，單獨(dú)使用HTCTP黏結(jié)劑時(shí)，型焦的強(qiáng)度較低，活化劑能溶解HTCTP中的有機(jī)可溶組分，致使HTCTP中芳香環(huán)的側(cè)鏈增加，更均勻地分布在焦粉顆粒表面，在碳化過程中形成均勻分布的碳化固結(jié)黏結(jié)橋，有效提高型焦強(qiáng)度。

人造石墨電極是一種應(yīng)用于電爐煉鋼的耐高溫炭質(zhì)導(dǎo)電材料。相關(guān)研究表明，采用β樹脂和次生QI含量較高的改質(zhì)HTCTP為黏結(jié)劑，可以制備出高質(zhì)量的高功率石墨電極，制備的石墨電極耐壓強(qiáng)度為14~18MPa。

鐵焦是一種具有高反應(yīng)性的碳鐵復(fù)合材料，部分替代冶金焦炭可以降低高爐蓄熱區(qū)溫度，有助于降低燃料比和二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵。相關(guān)研究以煤粉和鐵礦石為原料，分別以聚乙烯醇和軟化點(diǎn)為131℃的高揮發(fā)分HTCTP為黏結(jié)劑制備鐵焦。結(jié)果表明，相對(duì)于聚乙烯醇黏結(jié)劑，HTCTP能夠參與構(gòu)建鐵焦的碳微晶結(jié)構(gòu)，添加5%~7%的HTCTP時(shí)，鐵焦芳香族的C==C鍵含量最低，碳微晶結(jié)構(gòu)相對(duì)發(fā)達(dá)， d _（002） 層片堆積高度 L _c 達(dá)到最大值13.91?（1?=0.1nm），此時(shí)鐵焦的反應(yīng)性最低，反應(yīng)后強(qiáng)度最高。在7%的最佳HTCTP添加量下，鐵焦的抗壓強(qiáng)度和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度（）分別為3168N和80.5%，機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到最佳。

鎂碳磚是一種含碳的鎂質(zhì)耐火材料。樂晨以鎂砂為原料，酚醛樹脂改性HTCTP為黏結(jié)劑制備了耐壓強(qiáng)度為48.76MPa的鎂碳磚。研究表明，酚醛樹脂中的醛基碳與HTCTP中的活性多環(huán)芳香烴由親電取代反應(yīng)形成交聯(lián)大分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在碳化固結(jié)過程中通過協(xié)同共熱解作用加速向片層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，但是添加過量HTCTP，輕質(zhì)組分的逸出及熱膨脹作用導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)裂紋。

HTCTP各組分含量不同會(huì)影響自身的碳化固結(jié)作用和炭質(zhì)型材的機(jī)械強(qiáng)度。適量的γ樹脂可有效提高HTCTP的黏附性，但是γ樹脂不參與碳化結(jié)焦過程，過量的γ樹脂會(huì)降低HTCTP的結(jié)焦值，影響制品的機(jī)械強(qiáng)度，因此γ樹脂要根據(jù)制品的要求控制含量。QI組分可分為原生QI和次生QI。原生QI含量增加會(huì)使制品出現(xiàn)不利于微孔隙吸收熱膨脹的鑲嵌結(jié)構(gòu)，對(duì)制品的熱膨脹系數(shù)影響較大，原生QI包含的部分無機(jī)物在碳化固結(jié)過程中劇烈逸出，會(huì)使制品產(chǎn)生較多的不規(guī)則孔隙，同時(shí)無機(jī)QI灰分中的某些微量組分會(huì)催化碳的氧化，降低HTCTP的結(jié)焦值，對(duì)制品強(qiáng)度有較大影響。次生QI是由原生QI或其他組分在熱聚合過程中形成的中間相小球體，能在一定程度上限制焙燒過程中的熱膨脹，對(duì)制品的熱膨脹系數(shù)影響較小。QI組分在成型過程對(duì)炭質(zhì)基體沒有潤濕性和黏結(jié)能力，且難以石墨化，過量的QI會(huì)使混合料出現(xiàn)偏析、分層現(xiàn)象，降低黏結(jié)劑的流動(dòng)性和黏結(jié)性能，但是QI組分是形成碳化黏結(jié)焦的主要成分，適量均勻分布的QI組分有利于提高HTCTP的結(jié)焦值。β樹脂也是碳化固結(jié)過程形成黏結(jié)焦的主要成分，碳化時(shí)會(huì)與炭質(zhì)基體形成“固橋連接”，在含量上等于TI含量和QI含量的差值。β樹脂決定了糊料的塑性，其含量越高，HTCTP的黏結(jié)性能越好，碳化過程會(huì)生成更多的纖維狀瀝青焦，更易于石墨化，制約著炭質(zhì)型材的熱導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性等理化性能，但β樹脂含量超過35%會(huì)導(dǎo)致瀝青變脆、制品變形。

同時(shí)，碳化固結(jié)工藝參數(shù)、成型原料性能也對(duì)HTCTP的碳化固結(jié)作用有所影響。由此提出HTCTP碳化固結(jié)作用與炭質(zhì)型材機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)機(jī)制及關(guān)鍵影響因素研究，見圖12。

HTCTP的碳化固結(jié)過程同時(shí)發(fā)生晶體學(xué)結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)成分變化，是復(fù)雜混亂的由大分子前體形成特定碳結(jié)構(gòu)的變化過程。從碳化到最終的石墨化過程，碳微晶結(jié)構(gòu)經(jīng)歷從零維的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)到二維亂層結(jié)構(gòu)，再到最終形成三維有序結(jié)構(gòu)，碳化過程中形成的“無序碳”并不總是純碳，并且通常不是完全無序，而是包含部分有序堆疊結(jié)構(gòu)的無序結(jié)構(gòu)。碳化固結(jié)的作用機(jī)理是在高溫下HTCTP和炭質(zhì)基體協(xié)同作用，脫去分子中的部分氫、氧等元素，稠環(huán)芳香烴化合物不斷進(jìn)行分解、環(huán)化、芳構(gòu)化和縮聚等反應(yīng)，生成含碳量高的大分子瀝青焦，瀝青焦在炭質(zhì)基體顆粒間生成界面碳交聯(lián)網(wǎng)狀層骨架結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定“固橋”連接?；贖TCTP碳化固結(jié)作用形成的碳骨架結(jié)構(gòu)及其固結(jié)強(qiáng)度制約著炭質(zhì)型材的機(jī)械強(qiáng)度，針對(duì)如何提高炭質(zhì)型材的機(jī)械強(qiáng)度提出如下措施。

根據(jù)制品性能選擇合理配置TI組分、QI組分和β樹脂含量比例的高性能HTCTP黏結(jié)劑，提高HTCTP中TI組分及β樹脂的含量，同時(shí)規(guī)定適用的QI組分含量范圍，降低QI組分中無機(jī)物的含量。選擇高軟化點(diǎn)的HTCTP黏結(jié)劑也有利于提高制品強(qiáng)度，隨著軟化點(diǎn)上升，其TI含量增加，β組分有增加趨勢(shì)，γ組分含量減少，結(jié)焦值增加。

由于HTCTP通常加熱至呈軟熔態(tài)時(shí)才具有黏結(jié)性，單獨(dú)作黏結(jié)劑制備炭質(zhì)型材常不能滿足制品機(jī)械強(qiáng)度的要求。使用活化劑或通過復(fù)合使用淀粉、糖蜜和酚醛樹脂等低溫黏結(jié)劑不僅能激發(fā)HTCTP常溫下的黏結(jié)性能，復(fù)合黏結(jié)劑還能在碳化固結(jié)過程中與HTCTP相互作用，促進(jìn)大分子片層結(jié)構(gòu)的形成，提高炭質(zhì)型材過程產(chǎn)物的冷態(tài)和熱態(tài)強(qiáng)度。

碳化固結(jié)過程是制品獲得機(jī)械強(qiáng)度的主要過程，提高制品的強(qiáng)度通常需要結(jié)合HTCTP的性質(zhì)優(yōu)化碳化固結(jié)過程的工藝參數(shù)，包括碳化溫度、碳化時(shí)間和碳化氣氛等因素。提高碳化溫度有助于增加碳化微晶片層結(jié)構(gòu)，降低表面缺陷和含氧/氮官能團(tuán)；根據(jù)碳化溫度合理制定碳化溫度時(shí)間曲線，有助于降低輕質(zhì)組分揮發(fā)過程中產(chǎn)生的孔隙，使孔隙結(jié)構(gòu)更加均勻致密，同時(shí)避免因升溫過快引起HTCTP的熱膨脹作用導(dǎo)致制品形態(tài)急劇變化；適宜的碳化氣氛能避免HTCTP在碳化固結(jié)過程中燃燒。

晶體結(jié)構(gòu)方面，通常炭質(zhì)型材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中仍存在大多不規(guī)則排列的碳原子，為獲制品具有更高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，要致力于增加微晶碳數(shù)量，減小微晶層片間距，促進(jìn)有序結(jié)構(gòu)的發(fā)展，降低活性碳原子的數(shù)量，強(qiáng)化碳化固結(jié)過程中碳原子的再結(jié)晶，使碳微晶結(jié)構(gòu)重新有序排列，呈現(xiàn)出清晰的石墨結(jié)構(gòu)，提高炭質(zhì)型材的石墨化程度。

作為大宗煉焦副產(chǎn)品，HTCTP在工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的市場(chǎng)前景，通過近年來對(duì)HTCTP黏結(jié)劑的性能及碳化固結(jié)作用的研究，HTCTP黏結(jié)劑體系制備的炭質(zhì)型材在應(yīng)用方面取得了顯著的進(jìn)展，但是隨著高性能炭質(zhì)型材的發(fā)展，對(duì)黏結(jié)劑HTCTP也提出了更高的要求，因此研究通過精細(xì)化工技術(shù)調(diào)控HTCTP成分和結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)高性能的黏結(jié)劑用HTCTP是必要的。HTCTP黏結(jié)劑對(duì)制備的炭質(zhì)型材性能的影響是由多種因素共同作用，HTCTP的不同組分和性能在一定范圍內(nèi)與碳化固結(jié)的工藝參數(shù)互相匹配，難以嚴(yán)格區(qū)分單一因素對(duì)炭質(zhì)型材性能的決定作用。炭質(zhì)型材的強(qiáng)度不僅與HTCTP的軟化點(diǎn)、結(jié)焦值、揮發(fā)分含量及溶劑抽提組分含量等性質(zhì)因素相關(guān)，還與粒度、添加量、碳化溫度、碳化時(shí)間及碳化氣氛等工藝參數(shù)相關(guān)。以HTCTP作黏結(jié)劑制備的炭質(zhì)型材，冷態(tài)強(qiáng)度大多在50MPa以內(nèi)，以HTCTP作黏結(jié)劑制備的煤基活性炭、電解鋁工業(yè)用預(yù)焙陽極和電爐煉鋼用石墨電極等材料的性能已符合工業(yè)生產(chǎn)要求，但高爐用型焦、鐵焦和鎂碳磚等對(duì)高溫強(qiáng)度要求較嚴(yán)格的炭質(zhì)型材，其強(qiáng)度仍有進(jìn)一步提高的空間。

本文評(píng)述了不同領(lǐng)域?qū)TCTP黏結(jié)劑碳化固結(jié)作用的應(yīng)用特點(diǎn)及相關(guān)研究進(jìn)展，揭示了HTCTP碳化固結(jié)作用與炭質(zhì)型材機(jī)械強(qiáng)度關(guān)聯(lián)機(jī)制，研究了碳化固結(jié)作用機(jī)理及炭質(zhì)型材機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵影響因素，提出了選擇合理配置不同組分含量的HTCTP黏結(jié)劑、復(fù)合使用活化劑或其他黏結(jié)劑、優(yōu)化碳化固結(jié)過程的工藝參數(shù)、促進(jìn)碳化固結(jié)過程中有序碳結(jié)構(gòu)的發(fā)展等措施強(qiáng)化HTCTP碳化固結(jié)作用效果，進(jìn)而提高炭質(zhì)型材的機(jī)械強(qiáng)度。HTCTP的碳化固結(jié)過程是炭質(zhì)型材獲得機(jī)械強(qiáng)度的主要過程，但有關(guān)HTCTP碳化固結(jié)作用機(jī)理的研究目前仍較少，未來通過進(jìn)一步的深化研究，有助于提高HTCTP黏結(jié)劑在炭質(zhì)型材制備中的應(yīng)用效果，擴(kuò)展HTCTP黏結(jié)劑制備炭質(zhì)型材的應(yīng)用范圍。