煤沥青软化点分析准确性的影响因素研究

张 姣，张 昆

（1.青铜峡铝业股份有限公司，宁夏青铜峡 751603；2.宁夏科技咨询中心，宁夏银川 750001）

煤沥青是一种粘结性能良好的有机物质，其主要用途不仅作为成型碳材料的粘结剂，也可用于耐火材料工业，制备针状焦、防腐材料、中间相碳微球、超高功率石墨电极用浸渍沥青、燃料等。煤沥青无固定的熔点，受热即软化、继而熔化。表征煤沥青的特性有沥青软化点、甲苯不溶物、喹啉不溶物和煤结焦值等。沥青软化点直接决定着沥青的品质，因此沥青软化点的分析是重要。按照煤沥青软化温度范围不同，一般划分（见表1）（环球法）；铝电解用碳素阳极材料生产中通常采用低温煤沥青、中温煤沥青和高温煤沥青（又名改质煤沥青），其中改质煤沥青是煤沥青深度加工的产物。

由于沥青是无严格熔点的粘性非晶物质，其软化过程并非是在固定温度下进行，并且GB/T2294《焦化固体类产品软化点测定方法》中对熔样温度、时间、升温速度以及周围环境温度无具体要求，导致不同测试条件下存在测试结果不稳定、重复性差等问题；本文对实验结果进行分析和讨论，研究了影响煤沥青软化点测试准确性的因素，并总结了优化的测定方法。

表1 煤沥青分类（环球法）

1 试验内容与方法

1.1 试验样品

煤沥青的软化点是煤沥青试样处于软化状态在钢球施与恒定荷载下被穿透时的温度，其数值与煤沥青的生产工艺和物化性能有很大关系。本实验采用同一产地同一批次固体改质沥青（预计软化点温度为110℃左右），以保证实验结果的可对比性。

1.2 实验仪器

煤沥青软化点测定仪；50 mL熔样勺；测定范围50～150℃的温度计（分刻度0.2℃）；可缓慢调整温度的电炉（0～220℃)；小刀；表层涂有黄油的光滑金属板。

1.3 实验方法

取干燥改质煤沥青10 g置于熔样勺，在55℃的温度下加热，并不断搅拌释放试样中气泡，直至试样呈无气泡粘黏态；将熔融的煤沥青快速倒入预热的黄铜肩环上边缘处，保持试样在室温下冷却30 min后，用刮刀刮平试样；再将铸好的铜环放入装有甘油的沥青软化点测定仪上，并加热甘油，准备测试试样软化点温度。在实验中，根据不同的升温速度不断调整电炉温度；当试样软化下垂，刚接触金属架底板时，立即读取温度计温度；并且取两环试样软化温度的平均值，作为试样的软化点，本试验方法国标要求允许误差1.5℃。

2 试验结果与分析

2.1 熔样温度的影响

按照GB4507-1999《沥青软化点测定法（环球法）》的要求，本试验对同一批改质沥青在可调温度电炉上分别在温度范围为130～145℃、145～160℃、160～180℃条件下融融试样，其实验结果（见表2，图1）。

实验结果表明,当其他条件一定时，使用130～145℃的炉温熔融熔样，由于温度过低，导致熔样时间过长超过30 min、并且不易精确掌控，致使该加热温度范围下实验过程不符合国标要求、其实验结果沥青软化点偏高、偏差较大；使用160～180℃的炉温熔融熔样时，试样挥发不稳定黄烟，说明试样中其低沸点组分分解挥发，导致实验结果可靠性降低，并且实验重复性差；而使用145～160℃的炉温熔融熔样，不仅加热时间能精确控制在30 min以内，并且在加热过程中试样组分无化学变化，导致实验结果稳定，而且实验重复性好。

2.2 熔样时间的影响

由于GB/T2294-1997《焦化固体类产品软化点测定方法》及GB4507-1999《沥青软化点测定法（环球法）》对沥青熔融时间无精确限制要求，因此通过实验规范制定熔样时间对准确测定沥青软化点温度具有重要意义。在145～160℃的炉温熔融熔样下，当其他实验条件一定时，改变熔样时间，其结果（见表3，图2）。

试验结果表明：其他实验条件一定，当熔样时间为12 min时，由于熔样时间过短导致试样中气泡未完全释放，致使实验结果不可靠、存在严重偏差；当熔样时间为30 min时，由于熔样时间过长导致试样中低沸点组分分解挥发，致使实验结果可靠性降低、并且实验重复性差。鉴于本集团外购沥青质量不同并结合实际生产过程，通过对比试验表明：熔样时间18 min为最优化高效的熔样加热时间范围，其实验结果稳定，而且实验重复性好。

2.3 升温速度的影响

GB/T2294-1997《焦化固体类产品软化点测定方法》要求：将装盛好沥青试样的铜环放在甘油浴中用电炉加热升温，从70℃开始控制升温速度，升温速度必须保持（5±0.2）℃/min，否则测定结果作废。由于温度计置于甘油中，钢球坠落时对甘油温度的记录能否真实反映沥青软化点温度，是基于实验过程中对甘油浴升温速度的高低控制；因此不同化验员对升温速度的不同控制，导致测定结果的可对比性降低。本实验在145～160℃的炉温和熔样18 min下，通过改变甘油浴升温速度来研究不同升温速度对沥青软化点温度测定结果的影响，其实验结果（见表4，图3）。

实验结果表明：当炉温一定，甘油升温速度高于5℃/min时，升温速度越快、甘油浴与沥青试样的实际温差越大，导致甘油由于升温吸收的能量不能及时传递给试样，致使实验测定温度高于沥青实际软化点温度；甘油升温速度低于5℃/min时，升温速度越慢、甘油浴与沥青试样的实际温差越小，致使试样内能在某固定温度下逐渐积累，导致沥青试样时间软化点降低。从平均结果来比较，升温速度对软化点的影响很大，所以分析时应不断调整炉温，以确保升温速度保持（5±0.2）℃/min。

表2 不同加热温度熔样的实验结果

表3 炉温一定时熔样时间长短实验结果

表4 甘油浴的升温速度不同时，软化点实验结果

2.4 甘油的影响

沥青用纯甘油的实际使用寿命约为一个月（无杂质，透明度高），在其它条件相同的情况下，甘油使用时间不同的情况下，用沥青试样做软化点，结果（见表5，图4）。

由表5和图4可见，随甘油使用时间的延长，该实验测定结果逐渐降低。这是由于甘油易吸收空气中的水分，多次使用过的甘油吸收空气中的水分（中温沥青先于改质沥青测试软化点时，软化点测定仪会带入水分），致使甘油密度变小、甘油中的气泡也减少、其对试样阻力减小，导致使用过甘油比未使用过甘油所测出的式样软化点低；同时从传热角度分析，甘油的比热为2.32 kJ/kg·K，水的比热为4.23 kJ/kg·K，由公式E=CpΔT，比热小的溶剂加热时其温度升高快，使用过的甘油含有水分，其比热较未使用过的甘油大、导致其升温速度低于未使用过甘油，所以使用过的甘油较未使用过的甘油所测出的沥青软化点偏低。为解决这一问题，实验员在利用未使用过的甘油进行实验前应多次加热甘油排除其中气泡，在沥青软化点试验时确保软化点测定仪干燥，且试验完毕后将甘油盖密封；与此同时，实验员应抽样检测甘油密度确保甘油物性符合国标要求。

表5 甘油使用时限对沥青软化点测试结果

3 结论

在沥青软化点测试时，实验员应当严格按照规程操作：在试验之前必须检测甘油，确保其物性符合GB/T2294-1997的要求；在熔样过程中，应准确调整电炉温度，确保温度在145～160℃；并且熔样时间控制在18 min左右；在甘油浴升温过程中，随着温度升高化验员应随时监测升温速度，不断调整炉温大小，确保将升温速度控制在（5±0.2）℃/min。

［1］GB/T2294-1997《焦化固体类产品软化点测定方法》.

［2］GB4507-1999《沥青软化点测定法（环球法）》.

［3］ASTM D36-1995《沥青软化点测定法》.

［4］GB/T 12007.6-1989《环氧树脂软化点测定方法（环球法）》.

［5］SY/7 5644-1999《石油沥青软化点试验器技术条件》.

［6］GB/T 9284—1988《色漆和清漆用漆基软化点的测定（环球法）》.