编辑推荐
烟煤碳具有与石墨相似的层片结构，表面化学反应活性点多，由于其芳香环结构边缘交联有大量的脂肪侧链和杂原子基团，使其片层结构定向性远不及石墨，如果利用无烟煤的特殊网状大分子结构，采用深加工技术对无烟煤进行超细化改性，剥离芳香层片结构，制备煤基功能性复合材料，将为煤炭资源的洁净利用提供新途径。
《煤基炭/橡胶复合材料的制备及性能 》一书重点介绍了无烟煤改性获得煤基功能性复合材料的各项改进技术与原理。
作者简介
无
目录
第1章绪论1
1.1煤的种类和特征2
1.2煤的结构3
1.2.1煤的大分子结构3
1.2.2煤中的低分子化合物6
1.2.3煤的结构模型6
1.3中国无烟煤的资源分布与特征12
1.3.1中国无烟煤的分类12
1.3.2中国无烟煤资源的分布概况13
1.3.3中国无烟煤煤质特征13
1.3.4中国主要矿区无烟煤的利用途径15
1.4煤的深加工现状17
1.4.1煤的氧化研究进展17
1.4.2煤的酸浸研究进展19
1.4.3煤的溶胀处理研究现状20
1.4.4煤的插层处理研究现状21
1.4.5煤的表面改性处理研究现状22
1.5煤基功能性填料的研究进展22
1.5.1煤基树脂复合材料的研究22
1.5.2煤基橡胶复合材料的研究23
1.6煤基功能性填料的应用及发展趋势24
1.6.1煤制功能性填料的优势24
1.6.2煤基功能性填料的应用及发展趋势25
第2章无烟煤微观结构特性研究26
2.1工业分析与元素分析26
2.1.1工业分析26
素分析26
2.2矿物组成分析27
2.3微观结构分析28
2.3.1X射线衍射（XRD）分析28
2.3.2拉曼(Raman)光谱分析29
2.3.3扫描电子显微(SEM)分析30
2.4表面活性分析31
2.4.1红外光谱(FTIR)分析31
2.4.2X射线光电子能谱（XPS）分析33
第3章无烟煤的酸浸氧化改性38
3.1酸处理对无烟煤结构的影响38
3.1.1酸浸无烟煤的制备38
3.1.2酸浸浓度的影响39
3.1.3酸浸时间影响41
3.2氧化处理对无烟煤结构的影响44
3.2.1氧化无烟煤的制备44
3.2.2硝酸氧化对无烟煤结构的影响44
3.2.3高锰酸钾氧化对无烟煤结构的影响45
3.2.4过氧化氢氧化对无烟煤结构的影响47
3.3焙烧酸浸联合处理对无烟煤结构的影响55
3.3.1焙烧酸浸处理煤样的制备55
3.3.2XRD分析55
3.3.3拉曼光谱分析57
3.3.4XPS分析59
3.3.5FTIR分析66
3.3.6A26/A20和无烟煤结构参数间的关系70
3.3.7SEM分析70
3.4过氧化氢氢氟酸联合处理对无烟煤结构的影响72
3.4.1过氧化氢氢氟酸联合处理煤样的制备72
3.4.2拉曼光谱分析72
3.4.3FTIR分析74
3.4.4XRD分析77
3.4.5SEM分析77
结论79
第4章无烟煤的溶胀和插层改性81
4.1无烟煤的溶胀改性81
4.1.1溶胀煤样的制备81
4.1.2一元溶胀改性81
4.1.3二元溶胀改性81
4.2无烟煤的插层改性84
4.2.1无烟煤插层样品的制备84
4.2.2小分子插层改性84
4.2.3不同单体聚合插层改性86
4.2.4不同条件下丙烯酰胺聚合改性90
结论97
第5章无烟煤的机械力化学改性98
5.1无烟煤的干法球磨改性98
5.1.1干法球磨工艺条件98
5.1.2不同改性剂对球磨无烟煤性能的影响99
5.2无烟煤的湿法球磨改性112
5.2.1湿法球磨工艺条件112
5.2.2不同改性剂对球磨无烟煤性能的影响113
5.2.3改性剂复配对球磨无烟煤性能的影响123
结论135
第6章无烟煤/橡胶复合材料的制备及性能136
6.1无烟煤/橡胶复合材料的制备与性能表征136
6.1.1无烟煤/橡胶复合材料的制备136
6.1.2无烟煤/橡胶复合材料性能表征137
6.2无烟煤/橡胶复合材料的力学性能137
6.2.1改性剂类型对橡胶复合材料力学性能的影响137
6.2.2改性剂复合对橡胶复合材料力学性能的影响140
6.3无烟煤/橡胶复合材料的热稳定性能140
6.3.1改性剂类型对橡胶复合材料热稳定性能的影响140
6.3.2改性剂复合对橡胶复合材料热稳定性能的影响143
6.4无烟煤/橡胶复合材料的气体阻隔性能145
6.4.1改性剂类型对橡胶复合材料气体阻隔性能的影响145
6.4.2改性剂复合对橡胶复合材料阻隔性能的影响146
6.5无烟煤/橡胶复合材料的微观结构147
6.5.1磺酸盐改性煤填充丁苯橡胶147
6.5.2硅烷偶联剂改性煤填充丁苯橡胶148
6.5.3铝酸酯、钛酸酯偶联剂改性煤填充丁苯橡胶149
6.5.4复合改性煤填充丁苯橡胶151
结论154
第7章无烟煤对橡胶复合材料的增强贡献机理155
7.1改性无烟煤在橡胶复合材料中分散性评价模型155
7.1.1分散性能表征方法155
7.1.2分形理论基本知识156
7.1.3分形维数的计算过程158
7.1.4分形在煤基橡胶复合材料分散性评价中的应用160
7.2改性无烟煤对橡胶复合材料的补强机理163
7.2.1传统填料的补强机理163
7.2.2煤基填料对橡胶的补强机理166
7.3改性无烟煤对橡胶复合材料阻隔增强机理170
7.3.1煤基填料的阻隔机理170
7.3.2气体阻隔模型171
参考文献179
序言
我国煤炭资源分布面广，品种齐全，包括变质程度低的褐煤、中变质程度的烟煤以及变质程度高的无烟煤，其总量丰富。而我国石油资源贫乏，致使长久以来煤炭一直被作为一次能源直接用来发电和燃烧供热，导致煤炭转化利用率低和环境污染严重的问题。为了改变这种低利用率、高环境污染的现状，必须对煤进行深加工处理，使之转化成化工产品或功能性原料，广泛用于化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料和医药等化工领域，为煤炭的高效转化利用开辟新途径。煤与乙炔有机合成可以用来生产电石；煤焦油可以制备芳香族化合物，在炼焦过程中，还会得到大量的苯、甲苯、二甲苯等。无烟煤具有煤化度高、碳含量高、挥发分低的特点，仅仅被作为生产化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷等民用工业的原材料，不仅浪费资源，而且附加价值极低。因此，积极开展煤的非能源利用以及高附加值的深加工转化方面的研究已经受到了科技工作者们的密切关注。
无烟煤的碳含量高达80%以上，变质程度高，具有与石墨相似的层片状结构，主要由缩合芳香环基本单元和少量的氢化芳香环、脂环和杂环等构成，煤结构单元外围除了连接着烷基侧链外，还有一些像羧基（—COOH）、羟基（—OH）、甲氧基和醚键等含氧官能团以及少量硫醇（R—SH）、硫醚、二硫醚、杂环硫等含氮和含硫官能团，赋予了煤较高的活性，有利于煤的化学改性，为煤基功能性填料的开发提供了充足的原材料。利用无烟煤的特殊网状大分子结构，采用深加工技术对无烟煤进行超细化改性，剥离其芳香层片结构，制备与聚合物具有良好的相容性的煤基功能性填料，可以改善填充聚合物的物理力学性能，起到补强作用；可以改善填充聚合物的绝缘性能、阻燃性能和加工性能；可以降低聚合物的相对密度，增大体积，降低成本。此外，无烟煤特有的层状结构，还可以阻碍气体在聚合物基体中的扩散和渗透，从而改善填充聚合物材料的阻隔性能。与其他填料一样，煤基填料具有增容增强的双重性，可以部分替代以石油、天然气、焦炉煤气、煤焦油等为原料生产的高成本炭黑，减少污染，降低聚合物复合材料的生产成本，其发展前景十分乐观。
本书内容主要是作者完成的国家自然科学基金项目（51104060）、河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（2014GGJS040）、河南理工大学“太行学者”发展计划项目、河南理工大学青年骨干教师资助计划项目以及河南理工大学博士基金项目的研究总结。课题的参与者和河南理工大学“煤基功能碳材料”课题组所有成员对本书中介绍的研究成果付出了辛勤劳动，另外本书所引用的参考文献也为本书的编写提供了很好的借鉴和指导作用，在此对为本书做出贡献的所有人员表示感谢。
本书内容主要包括绪论、无烟煤微观结构特性研究、无烟煤的酸浸氧化改性、无烟煤的溶胀和插层改性、无烟煤的机械力化学改性、无烟煤/橡胶复合材料的制备及性能、无烟煤对橡胶复合材料的增强贡献机理七个部分。本书全部内容的编写和审核定稿工作均由河南理工大学张玉德完成。
由于水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
著者
烟煤碳具有与石墨相似的层片结构，表面化学反应活性点多，由于其芳香环结构边缘交联有大量的脂肪侧链和杂原子基团，使其片层结构定向性远不及石墨，如果利用无烟煤的特殊网状大分子结构，采用深加工技术对无烟煤进行超细化改性，剥离芳香层片结构，制备煤基功能性复合材料，将为煤炭资源的洁净利用提供新途径。
《煤基炭/橡胶复合材料的制备及性能 》一书重点介绍了无烟煤改性获得煤基功能性复合材料的各项改进技术与原理。
作者简介
无
目录
第1章绪论1
1.1煤的种类和特征2
1.2煤的结构3
1.2.1煤的大分子结构3
1.2.2煤中的低分子化合物6
1.2.3煤的结构模型6
1.3中国无烟煤的资源分布与特征12
1.3.1中国无烟煤的分类12
1.3.2中国无烟煤资源的分布概况13
1.3.3中国无烟煤煤质特征13
1.3.4中国主要矿区无烟煤的利用途径15
1.4煤的深加工现状17
1.4.1煤的氧化研究进展17
1.4.2煤的酸浸研究进展19
1.4.3煤的溶胀处理研究现状20
1.4.4煤的插层处理研究现状21
1.4.5煤的表面改性处理研究现状22
1.5煤基功能性填料的研究进展22
1.5.1煤基树脂复合材料的研究22
1.5.2煤基橡胶复合材料的研究23
1.6煤基功能性填料的应用及发展趋势24
1.6.1煤制功能性填料的优势24
1.6.2煤基功能性填料的应用及发展趋势25
第2章无烟煤微观结构特性研究26
2.1工业分析与元素分析26
2.1.1工业分析26
素分析26
2.2矿物组成分析27
2.3微观结构分析28
2.3.1X射线衍射（XRD）分析28
2.3.2拉曼(Raman)光谱分析29
2.3.3扫描电子显微(SEM)分析30
2.4表面活性分析31
2.4.1红外光谱(FTIR)分析31
2.4.2X射线光电子能谱（XPS）分析33
第3章无烟煤的酸浸氧化改性38
3.1酸处理对无烟煤结构的影响38
3.1.1酸浸无烟煤的制备38
3.1.2酸浸浓度的影响39
3.1.3酸浸时间影响41
3.2氧化处理对无烟煤结构的影响44
3.2.1氧化无烟煤的制备44
3.2.2硝酸氧化对无烟煤结构的影响44
3.2.3高锰酸钾氧化对无烟煤结构的影响45
3.2.4过氧化氢氧化对无烟煤结构的影响47
3.3焙烧酸浸联合处理对无烟煤结构的影响55
3.3.1焙烧酸浸处理煤样的制备55
3.3.2XRD分析55
3.3.3拉曼光谱分析57
3.3.4XPS分析59
3.3.5FTIR分析66
3.3.6A26/A20和无烟煤结构参数间的关系70
3.3.7SEM分析70
3.4过氧化氢氢氟酸联合处理对无烟煤结构的影响72
3.4.1过氧化氢氢氟酸联合处理煤样的制备72
3.4.2拉曼光谱分析72
3.4.3FTIR分析74
3.4.4XRD分析77
3.4.5SEM分析77
结论79
第4章无烟煤的溶胀和插层改性81
4.1无烟煤的溶胀改性81
4.1.1溶胀煤样的制备81
4.1.2一元溶胀改性81
4.1.3二元溶胀改性81
4.2无烟煤的插层改性84
4.2.1无烟煤插层样品的制备84
4.2.2小分子插层改性84
4.2.3不同单体聚合插层改性86
4.2.4不同条件下丙烯酰胺聚合改性90
结论97
第5章无烟煤的机械力化学改性98
5.1无烟煤的干法球磨改性98
5.1.1干法球磨工艺条件98
5.1.2不同改性剂对球磨无烟煤性能的影响99
5.2无烟煤的湿法球磨改性112
5.2.1湿法球磨工艺条件112
5.2.2不同改性剂对球磨无烟煤性能的影响113
5.2.3改性剂复配对球磨无烟煤性能的影响123
结论135
第6章无烟煤/橡胶复合材料的制备及性能136
6.1无烟煤/橡胶复合材料的制备与性能表征136
6.1.1无烟煤/橡胶复合材料的制备136
6.1.2无烟煤/橡胶复合材料性能表征137
6.2无烟煤/橡胶复合材料的力学性能137
6.2.1改性剂类型对橡胶复合材料力学性能的影响137
6.2.2改性剂复合对橡胶复合材料力学性能的影响140
6.3无烟煤/橡胶复合材料的热稳定性能140
6.3.1改性剂类型对橡胶复合材料热稳定性能的影响140
6.3.2改性剂复合对橡胶复合材料热稳定性能的影响143
6.4无烟煤/橡胶复合材料的气体阻隔性能145
6.4.1改性剂类型对橡胶复合材料气体阻隔性能的影响145
6.4.2改性剂复合对橡胶复合材料阻隔性能的影响146
6.5无烟煤/橡胶复合材料的微观结构147
6.5.1磺酸盐改性煤填充丁苯橡胶147
6.5.2硅烷偶联剂改性煤填充丁苯橡胶148
6.5.3铝酸酯、钛酸酯偶联剂改性煤填充丁苯橡胶149
6.5.4复合改性煤填充丁苯橡胶151
结论154
第7章无烟煤对橡胶复合材料的增强贡献机理155
7.1改性无烟煤在橡胶复合材料中分散性评价模型155
7.1.1分散性能表征方法155
7.1.2分形理论基本知识156
7.1.3分形维数的计算过程158
7.1.4分形在煤基橡胶复合材料分散性评价中的应用160
7.2改性无烟煤对橡胶复合材料的补强机理163
7.2.1传统填料的补强机理163
7.2.2煤基填料对橡胶的补强机理166
7.3改性无烟煤对橡胶复合材料阻隔增强机理170
7.3.1煤基填料的阻隔机理170
7.3.2气体阻隔模型171
参考文献179
序言
我国煤炭资源分布面广，品种齐全，包括变质程度低的褐煤、中变质程度的烟煤以及变质程度高的无烟煤，其总量丰富。而我国石油资源贫乏，致使长久以来煤炭一直被作为一次能源直接用来发电和燃烧供热，导致煤炭转化利用率低和环境污染严重的问题。为了改变这种低利用率、高环境污染的现状，必须对煤进行深加工处理，使之转化成化工产品或功能性原料，广泛用于化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料和医药等化工领域，为煤炭的高效转化利用开辟新途径。煤与乙炔有机合成可以用来生产电石；煤焦油可以制备芳香族化合物，在炼焦过程中，还会得到大量的苯、甲苯、二甲苯等。无烟煤具有煤化度高、碳含量高、挥发分低的特点，仅仅被作为生产化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷等民用工业的原材料，不仅浪费资源，而且附加价值极低。因此，积极开展煤的非能源利用以及高附加值的深加工转化方面的研究已经受到了科技工作者们的密切关注。
无烟煤的碳含量高达80%以上，变质程度高，具有与石墨相似的层片状结构，主要由缩合芳香环基本单元和少量的氢化芳香环、脂环和杂环等构成，煤结构单元外围除了连接着烷基侧链外，还有一些像羧基（—COOH）、羟基（—OH）、甲氧基和醚键等含氧官能团以及少量硫醇（R—SH）、硫醚、二硫醚、杂环硫等含氮和含硫官能团，赋予了煤较高的活性，有利于煤的化学改性，为煤基功能性填料的开发提供了充足的原材料。利用无烟煤的特殊网状大分子结构，采用深加工技术对无烟煤进行超细化改性，剥离其芳香层片结构，制备与聚合物具有良好的相容性的煤基功能性填料，可以改善填充聚合物的物理力学性能，起到补强作用；可以改善填充聚合物的绝缘性能、阻燃性能和加工性能；可以降低聚合物的相对密度，增大体积，降低成本。此外，无烟煤特有的层状结构，还可以阻碍气体在聚合物基体中的扩散和渗透，从而改善填充聚合物材料的阻隔性能。与其他填料一样，煤基填料具有增容增强的双重性，可以部分替代以石油、天然气、焦炉煤气、煤焦油等为原料生产的高成本炭黑，减少污染，降低聚合物复合材料的生产成本，其发展前景十分乐观。
本书内容主要是作者完成的国家自然科学基金项目（51104060）、河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（2014GGJS040）、河南理工大学“太行学者”发展计划项目、河南理工大学青年骨干教师资助计划项目以及河南理工大学博士基金项目的研究总结。课题的参与者和河南理工大学“煤基功能碳材料”课题组所有成员对本书中介绍的研究成果付出了辛勤劳动，另外本书所引用的参考文献也为本书的编写提供了很好的借鉴和指导作用，在此对为本书做出贡献的所有人员表示感谢。
本书内容主要包括绪论、无烟煤微观结构特性研究、无烟煤的酸浸氧化改性、无烟煤的溶胀和插层改性、无烟煤的机械力化学改性、无烟煤/橡胶复合材料的制备及性能、无烟煤对橡胶复合材料的增强贡献机理七个部分。本书全部内容的编写和审核定稿工作均由河南理工大学张玉德完成。
由于水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
著者
| 出版社 | 化学工业出版社 |
|---|---|
| 作者 | 张玉德 |