CN102962166B - 一种石墨涂膜机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向管式载体的自动石墨涂膜机。其特征在于利用弹簧或气压使石墨笔芯紧压在管体表面，并在步进滑台的带动下沿管体方向平稳移动，然后利用床台组件固定并带动管体高速旋转，最终实现管体的石墨涂层。同时，通过调节弹簧弹力或气压能够控制石墨笔芯对管体的涂划效果。该涂膜装置能够极大地改善涂层，提高效率，节约人力成本。

Description

一种石墨涂膜机

技术领域

本发明公开了一种应用于管式载体的自动石墨涂膜机，尤其适用于制备多孔载体的石墨修饰层。

背景技术

膜分离技术以其低能耗、高效率以及物料活性组分损失少等优越性能受到各国政府和诸多行业的极大关注，已成为当代发展最成功、前景最广阔的高新技术之一。其中金属膜具有高的机械强度、优良的热传导性能以及良好的韧性，广泛应用于机械、电子、化学、原子能、医药卫生、生物等领域。金属膜可分为多孔金属膜和致密金属膜。其中一些致密金属膜对某些物质具有高的选择透过性，如钯和钯合金膜只允许H₂透过。

致密金属膜的发展经历了最初的纯金属膜、合金膜到目前的复合膜。金属复合膜一般由多孔基体与金属膜层两部分组成。从复合膜形状上主要可分为片式和管式两大类，这主要是由基体形状决定的。相对于片式膜，管式膜在单位体积内具有更大的分离面积(平板膜约为30m².m^-3，管式膜约为30～250m2^.m^-3)[H sieh H P.Inorganic Membranes forSeparation andReaction[M].Am sterdan：Elsevier，1996 610.]，更利于提高膜组件的集成度，从而使复合膜得到大规模的应用。常用的管式多孔基体有多孔陶瓷、多孔不锈钢、多孔玻璃等。其制备方法各不相同，例如多孔陶瓷管一般为挤出成型法制备，多孔不锈钢管用粉末烧结法制得。由于制备方法的影响，管式多孔基体难免会存在表面大孔，这种大孔会对膜层的负载以及分离性能造成影响。

为了制备更好的膜层、达到特殊的分离效果或者防止金属间扩散等目的，研究者通常在基体表面制造一层修饰层。最常用的表面修饰层制备方法为溶胶—凝胶法，但是对于孔径较大的多孔基体，溶胶—凝胶法很难奏效，并且容易出现裂纹、脱落等现象。此外，该工艺极其复杂、对技术要求很高。而本研究组所开发的“石墨修饰法”对这种大孔基体修饰效果十分显著，具体方法是用石墨铅笔笔芯在多孔基体表面均匀涂划，构造出一层平滑的石墨涂层，再将涂有石墨层的基体进行煅烧，去除杂质，得到石墨涂膜后的基体。[黄彦，胡小娟，陈卫东.一种制备负载型钯或钯合金膜的方法.CN 101481263，2009]“石墨修饰法”操作简单、成本低，能达到很好的缩孔、堵孔效果，对于大孔基体修饰尤其有效。但是，石墨涂层好坏受人为因素影响很大，并且在膜放大过程中对人力要求大大增加，石墨涂层均匀程度也会随之下降。

通过仪器涂层可以极大地降低人为影响并节约人力成本。采用仪器制备涂层在涂料行业较普遍，方法有旋转涂漆法和刮涂器法。市面上的涂膜机一般都是针对溶液类或胶状类涂料的，对这种固体涂料基本没有涉及。而且现存的涂膜机基本都是面向平面载体的，管式载体则不能适用。

发明内容

本专利的目的在于，设计一种面向管式载体的自动石墨涂膜机，以解决目前石墨涂层过程中存在的人工涂层不均匀、涂层周期长等问题。设计开发出一种适用于管式载体石墨涂层的自动化设备。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨涂膜机，主要包括底座(1)、侧板(2)、滑轨(6)、可移动支架(7)；所述的底座(1)为一个金属底板，在底板上分别固定有两组侧板(2)，一组侧板与滑轨相连，另一组通过轴承(3)与顶针(10)铆合；可移动支架(7)穿过滑轨，可以随着滑轨旋转沿轨自由滑动；管式载体(11)通过顶针(10)固定；金属笔套(8)与可移动支架(7)相连，悬于管式载体(11)上方；驱动方面采用步进电机(5)和直流电机(4)混合带动的方式；步进电机(5)与直流电机(4)均固定在同侧的侧板(2)上；步进电机(5)连接螺纹杆(6)，随着螺纹杆(6)的转动，可移动支架(7)在轴向上自由滑动；直流电机(4)连接顶针(10)，通过顶针(10)带动管体(11)旋转。

一种石墨涂膜机，可以通过调整适当的运行参数适应不同管体的石墨修饰，具有较强的针对性和实用性。它能帮助操作人员更好的控制涂层的厚度和均匀度。同时自动石墨涂膜机极大地提高了涂膜效率，显著地节约了人力成本。

附图说明

图1为石墨涂膜机示意图

图2为用石墨涂膜机涂膜后的多孔陶瓷表面SEM照片

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。需要说明的是所举的实例，其作用只是进一步说明本发明的技术特征，而不是限定本发明。

实施例1

所使用的管式载体11为外径13mm、内径8mm、长50cm的多孔陶瓷管，管件两端分别用顶针10固定于侧板2上。调整好金属笔套8高度，使笔尖悬于管件上方约5mm处。启动供压装置，压力设定为3MP，在压力作用下，单杠气缸9伸出内杆顶住石墨芯，石墨芯会紧压于管件表面，同时开启直流电机4，管件开始旋转，此时石墨芯已经在管件表面开始涂划。随后启动步进电机5，事先已通过步进电机控制器设置好电机转速、正反向运动时间。石墨芯随着可移动支架7在步进电机的带动下沿着管件轴向来回运动，即形成涂层，移动速度约为2mm/s，约8分钟后完成涂膜。涂膜后，多孔陶瓷管的平均孔径由原来的1.5μm减小到0.8μm，表面最大孔由3.6μm减小到1.7μm。

实施例2

同实施例1，但管件改为多孔不锈钢，发现涂层效果良好。

实施例3

同实施例1，但工作压力改为1MP，涂层后多孔陶瓷管的平均孔径与表面最大孔径分别减小到1μm和2.5μm。

Claims (6)

1.一种石墨涂膜机，主要包括底座(1)、侧板(2)、滑轨(6)、可移动支架(7)；其特征在于：所述的底座为一个带侧板的金属床体；顶针(10)通过轴承(3)固定在侧板(2)上；管式载体(11)与顶针(10)相连；笔套(8)为金属材质，外形与普通铅笔相似，笔套内部中空，可填装石墨笔芯；笔套由一根可移动支架夹住并通过滑轨固定于滑台上；笔套悬于管体上方，笔套上端通过螺帽连接单缸气缸，单缸气缸由弹簧或者其它供压装置提供压力；驱动方面采用步进电机(5)和直流电机(4)混合带动的方式；工作时，由直流电机(4)带动管体旋转，转速通过电机控制；气缸受压伸出内杆顶住笔芯，将笔芯紧压在管体上，通过顶针带动管体旋转实现均匀涂划，涂划效果由气压大小决定；同时在步进电机的驱动下，笔套沿着管体平稳移动，实现连续修饰。

2.根据权利要求1所述的石墨涂膜机，其特征在于所述的载体可以为多孔陶瓷管、多孔不锈钢管、多孔玻璃管，管体长度为10-100cm，外径为10-40mm。

3.根据权利要求1所述的石墨涂膜机，其特征在于所述的管体与顶针之间采用橡胶垫将管件边缘与顶针通过压力固定在一起，压力的大小通过调节顶针的伸缩距离来控制。

4.根据权利要求1所述的石墨涂膜机，其特征在于所述的笔套与滑台伸出支架间的连接是利用螺栓固定的，属于可拆卸式连接。

5.根据权利要求1所述的石墨涂膜机，其特征在于所述的供压装置可以是弹簧、钢瓶或空压机，工作压力为0.5-5MPa。

6.根据权利要求1所述的石墨涂膜机，其特征在于所述的滑台由步进电机带动，通过步进电机控制器控制，滑台行进速度为0.1-5mm/s。