CN109794389B - 一种石墨烯喷涂装置及其喷涂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯喷涂装置及其喷涂工艺，石墨烯喷涂装置包括箱体，所述箱体内设有喷涂室、供料装置、循环回收装置、粉料过滤装置和热风烘干装置，在喷涂室中将石墨烯粉料喷涂在PET膜或铜箔上，并经循环回收装置对多余石墨烯粉料进行回收利用。本发明使用最轻、最为细小且能够漂浮在空气中的石墨烯纳米颗粒作为涂覆料，将通过喷涂的方式将石墨烯涂覆在料膜上，大大降低生产成本，操作方便。

Description

一种石墨烯喷涂装置及其喷涂工艺

技术领域

本发明涉及石墨烯自动喷涂技术领域，特别是一种石墨烯喷涂装置及其喷涂工艺。

背景技术

随着世界能源资源的短缺和环境的恶化，新材料技术是在现代生活中的应用越来越广泛。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

现在，石墨烯材料产品应用广泛，而其中一种具有良好导热性能的石墨烯导热膜广泛应用于电子产品技术领域，因其良好的导热性、散热性而饱受好评。其主要是通过在PET膜(耐高温聚酯薄膜)或铜箔表面涂覆一层或几层石墨烯层，再经压缩干燥制成。

但是石墨烯导热膜在制作过程中，往往通过丝印或涂抹的方式将石墨烯涂覆在PET膜或铜箔上，成本过高，同时还会出现导热膜上的石墨烯层喷涂不均匀、含有杂质等问题，使得其导热参数大打折扣，达不到指标要求。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种石墨烯喷涂装置及其喷涂工艺，将石墨烯能够全面、均匀地涂覆在铜箔表面。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯喷涂装置，包括箱体，所述箱体内设有喷涂室、供料装置、循环回收装置、粉料过滤装置和热风烘干装置；所述喷涂室用于将石墨烯粉料喷涂在料膜上；所述供料装置包括料仓、设置在喷涂室顶部的可进行往复运动的喷嘴和与喷嘴连接的输料机构，所述输料机构将料仓中的石墨烯粉料运送至喷嘴中并经喷嘴喷出；所述循环回收装置，用于将喷涂室中的石墨烯粉料回收至料仓中；所述粉料过滤装置设置在循环回收装置上，用于过滤循环回收管道内的石墨烯粉料；所述热风烘干装置用于提供干燥热风。

优选地，所述输料机构包括设置在箱体外侧的导轨、设置在导轨上且能够沿着导轨移动的连接管和连接连接管和料仓的输料管，所述连接管穿过箱体且其底部设置在喷涂室内，所述喷嘴固接在连接管底部。

优选地，所述循环回收装置包括设置在喷涂室底部的回收斗、与回收斗连通的循环回收管道、与循环回收管道连通的回收仓，所述回收仓通过抽吸管与料仓连接。

优选地，所述回收仓内设有搅拌器二，所述料仓内设有过滤回收装置，所述抽吸管通过设置在过滤回收装置顶部的抽吸电机将回收仓内的石墨烯粉料回收至料仓内。

优选地，所述回收斗底部设有石墨烯搅拌器一，石墨烯搅拌器一侧边设有管道口，所述回收斗通过管道口与循环回收管道连接。

优选地，所述循环回收管道内设有抽吸风扇。

优选地，所述箱体上还设有与喷涂室连接的舱门，所述舱门上设有玻璃窗，所述玻璃窗内侧设有刮粉器。

优选地，所述粉料过滤装置包括过滤腔、设置在过滤腔内的滤芯和脉冲喷吹装置，所述脉冲喷吹装置包括储气罐一、脉冲喷吹电磁阀、脉冲喷头、脉冲管道，所述脉冲喷头设置在滤芯上，所述储气罐一通过脉冲管道与脉冲喷头连接，所述脉冲喷吹电磁阀设置在脉冲管道上。

优选地，所述热风烘干装置包括热风管道、热风机和送风管，所述热风管道用于连通循环过滤装置和热风机，所述送风管用于连通热风机和喷涂室。

一种石墨烯薄膜喷涂工艺，包括以下步骤：

步骤a，料膜运输至喷涂室内部，料仓为喷嘴提供石墨烯粉料，喷嘴进行往复来回运动并将石墨烯粉料喷洒在喷涂室内；

步骤b，喷嘴喷洒石墨烯粉料同时，热风烘干装置往喷涂室内喷入干燥热风；

步骤c，石墨烯粉料落入回收斗中，循环回收装置将石墨烯粉料吸走多余石墨烯粉料并将多余石墨烯粉料运送至料仓中进行循环利用。

本发明的有益效果是：

1本发明使用最轻、最为细小且能够漂浮在空气中的石墨烯纳米颗粒作为涂覆料，将通过喷涂的方式将石墨烯涂覆在料膜上，大大降低生产成本，操作方便；

2本发明采用循环回收装置，将喷涂的多余石墨烯粉料直接回收至料仓中进行重复利用，避免浪费，节能环保，同时结构紧凑，减少了不必要的传送运输结构，减少成本；

3本发明通过热风烘干装置往循环回收管道输送热风，使循环回收管道内的石墨烯粉料保持干燥，避免由于混入了水份而导致石墨烯粉积聚在循环回收管道内；

4本发明通过导轨使得喷嘴在喷涂室中来回往复喷洒石墨烯粉料，石墨烯粉料喷洒得更加均匀，进而在喷涂室中的料膜上涂覆的石墨烯层厚度均匀，大大提高了产品的质量，避免由于喷嘴固定而使石墨烯层出现中间厚两边薄的缺陷；

5本发明将导轨设置在喷涂室外部，防止喷涂室中漂浮的石墨烯粉料粘附在导轨上，影响导轨的运作；

6本发明将采用封闭式的箱体结构，避免箱体内的石墨烯泄漏，危害环境和生产人员的健康。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是石墨烯喷涂装置的正视内部结构示意图；

图2是石墨烯喷涂装置的轴测图；

图3是石墨烯喷涂装置的侧视内部结构示意图；

图4是石墨烯喷涂装置的后视内部结构示意图；

图5是搅拌器一的结构示意图；

图6是输料机构的结构示意图；

图7是密闭腔室的内部结构示意图。

图8是密闭腔室的整体结构图；

图9是刮粉器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

一并参照图1至图9，为一种较优的实施方式，一种石墨烯喷涂装置，包括箱体1，所述箱体1为封闭式结构，所述箱体1内设有喷涂室2、供料装置、循环回收装置、粉料过滤装置和热风烘干装置。

所述喷涂室2为石墨烯粉料涂覆在料膜上的工作腔室，两侧分别设有进料口11和出料口12，料膜通过设置在箱体1外侧的导向辊进行张紧，便于料膜通过进料口11进入喷涂室2中并通过出料口12从喷涂室2中出去。

所述供料装置包括料仓31、设置在喷涂室2顶部的可移动的喷嘴32、连接喷嘴32和料仓31的输料机构33，料仓31用于盛装石墨烯粉料，喷嘴32用于喷洒石墨烯粉料，使得石墨烯粉料喷洒在喷涂室2的料膜上，输料机构33用于将料仓31中的石墨烯粉料输送至喷嘴32中。

所述循环回收装置用于石墨烯粉料的回收利用，包括循环回收管道42、和设置在喷涂室2底部的回收斗41、回收仓44，循环回收管道42用于连通回收斗41和回收仓44料仓31，喷涂室2中喷涂的多余石墨烯粉料通过回收斗41聚集后经循环回收管道42回收至料仓31回收仓44中。回收仓44通过抽吸管441与料仓31连接，抽吸管441将回收仓44内所回收的石墨烯粉料向上运输至料仓31中。

所述粉料过滤装置用于过滤循环回收管道42中回收的石墨烯粉料，包括过滤腔51、滤芯52、脉冲喷吹装置一53，过滤腔51设置在循环回收管道42上，滤芯52固接在过滤腔51内。脉冲喷吹装置一53包括脉冲喷头534、脉冲管道532、储气罐一531、脉冲喷吹电磁阀533，脉冲喷头534设置在滤芯52内，储气罐一531通过固定杆或螺钉固接在箱体1顶部，储气罐一531通过脉冲管道532连接脉冲喷头534，脉冲喷吹电磁阀533设置在脉冲管道532上，脉冲喷头534用于定时喷出气体，将粘附在滤芯52中的石墨烯粉料吹掉，储气罐一531为脉冲喷头534提供喷吹气体，脉冲管道532运输储气罐一531中的压力气体至脉冲喷头534并喷出，脉冲喷吹电磁阀533用于控制脉冲喷头534定时喷出气体，当石墨烯粉料在滤芯52中积聚到一定程度时再通过脉冲喷头534吹掉。循环回收管道42中的石墨烯粉料通过滤芯52聚集，聚集后通过脉冲喷吹装置53吹散，使其回收至回收仓44中。

所述热风烘干装置包括热风管道62、热风机61和送风管63，热风管道62设置在滤芯52顶部，热风机61通过热风管道62与粉料过滤装置连通，热风机61通过送风管63与喷涂室2连通，粉料过滤装置中过滤点石墨烯粉料的气体通过热风管道62进入热风机61中进行重新加热并保持干燥，热风机61通过送风管63将干燥热风送入喷涂室2中，以保持石墨烯粉料的干燥，送风管63避免由于水分子在管道中因温度变化凝结成水珠聚结在喷涂室2、循环回收管道42或其他管道中，进而造成石墨烯粉料粘附在循环回收管道42内。

进一步，输料机构33包括导轨331、设置在导轨331上的连接管332和连接连接管332和输料管334，连接管332穿设在箱体1顶部，连接管332底部设置在喷涂室2内，喷嘴32固接在连接管332底部，在本实施例中，连接管332为不锈钢管，喷嘴32可通过焊接或螺栓连接的方式固接在连接管332底部。连接管332通过滑块设置在导轨331上且能够在导轨331上进行来回运动。箱体1顶部还固接有驱动电机333，导轨331内设有滚珠丝杆，驱动电机333通过皮带驱动滚珠丝杆转动，滑块与滚珠丝杆上的螺母固定连接，位于喷涂室2中的喷嘴32通过导轨331在喷涂室2顶部进行往复运动。料仓31通过输料管334与连接管332连接并将石墨烯粉料输送至喷嘴32中喷出，本实施例中，输料管334为工业软管。

进一步，箱体1顶部设有与喷涂室2直接连通的导槽13，所述导槽13上设有封堵住导槽13的密封结构，密封结构由两块软板336密封合拢而成，两块软板336之间形成一条密封线，连接管332穿设在密封线上且能够沿着密封线来回移动，从而驱动连接管332底部的喷嘴32在喷涂室2顶部来回移动喷洒石墨烯粉料。软板336通过铆钉固接在导槽13侧面，在本实施例中，软板336采用厚度为3～5mm厚度的皮革作为软板336，在具有一定的柔软的变形能力外，还具有变形恢复能力，使得连接管332在密封线的移动过程中，除了连接管332的位置外，密封线的其他位置始终处于密封闭合状态，从而防止喷涂室2中的石墨烯粉料经导槽13泄漏至外部环境中。

进一步，回收斗41为一种方形的漏斗形结构，回收斗41底部设有回收口411，回收口411上设有搅拌器一43，搅拌器一43用于将回收斗41中的石墨烯粉料打散重新漂浮在空气中，便于循环回收管道42对石墨烯粉料进行运输回收。搅拌器一43包括转轴431、固接在转轴431上搅动片432，搅动片432通过焊接的方式固接在转轴431上，回收口411底部设有电机，电机用于驱动转轴431转动。回收口411侧面设有连接循环回收管道42的管道口421，接近管道口421的循环回收管道42内设有抽吸风扇422，抽吸风扇422用于将回收口411中的石墨烯粉料抽入循环回收管道42中并通过循环回收管道42将石墨烯粉料进行回收。

进一步，循环回收管道42包括设置在粉料过滤装置底部的集料管423，集料管423用于将粉料过滤装置中聚集的石墨烯粉料回收至回收仓44中，集料管423倾斜布置，经滤芯52聚集掉落的石墨烯粉料通过集料管423运输至回收仓44内，回收仓44内设有搅拌器二441，搅拌器二441的结构与搅拌器一43相同，搅拌器二441用于搅拌回收仓44中回收的石墨烯粉，便于抽吸管441将石墨烯粉料抽至料仓31中。料仓31内设有过滤回收装置311，过滤回收装置311的结构与粉料回收装置的结构相同，过滤回收装置311内设有脉冲喷吹装置二，并且均通过储气罐一531提供脉冲喷吹气体，过滤回收装置311用于聚集抽吸管441所抽吸的石墨烯粉料并将石墨烯粉料吹落在料仓31内。过滤回收装置311顶部设有与热风管道62连通的回收风管9，经过滤回收装置311过滤后的气体通过回收风管9和热风管道62回收至热风机61中进行重复回收利用。回收风管9内设有抽吸电机10，抽吸电机10使得回收风管9内形成负压，使得抽吸管441具有抽吸能力，将回收仓44内的石墨烯粉料抽吸至料仓31中。抽吸电机10由电机和设置在电机前端的旋转叶片组成，脉冲喷吹装置二除了通过储气罐一531提供喷吹气流外，还能够通过另外设置在储气罐二提供喷吹气流。

进一步，箱体1上还设有用于观察喷涂室2内部情况的舱门7，舱门7内设有玻璃窗71，玻璃窗71内侧设有刮粉器72，刮粉器72用于刮掉玻璃窗71上粘附的石墨烯粉料，避免由于石墨烯粉料在玻璃窗71上积聚过多而影响观察。刮粉器72由电动机、减速器、摆臂722、曲柄摇杆机构723、转轴431和刮粉片721组成，电动机启动时，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂722，摆臂722带动曲柄摇杆机构723，曲柄摇杆机构723带动安装在舱门7内侧上的转轴431左右摆动，最后由转轴431带动刮粉片721刮扫玻璃窗71。曲柄摇杆机构723是指具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。通常，曲柄为主动件且等速转动，而摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。

进一步，滑块上还固定有导气管335，导气管335用于为喷嘴32提供动力源，一端连接喷嘴32，另一端连接储气罐二，即提供喷气，将输料管334输送至喷嘴32的石墨烯粉料喷入喷涂室2内。所述储气罐二设置料仓31侧旁边，储气罐二与导气管335的连接处设有电磁阀533，电磁阀533用于控制喷嘴32喷洒石墨烯粉料的频率。

进一步，料仓31底部呈锥斗状，锥斗底部与输料管334连接，料仓31与输料管334的连接处设有泵体，泵体用于将料仓31中的石墨烯粉料经输料管334输送至喷嘴32上。

进一步，喷涂室2内设有进风口14，送风管63通过进风口14将热风机61中的干燥热风送入喷涂室2中。

进一步，刮粉器72包括设置在铰接在舱门7内侧的摆臂722，铰接在摆臂722上的刮粉片721，刮粉片721贴合在观察窗内侧，摆臂722用于驱动刮粉片721刮去粘附在观察窗内侧的石墨烯粉料。摆臂722通过曲柄摇杆机构723实现摆臂722的摆动，曲柄摇杆机构723包括连接杆、转动臂，所述转动臂通过驱动电机333驱动，驱动电机333通过蜗轮蜗杆驱动转动臂转动，采用蜗轮蜗杆承载能力强，能够有效地刮掉观察窗内侧的石墨烯粉料。

进一步，喷涂室2两侧均固接有挡粉片23，挡粉片23斜向上布置，用于防止石墨烯粉料在进料口11和出料口12处积聚，避免石墨烯粉料堵住进料口11和出料口12，进料口11和出料口12之间设有跨板22，便于料膜在喷涂室2内移动。

进一步，所述箱体1内还设有电控箱，箱体1前面设有控制电控箱的控制面板8，用于控制整个设备的运行，电控箱独立设置在箱体1内，不与箱体1中的其他装置相连接或连通，避免箱体1内的石墨烯粉料影响电控箱工作。

进一步，可在热风管内设置冷凝器，通过冷凝器除去过滤过滤后的空气中的水蒸气，避免水蒸气越积越多。但是冷凝器还可不用设置，本实施例中，由于整个装置为密闭箱体结构，空气不与外部环境交流。

本实施例的具体实施方式如下：

1)料膜通过进料口11进入喷涂室2中，料仓31通过输料管334将石墨烯粉料运送至喷嘴32中，来回往复运动的喷嘴32从喷涂室2顶部均匀喷洒石墨烯粉料，将石墨烯粉料均匀涂覆在料膜中；

2)在喷嘴32喷洒石墨烯粉料的同时，热风烘干装置即热风机61通过进风口14将干燥热风输送至喷涂室2内，保持石墨烯粉料干燥；

3)多余的石墨烯粉料经回收斗41进入循环回收管道42中，循环回收管道42将多余的石墨烯粉料回收至料仓31内进行循环利用。

其中，石墨烯回收过程如下：

1)喷涂室2内的多余石墨烯粉料落入回收斗41中，经搅拌器一43搅拌后石墨烯粉料漂浮在空气中形成混合气体，进入循环回收管道42内；

2)抽吸风扇422将石墨烯粉料抽至粉料过滤装置中，粉料过滤装置对循环回收管道42中的石墨烯粉料进行过滤和积聚，脉冲喷吹装置一53喷落粉料过滤装置中的石墨烯粉料，并通过集料管423运送至回收仓44中；

3)回收仓44内的石墨烯粉料通过抽吸管45抽至料仓31并通过过滤回收装置311聚集回收，脉冲喷吹装置二将过滤回收装置311中的石墨烯粉料喷掉并落入料仓31中，料仓31的通过输料机构33将回收的石墨烯粉料输送至喷嘴32，继续将石墨烯粉料涂覆在料膜中。

本发明通过一个石墨烯粉料循环闭合系统，为喷涂室2不断地提供石墨烯粉料，大大提高了石墨烯粉料地利用率，同时通过来回往复移动的喷嘴32，使得料膜上形成一层均匀的石墨烯层，提高了石墨烯涂覆效率。在本实施例中，料膜是指PET膜或铜箔等需要喷涂石墨烯层的薄膜。

其中，石墨烯粉料为纳米级的细小石墨烯颗粒。

以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种石墨烯喷涂装置，包括箱体（1），其特征在于，所述箱体（1）内设有喷涂室（2）、供料装置、循环回收装置、粉料过滤装置和热风烘干装置；

所述喷涂室（2）用于将石墨烯粉料喷涂在料膜上；

所述供料装置包括料仓（31）、设置在喷涂室（2）顶部的可进行往复运动的喷嘴（32）和与喷嘴（32）连接的输料机构（33），所述输料机构（33）将料仓（31）中的石墨烯粉料运送至喷嘴（32）中并经喷嘴（32）喷出；

所述循环回收装置，用于将喷涂室（2）中的石墨烯粉料回收至料仓（31）中；

所述粉料过滤装置设置在循环回收装置上，用于过滤循环回收管道（42）内的石墨烯粉料；

所述热风烘干装置用于提供干燥热风；

所述输料机构（33）包括设置在箱体（1）外侧的导轨（331）、输料管（334）和设置在导轨（331）上且能够沿着导轨（331）移动的连接管（332），所述输料管（334）连接料仓（31）和连接管（332），所述连接管（332）穿过箱体（1）且其底部设置在喷涂室（2）内，所述喷嘴（32）固接在连接管（332）底部；

箱体（1）顶部设有与喷涂室（2）直接连通的导槽（13），所述导槽（13）上设有封堵住导槽（13）的密封结构，密封结构由两块软板（336）密封合拢而成，两块软板（336）之间形成一条密封线，连接管（332）穿设在密封线上且能够沿着密封线来回移动，从而驱动连接管（332）底部的喷嘴（32）在喷涂室（2）顶部来回移动喷洒石墨烯粉料；

所述循环回收装置包括设置在喷涂室（2）底部的回收斗（41）、与回收斗（41）连通的循环回收管道（42）、与循环回收管道（42）连通的回收仓（44），所述回收仓（44）通过抽吸管（45）与料仓（31）连接；

所述回收仓（44）内设有搅拌器二（441），所述料仓（31）内设有过滤回收装置（311），所述抽吸管（45）通过设置在过滤回收装置（311）顶部的抽吸电机（10）将回收仓（44）内的石墨烯粉料回收至料仓（31）内；

所述回收斗（41）底部设有搅拌器一（43），搅拌器一（43）侧边设有管道口，所述回收斗（41）通过管道口与循环回收管道（42）连接，所述循环回收管道（42）内设有抽吸风扇（422）；

所述粉料过滤装置包括过滤腔（51）、设置在过滤腔（51）内的滤芯（52）和脉冲喷吹装置（53），所述脉冲喷吹装置（53）包括储气罐一（531）、脉冲喷吹电磁阀（533）、脉冲喷头（534）、脉冲管道（532），所述脉冲喷头（534）设置在滤芯（52）上，所述储气罐一（531）通过脉冲管道（532）与脉冲喷头（534）连接，所述脉冲喷吹电磁阀（533）设置在脉冲管道（532）上；

所述热风烘干装置包括热风管道（62）、热风机（61）和送风管（63），所述热风管道（62）用于连通循环过滤装置和热风机（61），所述送风管（63）用于连通热风机（61）和喷涂室（2）。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯喷涂装置，其特征在于，所述箱体（1）上还设有与喷涂室（2）连接的舱门（7），所述舱门（7）上设有玻璃窗（71），所述玻璃窗（71）内侧设有刮粉器（72）。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯喷涂装置，其特征在于，所述喷涂室（2）两侧分别设有进料口（11）和出料口（12）。

4.一种石墨烯薄膜喷涂工艺，应用权利要求1所述的石墨烯喷涂装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，料膜运输至喷涂室内部，料仓为喷嘴提供石墨烯粉料，喷嘴进行往复来回运动并将石墨烯粉料喷洒在喷涂室内；

步骤b，喷嘴喷洒石墨烯粉料同时，热风烘干装置往喷涂室内喷入干燥热风；

步骤c，石墨烯粉料落入回收斗中，循环回收装置吸走多余石墨烯粉料并将多余石墨烯粉料运送至料仓中进行循环利用。