CN110734056A - 一种石墨烯加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯加工设备，包括混合箱和剥离箱，所述混合箱和剥离箱之间通过管道连接，所述混合箱中设有搅拌机构和驱动机构，所述搅拌机构包括位于混合箱顶部纵向设置的动力杆和位于混合箱底部的横向设置的搅拌轴，所述动力杆为空心结构，其从上至下依次设有助剂进口、第一锥形齿轮、轴承座、粉碎叶片、助剂喷杆和搅拌助杆，所述驱动机构包括驱动电机、输出杆、第二锥形齿轮、传动带和支撑架。本发明的优点是：通过同一个电机进行动力驱动，使得物料在混合箱的底部搅拌时，其横向搅拌速度和纵向搅拌速度一致，搅拌更加均匀，物料溶合的更快。
Description
技术领域
本发明属于加工设备技术领域，具体涉及一种石墨烯加工设备。
背景技术
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍；同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯由于其本身所具有的特性，在新能源、新材料、能源化工、电子信息、航空航天和国防军工等众多领域实现广泛应用。
由于石墨烯是片层状结构，为了使得石墨烯在具体应用过程中能够保存其较好的特性，在制备石墨烯的过程中需要保持好石墨烯的片状结构。而石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法；化学方法是化学还原法与化学解离法，相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学解离法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产，物理剥离过程首先是在高速分散搅拌的储料罐中加入石墨粉、分散剂或表面改性剂和水组成，然后通过高速分散机进行分散搅拌，制成分散稳定性良好的石墨溶液，由管道进入精细分散研磨室通过一种特殊粉碎切割剥离装置，将石墨溶液中粉团、粘块、团块等大小颗粒迅速分散剪切破碎，在通道中通过刀片切割从而产生强烈摩擦及研磨切割剥层等，将石墨烯从石墨中剥离开来，但现有技术中石墨制成石墨粉需要分开进行，使得步骤繁琐且容易出错，而且由于现有技术中的搅拌效果不好，使得石墨溶液的稳定性不好，需要进行一个长时间的搅拌，造成了生产效率低下的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯加工设备，包括混合箱和剥离箱，所述混合箱和剥离箱之间通过管道连接，所述混合箱中设有搅拌机构和驱动机构，其中；所述搅拌机构包括位于混合箱顶部纵向设置的动力杆和位于混合箱底部的横向设置的搅拌轴，所述动力杆为空心结构，其从上至下依次设有助剂进口、第一锥形齿轮、轴承座、粉碎叶片、助剂喷杆和搅拌助杆，所述助剂进口位于动力杆的最顶部，所述第一锥形齿轮固定连接在动力杆的外侧壁上，所述轴承座固定在混合箱的顶部，所述粉碎叶片和助剂喷杆位于混合箱内部，所述搅拌助杆设于助剂喷杆下方，所述搅拌轴包括位于混合箱内部的搅拌端和位于混合箱外部的驱动端，所述搅拌端上设有搅拌叶片；所述驱动机构包括驱动电机、输出杆、第二锥形齿轮、传动带和支撑架，所述驱动电机水平设置在混合箱的顶部，所述输出杆一侧与驱动电机的输出口相连接，另一侧与支撑架的顶部连接，所述输出杆上设有第二锥形齿轮和传动带，所述第二锥形齿轮和动力杆上的第一锥形齿轮相啮合，所述传动带和底部搅拌轴上的驱动端相连接，带动驱动端旋转，所述支撑架的底部和混合箱相固定；所述混合箱的顶部一侧还设有物料进口，其内部位于粉碎叶片的下方还设有过滤网。
进一步地，所述剥离箱包括位于剥离箱顶部的旋转电机、位于剥离箱内部的剪切轴和环绕设于剥离箱侧壁上的剪切定片，所述剪切轴和旋转电机的输出端相连接，所述剪切轴深入剥离箱内的一端设有剪切座，剪切座的外圆周上设有与剪切片相配合的剪切转片。
进一步地，所述过滤网包括粗过滤网和细过滤网，所述细过滤网位于粗过滤网下方，所述粗过滤网和细过滤网上方均设有粉碎叶片。
进一步地，所述粉碎叶片的叶片上设有粉碎锯齿。
进一步地，所述搅拌助杆呈弯曲状对称设置在助剂喷杆的下方，所述搅拌助杆的尾部对称设有桨片。
进一步地，所述搅拌叶片上设有弹性凸齿，所述弹性凸齿和所述搅拌叶片之间通过螺栓固定连接。
进一步地，所述混合箱和剥离箱之间的管道上设有抽取泵，所述抽取泵一端通过管道和混合箱的底部连接，另一端通过管道和剥离箱的顶部相通。
进一步地，所述物料进口处设有输送装置，所述输送装置包括螺纹转叶和辅助锯齿，所述螺纹转叶的左右两侧均固定连接有辅助锯齿。
进一步地，所述剥离箱的顶部左侧设有压力表和温度计，所述剥离箱底部的一侧设有出料口。
本发明的优点为：
1.本发明设备中自带粉碎装置，可以直接将石墨从混合箱入口倒入，实现粉碎搅拌一体化操作，简化了石墨烯的制作步骤，减少了人力成本，提升了生产效率；
2.本发明中的搅拌助杆和搅拌叶片通过一个驱动电机实现了物料的横向和纵向360°的全面搅拌，且由于都是通过相同的驱动电机作为动力源，所述横向的搅拌速率与纵向的搅拌速率相一致，使得搅拌更加均匀，物料溶合的更快；
3.本发明的搅拌叶片上设有弹性的凸齿，使得石墨溶液中较大的物料卡在搅拌叶片和混合箱底部时，通过凸齿的变形，使得物料通过，防止卡死造成搅拌叶片的损坏，延长了搅拌叶片的使用寿命，降低了混合箱的维护成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为粉碎叶片的结构示意图；
图3为搅拌叶片的结构示意图；
图4为输出装置结构图。
图中：1、混合箱；2、剥离箱；3、动力杆；4、搅拌轴；5、助剂进口；6、第一锥形齿轮；7、轴承座；8、粉碎叶片；9、助剂喷杆；10、搅拌助杆；11、搅拌叶片；12、驱动电机；13、输出杆；14、第二锥形齿轮；15、传动带；16、支撑架；17、物料进口；18、旋转电机；19、剪切轴；20、剪切定片；21、剪切转片；22、粗过滤网；23、细过滤网；24、粉碎锯齿；25、桨片；26、弹性凸齿；27、抽取泵；28、螺纹转叶；29、辅助锯齿；30、压力表；31、温度计；32、出料口；33、剪切座；34、喷头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，一种石墨烯加工设备，包括混合箱1 和剥离箱2，混合箱1 和剥离箱2之间通过管道连接，混合箱1 中设有搅拌机构和驱动机构，其中；搅拌机构包括位于混合箱1 顶部纵向设置的动力杆3和位于混合箱1 底部的横向设置的搅拌轴4，动力杆3为空心结构，其从上至下依次设有助剂进口5、第一锥形齿轮6、轴承座7、粉碎叶片8、助剂喷杆9和搅拌助杆10，助剂进口5位于动力杆3的最顶部，和动力杆3的内部相同，助剂从助剂进口5进入，沿着动力杆3的内部进入助剂喷杆9中，助剂喷喷9也是空心结构与动力杆3内部相通，助剂喷杆9的下部设有喷头34，助剂从喷头34射入混合箱1 的底部参与搅拌，第一锥形齿轮6固定连接在动力杆3的外侧壁上，轴承座7固定在混合箱1 的顶部，粉碎叶片8和助剂喷杆9位于混合箱1 内部，粉碎叶片8的叶片上设有粉碎锯齿24，粉碎叶片8的下方设有过滤网，粉碎叶片8和过滤网各共有2个，过滤网包括粗过滤网22和细过滤网23，位于上层的粉碎叶片8和粗过滤网22组成粗过滤区，对石墨进行粗筛分粉碎，位于粗过滤网22下方的粉碎叶片8和细过滤网23组成细过滤区，对石墨进一步进行粉碎，位于下方粉碎叶片8上的粉碎锯齿24相比于上方的更加密集和细小，搅拌助杆10呈弯曲状对称设置在助剂喷杆9的下方，搅拌助杆10的尾部对称设有桨片25，用于对混合后的物料进行横向360°旋转搅拌，同时，浆片能够进一步辅助搅拌均匀，搅拌轴4包括位于混合箱1 内部的搅拌端和位于混合箱1 外部的驱动端，搅拌端上设有搅拌叶片11；搅拌叶片11上设有弹性凸齿26，弹性凸齿26和通过螺栓固定连接在搅拌叶片11侧边上的凹槽中，弹性凸齿26由橡胶材料制成，驱动机构包括驱动电机12、输出杆13、第二锥形齿轮14、传动带15和支撑架16，驱动电机12水平设置在混合箱1 的顶部，输出杆13一侧与驱动电机12的输出口相连接，另一侧与支撑架16的顶部连接，输出杆13上设有第二锥形齿轮14和传动带15，第二锥形齿轮14和动力杆3上的第一锥形齿轮6相啮合，用于带动动力杆3进行旋转，传动带15和底部搅拌轴4上的驱动端相连接，用于带动驱动端旋转，驱动搅拌轴4旋转，支撑架16的底部和混合箱1 相固定；
混合箱1 的顶部一侧还设有物料进口17，物料进口17处设有输送装置，输送装置包括螺纹转叶28和辅助锯齿29，螺纹转叶28的左右两侧均固定连接有辅助锯齿29，由任意动力装置推动螺纹转叶旋转，在螺纹叶片推动石墨进入混合箱1 时，辅助锯齿29能对石墨进行预打磨，提升了打磨效率，剥离箱2包括位于剥离箱2顶部的旋转电机18、位于剥离箱2内部的剪切轴19和环绕设于剥离箱2侧壁上的剪切定片20，剪切轴19和旋转电机18的输出端相连接，剪切轴19深入剥离箱2内的一端设有剪切座33，剪切座33的外圆周上设有与剪切片相配合的剪切转片21，剥离箱2的顶部左侧设有压力表30和温度计31，剥离箱2底部的一侧设有出料口32。合箱和剥离箱2之间的管道上设有抽取泵27，抽取泵27一端通过管道和混合箱1 的底部连接，另一端通过管道和剥离箱2的顶部相通，抽取泵27用于将混合箱1 底部的石墨溶液抽取并输送至剥离箱2中进行剥离。
本发明的使用原理为：将石墨送入混合箱1 顶部的物料进口17，在输送装置中进行预打磨，然后送入粗过滤区中，驱动混合箱1 顶部的驱动电机12旋转，驱动电机12带动输出杆13旋转，通过两个锥形齿轮带动动力杆3旋转，动力杆3带动上下两个粉碎叶片8旋转，对石墨进行粗打磨和细打磨，石墨被打磨成团块后通过粗过滤网22和细过滤网23落入混合箱1 的底部的搅拌区，在石墨的打磨过程中，通过助剂进口5将分散剂、表面改性剂和水之类的助剂沿着动力杆3的内部送入助剂喷杆9处，通过助剂喷杆9上的喷头34均匀的射入混合箱1 底部的搅拌区，在搅拌区中石墨和助剂组成的石墨溶液经搅拌叶片11和搅拌助杆10混合搅拌分散后，由抽取泵27将石墨溶液抽取至剥离箱2中，驱动旋转电机18带动剪切转片21进行旋转，使得石墨溶液通过时被剪切转片21配合剪切定片20剪切，使得石墨溶液中石墨被剪切剥离，从而将石墨烯剥离开来。本实施例的有益效果是：自带粉碎装置，可以直接将石墨从混合箱入口倒入，实现粉碎搅拌一体化操作，简化了石墨烯的制作步骤，减少了人力成本，提升了生产效率；拌助杆和搅拌叶片通过一个驱动电机实现了物料的横向和纵向360°的全面搅拌，且由于都是通过相同的驱动电机12作为动力源，横向的搅拌速率与纵向的搅拌速率相一致，使得搅拌更加均匀，物料溶合的更快。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种石墨烯加工设备：其特征在于：包括混合箱（1） 和剥离箱（2），所述混合箱（1）和剥离箱（2）之间通过管道连接，所述混合箱（1） 中设有搅拌机构和驱动机构，其中；所述搅拌机构包括位于混合箱（1） 顶部纵向设置的动力杆（3）和位于混合箱（1） 底部的横向设置的搅拌轴（4），所述动力杆（3）为空心结构，其从上至下依次设有助剂进口（5）、第一锥形齿轮（6）、轴承座（7）、粉碎叶片（8）、助剂喷杆（9）和搅拌助杆（10），所述助剂进口（5）位于动力杆（3）的最顶部，所述第一锥形齿轮（6）固定连接在动力杆（3）的外侧壁上，所述轴承座（7）固定在混合箱（1） 的顶部，所述粉碎叶片（8）和助剂喷杆（9）位于混合箱（1） 内部，所述搅拌助杆（10）设于助剂喷杆（9）下方，所述搅拌轴（4）包括位于混合箱（1） 内部的搅拌端和位于混合箱（1） 外部的驱动端，所述搅拌端上设有搅拌叶片（11）；所述驱动机构包括驱动电机（12）、输出杆（13）、第二锥形齿轮（14）、传动带（15）和支撑架（16），所述驱动电机（12）水平设置在混合箱（1） 的顶部，所述输出杆（13）一侧与驱动电机（12）的输出口相连接，另一侧与支撑架（16）的顶部连接，所述输出杆（13）上设有第二锥形齿轮（14）和传动带（15），所述第二锥形齿轮（14）和动力杆（3）上的第一锥形齿轮（6）相啮合，所述传动带（15）和底部搅拌轴（4）上的驱动端相连接，带动驱动端旋转，所述支撑架（16）的底部和混合箱（1） 相固定；所述混合箱（1） 的顶部一侧还设有物料进口（17），其内部位于粉碎叶片（8）的下方还设有过滤网。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述剥离箱（2）包括位于剥离箱（2）顶部的旋转电机（18）、位于剥离箱（2）内部的剪切轴（19）和环绕设于剥离箱（2）侧壁上的剪切定片（20），所述剪切轴（19）和旋转电机（18）的输出端相连接，所述剪切轴（19）深入剥离箱（2）内的一端设有剪切座（33），剪切座（33）的外圆周上设有与剪切片相配合的剪切转片（21）。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述过滤网包括粗过滤网（22）和细过滤网（23），所述细过滤网（23）位于粗过滤网（22）下方，所述粗过滤网（22）和细过滤网（23）上方均设有粉碎叶片（8）。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述粉碎叶片（8）的叶片上设有粉碎锯齿（24）。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述搅拌助杆（10）呈弯曲状对称设置在助剂喷杆（9）的下方，所述搅拌助杆（10）的尾部对称设有桨片（25）。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述搅拌叶片（11）上设有弹性凸齿（26），所述弹性凸齿（26）和所述搅拌叶片（11）之间通过螺栓固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述混合箱（1） 和剥离箱（2）之间的管道上设有抽取泵（27），所述抽取泵（27）一端通过管道和混合箱（1） 的底部连接，另一端通过管道和剥离箱（2）的顶部相通。
8.根据权利要求7所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述物料进口（17）处设有输送装置，所述输送装置包括螺纹转叶（28）和辅助锯齿（29），所述螺纹转叶（28）的左右两侧均固定连接有辅助锯齿（29）。
9.根据权利要求8所述的一种石墨烯加工设备：其特征在于：所述剥离箱（2）的顶部左侧设有压力表（30）和温度计（31），所述剥离箱（2）底部的一侧设有出料口（32）。
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