CN111135753A - 一种石墨烯涂料分散装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯涂料分散装置及方法，属于纳米材料技术领域。该装置包括齿轮箱、主旋转轴、主齿轮、主螺旋叶片、副旋转轴、副齿轮、副螺旋叶片、石墨烯罐、搅拌罐、涂料进料口、出料口、支架、底座以及电机；主旋转轴位于搅拌罐顶部中心位置，主旋转轴下方与主螺旋叶片固接，主旋转轴上方与主齿轮螺接，主旋转轴贯穿齿轮箱，搅拌罐通过支架固定在底座上。该分散装置搅拌速度稳定，大大提高了分散效率，使石墨烯在涂料可达到充分分散，得到的石墨烯改性涂料性能更好；通过压缩空气导入石墨烯，使得在进料过程中对石墨烯进行了预分散，提高了后续效率，可拆卸的石墨烯罐，使其在导入石墨烯后搅拌的过程中减少了空气在涂料内部的残留。

Description

一种石墨烯涂料分散装置及方法

技术领域

本发明涉及一种分散装置及方法，尤其是一种在涂料中分散石墨烯的装置及方法，属于纳米材料技术领域。

技术背景

作为一种新型的功能纳米材料，石墨烯具有超大的比表面积、卓越的导电性能和较高的化学稳定性能等特点，使其在防腐涂料领域展现不凡的价值，石墨烯改性防腐涂料不仅可有效提升防腐涂料的防腐性能，还可增强涂层对基材的附着力，改善涂料的耐磨性能。

石墨烯改性涂料在制备过程中，主要是将石墨烯均匀分散到液体介质中，而目前的石墨烯涂料分散设备出现分散不均匀，生产的石墨烯改性涂料性能不佳以及设备运行不稳定，部分零部件需多次维护更换等问题。

因此，提供一种运行稳定、零部件消耗较小、节约生产成本的在涂料中分散石墨烯的装置及方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种运行稳定、零部件消耗较小、节约生产成本的在涂料中分散石墨烯的装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种石墨烯涂料分散装置，该装置包括齿轮箱、主旋转轴、主齿轮、主螺旋叶片、副旋转轴、副齿轮、副螺旋叶片、石墨烯罐、搅拌罐、涂料进料口、出料口、支架、底座以及电机；所述主旋转轴位于搅拌罐顶部中心位置，主旋转轴下方与主螺旋叶片固接，主旋转轴上方与主齿轮螺接，主旋转轴贯穿齿轮箱；副旋转轴下方与副螺旋叶片固接，副旋转轴上方与副齿轮螺接，副旋转轴不贯穿齿轮箱，主齿轮转动，带动副齿轮转动，副齿轮带动副转轴及副螺旋叶片转动；所述主螺旋叶片与副螺旋叶片的螺旋方向相同；所述位于齿轮箱内部的副齿轮均与主齿轮咬合；所述石墨烯罐位于搅拌罐内部，石墨烯罐下部罐体四周设有钻孔，石墨烯罐顶部开口并用密封塞密封，所述密封塞顶部固定有压缩空气接口并贯穿密封塞；所述搅拌罐顶部右侧有涂料进料口，搅拌罐底部设有出料口，涂料进料口及出料口均选用密封塞进行封口；搅拌罐通过支架固定在底座上。

优选地，所述副旋转轴为四个，位于搅拌罐顶部四个顶角区域。

优选地，所述副齿轮为四个。

优选地，所述石墨烯罐下部罐体四周的钻孔为5-50个，孔径为0.2mm～5mm。

优选地，所述齿轮箱的底部有四个直径相同相互对称开孔。

优选地，所述齿轮箱中心设有贯穿孔洞。

优选地，所述搅拌罐的顶部有四个直径相同相互对称开孔。

优选地，所述搅拌罐的顶部左右两侧有直径不同两个开孔。

优选地，所述齿轮箱通过四个支架固定于所述搅拌罐罐体上方。

优选地，所述支架为四个。

优选地，所述主齿轮为大齿轮，所述副齿轮为尺寸相同的小齿轮，且均与主齿轮相互咬合。

优选地，所述石墨烯罐位于搅拌罐内部左侧，为可拆卸部件。

本发明的另一目的是提供一种运行稳定、零部件消耗较小、节约生产成本的在涂料中分散石墨烯的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种石墨烯涂料分散方法，其步骤如下：

(1)在搅拌罐内加入涂料并搅拌；

(2)对石墨烯的预分散：涂料搅拌过程中，采用压缩空气将石墨烯导入涂料中，使石墨烯在涂料中进行预分散，以增加分散效率；

(3)石墨烯罐的移除：导入石墨烯完毕后，持续导入压缩空气，之后，取出石墨烯罐；

(4)石墨烯的均匀分散：对涂料持续搅拌，除去涂料中较多的气体，使石墨烯在涂料中均匀分散；

(5)出料：搅拌均匀后混合涂料由出料口出料。

本发明的石墨烯涂料分散装置选用齿轮作为转轴连接部件，主螺旋叶片与各副螺旋叶片螺旋方向相同，使搅拌过程中各副螺旋叶片的搅拌方向与主螺旋叶片搅拌方向相反且搅拌速度稳定，大大提高了分散效率，使石墨烯在涂料中可达到充分分散，制备得到的石墨烯改性涂料性能更好。通过压缩空气导入石墨烯，使得在进料过程中对石墨烯进行了预分散，提高了后续分散效率；石墨烯罐的可拆卸，使其在导入石墨烯后，在搅拌的过程中减少了空气在涂料内部的残留。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为本发明的石墨烯涂料分散装置的主视剖面示意图。

图2为本发明的石墨烯涂料分散装置的齿轮箱剖面结构示意图。

附图中的标记为：

1主旋转轴 2主齿轮

3主螺旋叶片 4第二旋转轴

5第二齿轮 6第二螺旋叶片

7第三旋转轴 8第三齿轮

9第三螺旋叶片 10第四旋转轴

11第四齿轮 12第四螺旋叶片

13第五旋转轴 14第五齿轮

15第五螺旋叶片 16石墨烯罐

17石墨烯罐密封塞 18压缩空气加入口

19钻孔 20进料口

21出料口 22支架

23齿轮箱 24搅拌罐

25底座 26电机

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“贯穿”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此不能理解为对本发明的限制。

另外，本发明中若涉及“主”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“主”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1所示，为本发明的石墨烯涂料分散装置的主视剖面示意图；如图2所示，为本发明的石墨烯涂料分散装置的齿轮箱剖面结构示意图；本发明的在涂料中分散石墨烯的装置，包括主旋转轴1、主齿轮2、主螺旋叶片3、第二旋转轴4、第二齿轮5、第二螺旋叶片6、第三旋转轴7、第三齿轮8、第三螺旋叶片9、第四旋转轴10、第四齿轮11、第四螺旋叶片12、第五旋转轴13、第五齿轮14、第五螺旋叶片15、石墨烯罐16、进料口20、出料口21、支架22、齿轮箱23、搅拌罐24、底座25和电机26，搅拌罐24的顶部中心与主旋转轴1转动连接，主旋转轴1上部与主齿轮2螺接，主旋转轴1贯穿齿轮箱23，主旋转轴1顶端与电机26底端固定连接，主齿轮2位于齿轮箱23内，主旋转轴1下部固定有主螺旋叶片3，主螺旋叶片3位于搅拌罐24内，搅拌罐24顶部四个角落区域转动连接有第二旋转轴3、第三旋转轴7、第四旋转轴10和第五旋转轴13，第二旋转轴3、第三旋转轴7、第四旋转轴10和第五旋转轴13的上部分别与第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14螺接；第二旋转轴3、第三旋转轴7、第四旋转轴10、第五旋转轴13不贯穿齿轮箱23；第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14位于齿轮箱23内；第二旋转轴3、第三旋转轴7、第四旋转轴10和第五旋转轴13下部分别固定有第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12和第五螺旋叶片15，第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12和第五螺旋叶片15位于搅拌罐24内，第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12和第五螺旋叶片15的螺旋方向相同，齿轮箱23内第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14均与主齿轮2咬合；石墨烯罐16位于搅拌罐24左侧，石墨烯罐16为可拆卸部件，石墨烯罐16顶端开口，采用石墨烯罐密封塞17密封，石墨烯罐密封塞17顶部固定有压缩空气加入口18并贯穿石墨烯罐密封塞17，石墨烯罐16下方罐体四周设有25个钻孔19(可以在5-50个之间)，其孔径为0.2mm～5mm，本实施例为3mm；石墨烯罐16的目的在于应用压缩空气将石墨烯吹入涂料内部，配合搅拌装置进行联合分散，加快分散效率；将石墨烯罐16与涂料加入完毕的搅拌罐24连接后，再向石墨烯罐16内倒入石墨烯，可防止石墨烯的侧漏；涂料通过进料口20进入搅拌罐24，石墨烯罐16放入搅拌罐24内部，石墨烯倒入石墨烯罐16，压缩空气接入口18连接压缩空气，用石墨烯罐密封塞17密封石墨烯罐16，压缩空气打开后，用压缩空气将石墨烯导入到涂料中，运转电机26，主旋转轴1转动，带动主齿轮2转动，并带动主螺旋叶片3转动，与主齿轮2咬合的各第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14牵连转动，第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14转动带动各自的旋转轴转动，带动各自的螺旋叶片转动，第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮10和第五齿轮14转动方向相同，且与主齿轮2转动方向相反，而第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12和第五螺旋叶片15的螺旋方向与主螺旋叶片3的螺旋方向相同，最终造成各复螺旋叶片旋转方向与主螺旋叶片旋转方向相反，分布于主螺旋叶片3四个对称方向的各复转螺旋叶片，使搅拌更加充分，对石墨烯进行预分散，加大后期分散效率，石墨烯导入完毕，持续通入一段时间压缩空气后，将石墨烯罐16拆除，继续搅拌，除去涂料中较多的气体，使制备得到石墨烯改性涂料结构更紧密，通过出料口21出料，搅拌罐24通过四个支架22固定在底座25上；使用齿轮咬合联动的方法减少了速度不均匀的影响使搅拌全面彻底，使得制备得到的石墨烯改性涂料性能更加优异，搅拌均匀后混合涂料由出料口21出料。

电机26启动，主旋转轴1转动，带动主螺旋叶片3及主齿轮2转动；所述齿轮箱23的底部有四个直径相同相互对称开孔，所述齿轮箱23中心有贯穿孔洞；所述搅拌罐24的底部开孔，所述搅拌罐24的顶部有四个直径相同相互对称开孔，所述搅拌罐24的顶部左右两侧有直径不同两个开孔；所述齿轮箱23依靠所述四个支架22固定于所述搅拌罐24罐体上方；所述搅拌罐24依靠四个支架22固定于所述底座25的上方；所述主齿轮为大齿轮，所述各副齿轮为尺寸相同的小齿轮，且均与主齿轮相互咬合。

以下依据实施例进行详细说明本发明装置的分散步骤：首先将石墨烯罐16放入搅拌罐24内，涂料混合后由进料口20倒入搅拌罐24中，接通电源，电机26运作，主齿轮2及主螺旋叶片3转动；主齿轮2转动，带动第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮11、第五齿轮14转动，从而带动第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12、第五螺旋叶片15转动(主螺旋叶片3与第二螺旋叶片6、第三螺旋叶片9、第四螺旋叶片12、第五螺旋叶片螺旋15方向一致，主齿轮2与第二齿轮5、第三齿轮8、第四齿轮11、第五齿轮14转动方向相反，对涂料进行搅拌会更加均匀)对涂料进行搅拌。涂料搅拌5～10min后，将石墨烯加入石墨烯罐16内，使用石墨烯罐密封塞17进行密封，压缩空气由压缩空气加入口18通入(压缩空气压力1～6Mpa，压缩空气持续通入时间2～10min)；关闭压缩空气后，将石墨烯罐16取出，进行清洗，持续搅拌5～20min后，关闭电源，由出料口21取出混合后的石墨烯涂料并喷涂于金属基体表面，经扫描电镜观察，石墨烯分散效果得到明显改善，涂层孔隙率下降1个数量级。

本发明通过压缩空气添加石墨烯进行预分散并与多个不同转向的搅拌叶片相结合，使石墨烯均匀分散到涂料中，进而解决石墨烯改性涂料性能不佳的问题。

本实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种结构调整和器件更换，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴和保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯涂料分散装置，其特征在于：包括齿轮箱、主旋转轴、主齿轮、主螺旋叶片、副旋转轴、副齿轮、副螺旋叶片、石墨烯罐、搅拌罐、涂料进料口、出料口、支架、底座以及电机；所述主旋转轴位于搅拌罐顶部中心位置，主旋转轴下方与主螺旋叶片固接，主旋转轴上方与主齿轮螺接，主旋转轴贯穿齿轮箱；副旋转轴下方与副螺旋叶片固接，副旋转轴上方与副齿轮螺接，副旋转轴不贯穿齿轮箱，主齿轮转动，带动副齿轮转动，副齿轮带动副转轴及副螺旋叶片转动；所述主螺旋叶片与副螺旋叶片的螺旋方向相同；所述位于齿轮箱内部的副齿轮均与主齿轮咬合；所述石墨烯罐位于搅拌罐内部，石墨烯罐下部罐体四周设有钻孔，石墨烯罐顶部开口并用密封塞密封，所述密封塞顶部固定有压缩空气接口并贯穿密封塞；所述搅拌罐顶部右侧有涂料进料口，搅拌罐底部设有出料口，涂料进料口及出料口均选用密封塞进行封口；搅拌罐通过支架固定在底座上。

2.根据权利要求1所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述副旋转轴为四个，位于搅拌罐顶部四个顶角区域；所述副齿轮为四个。

3.根据权利要求2所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述石墨烯罐下部罐体四周的钻孔为5-50个，孔径为0.2mm～5mm。

4.根据权利要求3所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述齿轮箱的底部有四个直径相同相互对称开孔，所述搅拌罐的顶部有四个直径相同相互对称开孔。

5.根据权利要求4所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述齿轮箱中心有贯穿孔洞。

6.根据权利要求5所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述搅拌罐的顶部左右两侧有直径不同两个开孔。

7.根据权利要求6所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述齿轮箱通过四个支架固定于所述搅拌罐罐体上方；所述搅拌罐通过四个支架固定于所述底座的上方。

8.根据权利要求7所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述主齿轮为大齿轮，所述副齿轮为尺寸相同的小齿轮，且均与主齿轮相互咬合。

9.根据权利要求8所述的石墨烯涂料分散装置，其特征在于：所述石墨烯罐位于搅拌罐内部左侧，为可拆卸部件。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的石墨烯涂料分散装置的应用方法，其步骤如下：

(1)在搅拌罐内加入涂料并搅拌；

(2)对石墨烯的预分散：涂料搅拌过程中，采用压缩空气将石墨烯导入涂料中，使石墨烯在涂料中进行预分散；

(3)石墨烯罐的移除：导入石墨烯完毕后，持续导入压缩空气，之后，取出石墨烯罐；

(4)石墨烯的均匀分散：对涂料持续搅拌，除去涂料中较多的气体，使石墨烯在涂料中均匀分散；

(5)出料：搅拌均匀后混合涂料由出料口出料。

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