CN112047331B - 一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体公开了一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备,包括高压射流箱与加热收卷箱，所述高压射流箱由箱体I与箱体I内所设的升降凝束组件、升降高压放电组件、旋转射流组件构成，所述加热收卷组件由箱体II与箱体II内所设的加热导向组件、收卷组件构成，所述箱体I与箱体II之间固定连通有导管组件；本发明中，通过箱体I内升降高压放电组件与旋转射流组件形成高压电场，通过旋转射流组件喷射出石墨烯混合原料的流束，通过升降凝束组件将流束凝聚成石墨烯凝束，整个制备过程较快，中间环节较少，石墨烯凝束的制备效率较高，具有较高的商业化价值。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体为一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备。
背景技术
石墨烯是一种二维碳纳米材料，因其具有优良的光学、电学与力学性能，因此在料学、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，由石墨烯构成的凝束具有优良的光学传导特性，同时还具备超强的力学特性，现有技术中制备石墨烯凝束，通常采用剥离法，形成石墨烯薄膜后加捻成束，这种制作方式制备的石墨烯凝束纯度较高，但是其效率极低，所需设备成本较高，如何提高产能，使其具有更好的商业应用前景是现阶段面临的主要问题，为了解决这一难题，本发明提出了一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备,包括高压射流箱与加热收卷箱，所述高压射流箱由箱体I与箱体I内所设的升降凝束组件、升降高压放电组件、旋转射流组件构成，所述加热收卷组件由箱体II与箱体II内所设的加热导向组件、收卷组件构成，所述箱体I与箱体II之间固定连通有导管组件。
优选的，所述箱体I的侧面铰接有箱门I，所述箱体I的上端固定安装有真空泵I，所述箱体II的侧面铰接有箱门II去，所述箱门I的上端固定安装有真空泵II。
优选的，所述升降凝束组件的下端并且在箱体I的底部固定安装有中空腔体结构的底座，且在底座的中间固定安装有旋转电机，所述底座的上端设有升降缸I，且在升降缸I的下端设有与底座通过轴承相套配的连接轴，所述旋转电机的主轴与连接轴通过联轴器相固定连接，所述旋转电机的活塞杆的上端固定连接有固定导杆，且在固定导杆的顶端固定设有呈环形均布排列的凝束圈。
优选的，所述升降高压放电组件的上端并且在箱体I的内腔顶部固定安装有升降缸II，所述升降缸II的下端并且在升降缸II的活塞杆的端部固定设有圆锥形结构的放电头，所述放电头的位置与凝束圈的位置相对应。
优选的，所述旋转射流组件的侧面并且在箱体I的内腔侧面固定安装有C型结构的铰接座，所述铰接座的侧面固定安装有驱动电机I，所述铰接座的中间穿配有与驱动电机I的主轴相固定连接的转轴，且在转轴的外圆上并且在铰接座中间固定套配有铰接头，所述铰接头的前端固定设有框体结构的旋转连接框座，且在旋转连接框座的前端固定设有射流筒座，所述射流筒座的前端开设有腔体结构的备料室。
优选的，所述备料室的底部，并且在射流筒座的壁体内均布开设有腔体结构的承压槽，所述承压槽的外侧并且在旋转连接框座的框体内固定安装有伸缩缸，所述伸缩缸的活塞杆上并且在承压槽内滑配有承压活塞。
优选的，所述备料室的前端通过螺栓固定连接有锥面腔体结构的喷射头，且喷射头的锥顶与放电头的锥尖相对应，所述喷射头的侧面并且在射流筒座的外圆上固定套配有加热环，由备料室的内壁向射流筒座的外圆上引有进料头，且在进料头的端部螺接有密封帽。
优选的，所述导管组件由固定接插在箱体I侧面的进线管、固定接插在箱体II侧面的出线管以及进线管与出线管之间固定连通的中间连接管构成，所述进线管的端口位置与凝束圈的位置相对应，所述出线管的端口位置与加热导向组件相对应。
优选的，所述加热导向组件由固定安装在箱体II内腔侧面的U型槽体结构的轮座I与轮座I中间固定套接的加热滚筒II构成，所述轮座I的侧面固定安装有驱动电机II，且驱动电机II的主轴与加热滚筒II的轮轴相固定连接。
优选的，所述收卷组件由固定安装在箱体II内腔底面的U型槽体结构的轮座II与轮座II内固定套接的收卷滚筒构成，所述轮座II的侧面固定安装有驱动电机III，且驱动电机III的主轴与收卷滚筒的轮轴相固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：
1.本发明中，通过箱体I内升降高压放电组件与旋转射流组件形成高压电场，通过旋转射流组件喷射出石墨烯混合原料的流束，通过升降凝束组件将流束凝聚成石墨烯凝束，通过导管组件导入到箱体II内的加热导向组件处进行加热调整，通过收卷组件进行收卷，整个制备过程较快，中间环节较少，石墨烯凝束的制备效率较高，具有较高的商业化价值；
2.本发明中，通过真空泵I与真空泵II使箱体I与箱体II形成真空封闭空间，降低了周围环境的干扰，提高了凝束的生产质量，使其整个生产过程的稳定性较高。
附图说明
图1为本发明整体结构轴侧视图；
图2为本发明去除箱体I、箱门I、箱体II与箱门II后的整体结构视图；
图3为本发明结构右视图；
图4为图3中F-F剖面结构轴侧视图；
图5为图4中E处局部结构放大视图；
图6为本发明结构主视图；
图7为图6中C-C处剖面结构轴侧视图；
图8为图7中D处局部结构放大视图。
图中：1、箱体I；2、箱门I；3、升降凝束组件；4、升降高压放电组件；5、旋转射流组件；6、导管组件；7、箱体II；8、箱门II；9、加热导向组件；10、收卷组件；11、真空泵I；12、真空泵II；301、底座；302、旋转电机；303、升降缸I；304、固定导杆；305、凝束圈；401、升降缸II；402、放电头；501、铰接座；502、转轴；503、驱动电机I；504、铰接头；505、旋转连接框座；506、射流筒座；507、承压槽；508、伸缩缸；509、备料室；510、进料头；511、密封帽；512、加热环；513、喷射头；514、承压活塞；601、进线管；602、中间连接管；603、出线管；901、轮座I；902、加热滚筒II；903、驱动电机II；1001、轮座II；1002、收卷滚筒；1003、驱动电机III。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备,包括高压射流箱与加热收卷箱，高压射流箱由箱体I 1与箱体I 1内所设的升降凝束组件3、升降高压放电组件4、旋转射流组件5构成，加热收卷组件由箱体II 7与箱体II 7内所设的加热导向组件9、收卷组件10构成，箱体I 1与箱体II 7之间固定连通有导管组件6，其中，高压射流箱的主要作用是通过升降高压放电组件4与旋转射流组件5的高压静电作用，形成尖端放电，石墨烯混合原料依附载体料从旋转射流组件5前端喷射到升降高压放电组件4下端在升降凝束组件3上端旋转成凝束，凝束通过导管组件6导入到加热导向组件9处加热拉伸，并在收卷组件10处收卷成石墨烯束成品。
进一步的，箱体I 1的侧面铰接有箱门I 2，箱体I 1的上端固定安装有真空泵I11，箱体II 7的侧面铰接有箱门II 8去，箱门I 2的上端固定安装有真空泵II 12，工作时，箱门I 2在箱体I 1侧面关合，箱门II 8在箱体II 7侧面关合，使箱体I 1与箱体II 7成为封闭空间，通过真空泵I 11与真空泵II 12的抽真空作用，使箱体I 1与箱门I 2内形成真空效应，有效的隔绝了外界的干扰，使箱体I 1与箱门I 2内各部件工作更加平稳。
升降凝束组件3的下端并且在箱体I 1的底部固定安装有中空腔体结构的底座301，且在底座301的中间固定安装有旋转电机302，底座301的上端设有升降缸I 303，且在升降缸I 303的下端设有与底座301通过轴承相套配的连接轴，旋转电机302的主轴与连接轴通过联轴器相固定连接，旋转电机302的活塞杆的上端固定连接有固定导杆304，且在固定导杆304的顶端固定设有呈环形均布排列的凝束圈305，启动旋转电机302使其主轴与升降缸I 303一同旋转，进而带动固定导杆304与凝束圈305旋转，当从旋转射流组件5尖端喷射向放电头402尖端的石墨烯丝线聚拢到凝束圈305上时，随着凝束圈305的旋转，丝线凝聚成束状。
升降高压放电组件4的上端并且在箱体I 1的内腔顶部固定安装有升降缸II 401，升降缸II 401的下端并且在升降缸II 401的活塞杆的端部固定设有圆锥形结构的放电头402，放电头402的位置与凝束圈305的位置相对应，工作时，在放电头402尖端连通正极高压电，形成单向放电端，根据正负极相吸原理，旋转射流组件5端部施加高压负电，从旋转射流组件5端部放射出的流束会在放电头402的引导下聚拢到凝束圈305的上端。
旋转射流组件5的侧面并且在箱体I 1的内腔侧面固定安装有C型结构的铰接座501，铰接座501的侧面固定安装有驱动电机I 503，铰接座501的中间穿配有与驱动电机I503的主轴相固定连接的转轴502，且在转轴502的外圆上并且在铰接座501中间固定套配有铰接头504，铰接头504的前端固定设有框体结构的旋转连接框座505，且在旋转连接框座505的前端固定设有射流筒座506，射流筒座506的前端开设有腔体结构的备料室509，其中，启动驱动电机I 503使其主轴连带转轴502与铰接头504一同旋转，进而使旋转射流组件5前端的导向发生相应改变，使其转角方向与放电头402的尖端位置对应起来。
更为具体的，备料室509的底部，并且在射流筒座506的壁体内均布开设有腔体结构的承压槽507，承压槽507的外侧并且在旋转连接框座505的框体内固定安装有伸缩缸508，伸缩缸508的活塞杆上并且在承压槽507内滑配有承压活塞514，驱动伸缩缸508使其活塞杆带动承压活塞514在承压槽507内前伸实现对备料室509整个腔体加压，进而将备料室509内石墨烯混合原料从喷射头513尖端排出。
备料室509的前端通过螺栓固定连接有锥面腔体结构的喷射头513，喷射头513尖端连通负极高压电，且喷射头513的锥顶与放电头402的锥尖相对应，两者之间形成高压电场，进而使喷射头513喷出的负极带电流束奔向放电头402的尖端方向，喷射头513的侧面并且在射流筒座506的外圆上固定套配有加热环512，由备料室509的内壁向射流筒座506的外圆上引有进料头510，且在进料头510的端部螺接有密封帽511，工作前，打开密封帽511从进料头510处向备料室509内注入石墨烯与其载体原料，形成石墨烯混合原料，使用加热环512对备料室509内的石墨烯混合原料加热处理，增加其流动性，当石墨烯混合原料从喷射头513尖端喷出时在高压电场的牵引作用下射向放电头402尖端，流束最终在凝束圈305上端汇聚，在凝束圈305旋转作用下凝聚成束。
另外导管组件6由固定接插在箱体I 1侧面的进线管601、固定接插在箱体II 7侧面的出线管603以及进线管601与出线管603之间固定连通的中间连接管602构成，进线管601的端口位置与凝束圈305的位置相对应，出线管603的端口位置与加热导向组件9相对应，导管组件6在箱体I 1与箱体II 7之间形成一个引导防护作用，工作时，将驱动电机I503上端旋转凝聚的凝束导入到进线管601内，并沿中间连接管602、出线管603导入到箱体II 7内的加热导向组件9处。
进一步的，加热导向组件9由固定安装在箱体II 7内腔侧面的U型槽体结构的轮座I 901与轮座I 901中间固定套接的加热滚筒II 902构成，轮座I 901的侧面固定安装有驱动电机II 903，且驱动电机II 903的主轴与加热滚筒II 902的轮轴相固定连接，工作时，从出线管603导出的凝束单线圈绕设到加热滚筒II 902的外圆上，启动加热滚筒II 902加热，同时通过驱动电机II 903带动加热滚筒II 902旋转，进而使绕设在加热滚筒II 902上的凝束被牵引加热，在加热牵引时，可将凝束中的褶皱部分拉直，使其内部纤维结构更加流畅，提高整个石墨烯凝束的质量。
收卷组件10由固定安装在箱体II 7内腔底面的U型槽体结构的轮座II1001与轮座II 1001内固定套接的收卷滚筒1002构成，轮座II 1001的侧面固定安装有驱动电机III1003，且驱动电机III 1003的主轴与收卷滚筒1002的轮轴相固定连接，从加热导向组件9导出的石墨烯凝束绕设到收卷滚筒1002上，启动驱动电机III 1003带动收卷滚筒1002旋转，使石墨烯凝束完成在收卷组件10处的收卷工作。
本发明的工作原理：
工作时，先通过进料头510向备料室509内加注石墨烯原料与其载体制剂所形成的石墨烯混合原料，然后将密封帽511扣合在进料头510上，通过驱动电机I 503控制旋转连接框座505与射流筒座506旋转，同时控制升降缸II 401与升降缸I 303伸缩，使其尖端位置相对应，然后对喷射头513与放电头402尖端分别通电，此时在喷射头513与放电头402之间形成高压电场；
通过升降缸I 303的伸缩控制凝束圈305的高度与喷射头513、放电头402的位置相对应，同时启动旋转电机302使其带动升降缸I 303、固定导杆304与凝束圈305一同旋转，通过加热环512对备料室509内的石墨烯混合原料加热，增强其流动性，同时启动加热滚筒II902预热，然后驱动伸缩缸508对备料室509内加压，使石墨烯混合原料从喷射头513的尖端口处喷出，喷出的流束在高压电场的导向作用下导入到凝束圈305的上端，在凝束圈305的旋转作用下，将流束凝聚成石墨烯凝束，将石墨烯凝束导入到进线管601内，并顺延中间连接管602导入到出线管603内，从出线管603内导出的石墨烯凝束采用单圈绕设到加热滚筒II 902上，从加热滚筒II 902一侧将石墨烯凝束导入到收卷组件10处，并绕设在收卷滚筒1002上；
此时同步启动驱动电机II 903与驱动电机III 1003，进而驱动电机II 903带动加热滚筒II 902与收卷滚筒1002同步旋转，通过加热滚筒II 902的加热导向作用，改善石墨烯凝束内纤维束的结构，使其排列更加有序顺畅，提高石墨烯凝束的质量，通过收卷滚筒1002对石墨烯凝束收卷，完成整个石墨烯凝束的制备工作。
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 (2)
1.一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备 ,包括高压射流箱与加热收卷箱，其特征在于：所述高压射流箱由箱体I(1)与箱体I(1)内所设的升降凝束组件(3)、升降高压放电组件(4)、旋转射流组件(5)构成，加热收卷组件由箱体II(7)与箱体II(7)内所设的加热导向组件(9)、收卷组件(10)构成，所述箱体I(1)与箱体II(7)之间固定连通有导管组件(6)；
所述升降凝束组件(3)的下端并且在箱体I(1)的底部固定安装有中空腔体结构的底座(301)，且在底座(301)的中间固定安装有旋转电机(302)，所述底座(301)的上端设有升降缸I(303)，且在升降缸I(303)的下端设有与底座(301)通过轴承相套配的连接轴，所述旋转电机(302)的主轴与连接轴通过联轴器相固定连接，所述旋转电机(302)的活塞杆的上端固定连接有固定导杆(304)，且在固定导杆(304)的顶端固定设有呈环形均布排列的凝束圈(305)；
所述升降高压放电组件(4)的上端并且在箱体I(1)的内腔顶部固定安装有升降缸II(401)，所述升降缸II(401)的下端并且在升降缸II(401)的活塞杆的端部固定设有圆锥形结构的放电头(402)，所述放电头(402)的位置与凝束圈(305)的位置相对应；
所述旋转射流组件(5)的侧面并且在箱体I(1)的内腔侧面固定安装有C型结构的铰接座(501)，所述铰接座(501)的侧面固定安装有驱动电机I(503)，所述铰接座(501)的中间穿配有与驱动电机I(503)的主轴相固定连接的转轴(502)，且在转轴(502)的外圆上并且在铰接座(501)中间固定套配有铰接头(504)，所述铰接头(504)的前端固定设有框体结构的旋转连接框座(505)，且在旋转连接框座(505)的前端固定设有射流筒座(506)，所述射流筒座(506)的前端开设有腔体结构的备料室(509)；
所述备料室(509)的底部，并且在射流筒座(506)的壁体内均布开设有腔体结构的承压槽(507)，所述承压槽(507)的外侧并且在旋转连接框座(505)的框体内固定安装有伸缩缸(508)，所述伸缩缸(508)的活塞杆上并且在承压槽(507)内滑配有承压活塞(514)；
所述备料室(509)的前端通过螺栓固定连接有锥面腔体结构的喷射头(513)，且喷射头(513)的锥顶与放电头(402)的锥尖相对应，所述喷射头(513)的侧面并且在射流筒座(506)的外圆上固定套配有加热环(512) ，由备料室(509)的内壁向射流筒座(506)的外圆上引有进料头(510)，且在进料头(510)的端部螺接有密封帽(511)；
所述导管组件(6)由固定接插在箱体I(1)侧面的进线管(601)、固定接插在箱体II(7)侧面的出线管(603)以及进线管(601)与出线管(603)之间固定连通的中间连接管(602)构成，所述进线管(601)的端口位置与凝束圈(305)的位置相对应，所述出线管(603)的端口位置与加热导向组件(9)相对应；
所述加热导向组件(9)由固定安装在箱体II(7)内腔侧面的U型槽体结构的轮座I(901)与轮座I(901)中间固定套接的加热滚筒II(902)构成，所述轮座I(901)的侧面固定安装有驱动电机II(903)，且驱动电机II(903)的主轴与加热滚筒II(902)的轮轴相固定连接；
所述收卷组件(10)由固定安装在箱体II(7)内腔底面的U型槽体结构的轮座II(1001)与轮座II(1001)内固定套接的收卷滚筒(1002)构成，所述轮座II(1001)的侧面固定安装有驱动电机III(1003)，且驱动电机III(1003)的主轴与收卷滚筒(1002)的轮轴相固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压放电石墨烯凝束真空制备设备，其特征在于：所述箱体I(1)的侧面铰接有箱门I(2)，所述箱体I(1)的上端固定安装有真空泵I(11)，所述箱体II(7)的侧面铰接有箱门II(8)去，所述箱门I(2)的上端固定安装有真空泵II(12)。
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