CN112090357A - 纳米浆料制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米浆料制备装置及制备方法，其中制备装置包括机架，所述机架上设有安装桶、料桶与驱动机构，所述料桶置于所述驱动机构上，所述驱动机构带动所述料桶靠近或远离所述安装桶，所述安装桶包括空腔，所述空腔中设有搅拌桨，所述安装桶包括桶壁，所述桶壁上设有球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管，所述球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管均通过所述空腔与所述料桶连通；所述球磨球加料机构包括漏斗、暂存管与连通管，所述暂存管位于漏斗与连通管之间，所述暂存管的两端均设有开关阀。本纳米浆料制备装置可以至少一体完成分散、剪切以及球磨等工序，提高了纳米浆料的制备效率，而且提高了纳米浆料的制备质量。

Description

纳米浆料制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及浆料制备装置技术领域，特别是纳米浆料制备装置。

背景技术

在纳米浆料制备过程中，容易出现纳米粒子团聚以及纳米粒子因团聚不能均匀分散在浆料中。原生的纳米粉体颗粒在制备、贮存工序中就容易出现由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象，又现有技术中在纳米浆料制备过程中纳米粉体颗粒也容易在浆料中出现团聚现象，且原生纳米粉体颗粒在浆料中分散不均，不能很好的制备出纳米粉体颗粒分散均匀且纳米粉体颗粒不进行团聚的纳米浆料。例如，在石墨烯浆料的制备中，需要依次对石墨烯浆料进行分散、剪切、球磨等的工序。由于目前的加工工艺中，均是采用不同的设备对石墨烯浆料分别进行对应的分散、剪切以及球磨，这不仅增加了设备的购置成本，而且石墨烯浆料在不同设备间进行转运，导致石墨烯浆料容易在转运过程中暴露于空气，影响了石墨烯浆料的性能，而且，现有的搅拌机的分散以及剪切效果并不理想。

发明内容

本发明提供一种纳米浆料制备装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明提供一种纳米浆料制备装置，包括机架，所述机架上设有安装桶、料桶与驱动机构，所述安装桶位于所述机架的一侧，所述驱动机构位于所述机架的另外一侧，所述料桶置于所述驱动机构上，所述驱动机构带动所述料桶靠近或远离所述安装桶，所述料桶与所述安装桶可拆连接；所述安装桶包括空腔，所述空腔中设有搅拌桨，所述安装桶包括桶壁，所述桶壁上设有球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管，所述球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管均通过所述空腔与所述料桶连通。

本发明的有益效果是：本纳米浆料制备装置可以至少一体地完成分散、剪切以及球磨等工序，提高了纳米浆料的制备效率，而且提高了纳米浆料的制备质量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述球磨球加料机构包括漏斗、暂存管与连通管，所述暂存管位于漏斗与连通管之间，所述暂存管的两端均设有开关阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述搅拌桨包括主轴，所述主轴上沿着轴线依次设有两条以上的搅拌棒，所述搅拌棒的轴线与所述主轴的中心线垂直，且相邻的两根的所述搅拌棒的轴线的夹角为30°~90°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述搅拌棒为六棱柱，所述搅拌棒包括六条侧棱，所述主轴穿过所述搅拌棒的其中一对侧棱。通过优化了搅拌桨的形状结构，可以使得石墨烯在搅拌与研磨的时候更加均匀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主轴的末端还设有搅拌叶。底部的搅拌叶可以进一步优化搅拌桨的搅拌效果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述暂存管为透明材料制作而成。暂存管设置为透明的，方便用户进行观察。

作为上述技术方案的进一步改进，所述安装桶与料桶上均设有观察视窗。同理，在安装桶与料桶上设置观察视窗，可以方便了用户对加工过程的实时监控。

作为上述技术方案的进一步改进，所述料桶包括内胆与外壳，所述内胆与外壳之间设有夹层，所述料桶还包括冷却液循环通道，所述冷却液循环通道与所夹层连通。在制备过程中，需要保持料桶中的温度恒定，因此，通过在冷却循环通道中通入冷却液，可以保持物料在内胆中搅拌的时候不会发生过热的情况。

作为上述技术方案的进一步改进，所述真空发生管、液体加料管上均设有三通连接管。真空发生管与液体加料管上设有三通连接管，可以使得加料的可选择性更丰富，一个连通口，可以同时添加两种不同的物料。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动机构包括滑轨、托板，所述托板与所述滑轨滑动连接，所述托板上设有固定座，所述料桶安装在所述固定座上。

同时，本发明还提供了一种采用上述制备装置的纳米浆料的制备方法，包括如下步骤：

A、将粉料倒入料桶中；

B、打开暂存管与漏斗之间的开关阀，将球磨球倒入暂存管；

C、料桶升起，与安装桶密封连接；

D、启动搅拌桨，对料桶的物料进行低速搅拌，使得物料得到充分的分散；

E、通过液体加料管加入液体料；

F、抽真空，并启动搅拌桨，搅拌桨高速转动，使得液体料与粉料在料桶中被充分地剪切、混合，制得纳米浆料半成品；

G、保持抽真空，关闭暂存管与漏斗之间的开关阀，打开暂存管与连通管之间的开关阀，使得球磨球能掉入料桶中；

H、继续启动搅拌桨，搅拌桨高速转动，使得料桶中的纳米浆料半成品与球磨球发生相对运动，在球磨球的作用下，对纳米浆料半成品进行球磨，从而制得所需的纳米浆料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图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，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的侧面部分剖视示意图；

图3是本发明的局部结构示意图；

图4是本发明的搅拌桨的正视图；

图5是本发明的搅拌桨的俯视图。

具体实施方式

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，基于本发明的实施例，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。本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。同时，本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1～图5，一种纳米浆料制备装置，包括立式设置的机架100，所述机架100上从上往下依次设有安装桶200、料桶300与驱动机构400，所述安装桶200固定在所述机架100的上方，所述驱动机构400位于所述机架100的下方，所述驱动机构400包括滑轨410、托板420，所述托板420与所述滑轨410滑动连接，所述托板420上设有固定座430，所述料桶300的外壳安装在所述固定座430上，所述驱动机构400带动所述料桶300上下移动。所述料桶300与所述安装桶200可拆连接，两者之间还设有密封条，保证了两者可靠的密封安装。所述安装桶200包括空腔210，所述空腔210中向下伸出搅拌桨500，所述搅拌桨500包括主轴510，所述主轴510上设有的搅拌棒520，且所述主轴510的底部还设有搅拌叶530。所述机架100中还设有驱动电机，所述的驱动电机通过传动机构与搅拌桨500传动连接，所述搅拌桨500伸入到料桶300中。所述安装桶200包括桶壁，所述桶壁上设有球磨球加料机构600、真空发生管700、液体加料管800，所述球磨球加料机构600、真空发生管700、液体加料管800均通过所述空腔210与所述料桶300连通；所述球磨球加料机构600包括漏斗610、暂存管620与连通管630，所述暂存管620位于漏斗610与连通管630之间，所述暂存管620的两端均设有开关阀640。

本发明的制备装置，不仅可以对粉料进行分散搅拌，还可以在分散后直接加入液体料，然后抽真空，将粉料以及液体料在真空环境下进行充分的搅拌，搅拌的时候，可以有效防止纳米浆料的团聚；最后，在保持真空的环境下，加入球磨球，对纳米浆料进行球磨。一台设备可以至少完成分散、剪切搅拌以及球磨等工序，设备的利用率高，而且可以降低物料的生产设备的购置成本，并且可以提高纳米浆料的制备质量。

进一步作为优选的实施方式，为了使得纳米浆料的搅拌更加均匀，本制备装置的搅拌桨500包括了三根的搅拌棒520，每根所述搅拌棒520为六棱柱，所述搅拌棒520包括六条侧棱，所述主轴穿过所述搅拌棒的一对侧棱。每根搅拌棒520的横截面均为正六边形，搅拌棒520具有六个侧面以及六个侧棱，两两相邻的侧面形成了侧棱，以相对的两个侧棱为一对，搅拌棒520包括了3对的侧棱，所述主轴510位于搅拌棒520的中间，且所述主轴510贯穿其中一对侧棱。参见图4，由于主轴510穿过了两条相对的侧棱，因此，以主轴510为中心，主轴两端的搅拌棒520均设置有一个向下倾斜的六棱柱的侧面，在搅拌的过程中，搅拌棒520的另外四条侧棱相当于刀刃，可以对物料进行充分地剪切。

参见图5，而且相邻上下两根搅拌棒520的夹角控制在60°，这样三根的搅拌棒520均分一个分度圆，使得搅拌棒520在搅拌的时候，能对纳米浆料产生更好的剪切力，使得剪切与分散的效果更好，浆料的均匀性更好。

更进一步的，通过在主轴510的底部增加现有普通的搅拌叶530，搅拌叶530包括一字型的桨叶，桨叶的外侧的上部设有圆角。利用搅拌叶530对料桶300底部的浆料起到均匀与翻腾的作用，使得全部的石墨浆料均能得到充分的搅拌。

进一步作为优选的实施方式，所述暂存管620为透明材料制作而成。所述安装桶200与料桶300上均设有观察视窗900。通过将暂存管620设置为透明的材料，以及在安装桶200与料桶300上设置观察视窗900，可以方便对搅拌与研磨过程进行实时监控。一般安装桶200与料桶300为不锈钢桶体，通过在桶体上开一个洞，接着将相贯管固定在桶体上，相贯管的前端固定设有玻璃盖。即可制得所述的观察视窗900。搅拌的时候，通过玻璃盖即可观察到料桶的搅拌情况。而且，根据实际的需求，可以调整相贯管的安装位置以及安装角度。例如可以将相贯管与桶体倾斜设置，这样可以使得观察更加方便。又或者，可以直接将安装桶200与料桶300用透明的材料制作，例如高强度的玻璃等。同理，所述暂存管620上也设置一个相似的透明观察窗。

进一步作为优选的实施方式，所述真空发生管700、液体加料管800上均设有三通连接管。通过增加三通连接管，可以使得真空发生管700在一些加工过程中，也可以作为加料管使用，进一步简化制备装置的结构，丰富了制备装置的功能。

在一些实施例中，搅拌棒520的数量可以是两条或者更多，而搅拌棒除了是正六边形外，也可以是正八边形等的其他形状。相比于正八边形，因为正六边形的内角更小，搅拌棒在转动的时候，剪切效果更好，当然可以根据具体的剪切力需求而选择不同规格的搅拌棒。而且搅拌棒的形状以及搅拌棒之间的角度也可以根据实际的需求进行调整，以适应不同纳米浆料的制备需求。

在一些实施例中，为了更加方便加料，可以将漏斗610设置在机架100的顶部，然后暂存管620穿过所述的机架，利用机架100将漏斗610与暂存管620固定。

进一步作为优选的实施方式，所述料桶300包括内胆与外壳，所述内胆与外壳之间设有夹层，所述料桶300还包括冷却液循环通道310，所述冷却液循环通道310与所夹层连通。在一些纳米浆料的制备过程中，需要保持料桶中的物料温度恒定。因此，通过在料桶中设置冷却液循环通道310，利用外接的循环泵以及水箱，保证了料桶300的温度恒定。

在一些实施例中，制备装置还可以采用卧式的机架结构。

纳米浆料在制备的时候，采用的方法如下：

首先将粉料倒入在料桶300的内胆中，然后将料桶300固定在固定座430上，接着驱动机构400驱动托板420升起，托板420在滑轨410的引导下向上移动，驱动机构400的动力机构可以是电机或者是气缸或者是液压缸等。

当料桶300升起到位后，料桶300的上端与安装桶200的下端抵接，然后利用螺栓或者卡钳或者抱箍等连接结构将料桶300与安装桶200固定连接，为了使得两者之间有较好的密封性能，可以在安装桶200与料桶300之间增加密封圈；同时，需要往暂存管中加入皓球，当然，除了皓球之外，可以根据球磨的实际需求，选择不同的球磨球材质以及尺寸。而且，加入的皓球的尺寸可以是两种以上的组合。利用大小不同尺寸的皓球，可以使得球磨的效果更好。

安装桶200与料桶300完成安装后，先启动搅拌桨500，在低速的情况下，对内胆中的粉料进行分散搅拌。分散搅拌的时候，可以不抽真空；

将粉料进行充分的分散搅拌后，通过液体加料管往料桶300中加入液体料；

接着，启动真空泵，真空泵通过真空发生管700将安装桶200与料桶300中的空气抽走，使得纳米浆料能在真空环境下进行搅拌混合；

接着启动驱动电机，驱动电机带动搅拌桨500高速转动。粉料以及液体料在料桶300中进行混合搅拌，配合搅拌棒的形状，可以使得物料在内胆中充分地得到剪切以及混合；当然了，搅拌桨500与驱动电机之间也是采用了相对的密封结构，保证在搅拌过程中，空气不会从搅拌桨500进入到料桶300中；

而当分散、剪切完成后，需要对浆料进行球磨，此时就需要往料桶中加入球磨球。而由于球磨球就存放在暂存管中，加球磨球的时候，首先保证暂存管620上端的开关阀640处于关闭状态，避免外界的空气通过漏斗进入到料桶中，然后打开暂存管下端的开关阀640，球磨球在重力的作用下通过下端的开关阀，顺利经过连通管630后进入到料桶300中。在整个添加球磨球的过程中，料桶300一直保持与外部空气的隔开，防止加料过程外部的空气涌入到料桶300中，造成纳米浆料发生团聚等不良反应。当然了，添加球磨球到暂存管的过程可以是在球磨前的任意时候进行。

加入了球磨球后，再次启动搅拌桨500，在搅拌桨500的高速带动下，纳米浆料与球磨球在内胆中发生激烈的摩擦碰撞，使得纳米浆料得到充分的球磨。

在整个的制备过程中，纳米浆料容易因为摩擦生热，而使得整个料桶的温度过高，在制备过程中，应该控制料桶在一个合适的范围内，因此，可以通过外料桶中通入冷却液，使得料桶的内胆维持在一个相对合适的温度下进行。进一步提高了纳米浆料的制备质量。

经分散、剪切与球磨后的纳米浆料，通过松开安装桶200与料桶300，驱动机构400即可带动料桶300下降复位，取下料桶300后，即可取出料桶300中的纳米浆料，清洗料桶300后，将料桶300放回到驱动机构400上，等待下次的作业。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种纳米浆料制备装置，其特征在于：包括机架，所述机架上设有安装桶、料桶与驱动机构，所述安装桶位于所述机架的一侧，所述驱动机构位于所述机架的另外一侧，所述料桶置于所述驱动机构上，所述驱动机构带动所述料桶靠近或远离所述安装桶，所述料桶与所述安装桶可拆连接；所述安装桶包括空腔，所述空腔中设有搅拌桨，所述安装桶包括桶壁，所述桶壁上设有球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管，所述球磨球加料机构、真空发生管、液体加料管均通过所述空腔与所述料桶连通。

2.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述球磨球加料机构包括漏斗、暂存管与连通管，所述暂存管位于漏斗与连通管之间，所述暂存管的两端均设有开关阀。

3.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述搅拌桨包括主轴，所述主轴上沿着轴线依次设有两条以上的搅拌棒，所述搅拌棒的轴线与所述主轴的轴线垂直，且相邻的两根的所述搅拌棒的轴线的夹角为30°~90°。

4.根据权利要求3所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述搅拌棒为六棱柱，所述搅拌棒包括六条侧棱，所述主轴穿过所述搅拌棒的其中一对侧棱。

5.根据权利要求3所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述主轴的末端还设有搅拌叶。

6.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述安装桶与料桶上均设有观察视窗。

7.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述料桶包括内胆与外壳，所述内胆与外壳之间设有夹层，所述料桶还包括冷却液循环通道，所述冷却液循环通道与所述夹层连通。

8.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述真空发生管、液体加料管上均设有三通连接管。

9.根据权利要求1所述的纳米浆料制备装置，其特征在于：所述驱动机构包括滑轨、托板，所述托板与所述滑轨滑动连接，所述托板上设有固定座，所述料桶安装在所述固定座上。

10.一种纳米浆料的制备方法，其特征在于：应用如上述权利要求1-9任意一项所述的纳米浆料制备装置，包括如下步骤：

A、将粉料倒入料桶中；

B、打开暂存管与漏斗之间的开关阀，将球磨球倒入暂存管；

C、料桶升起，与安装桶密封连接；

D、启动搅拌桨，对料桶的物料进行低速搅拌，使得物料得到充分的分散；

E、通过液体加料管加入液体料；

F、抽真空，并启动搅拌桨，搅拌桨高速转动，使得液体料与粉料在料桶中被充分地剪切、混合，制得纳米浆料半成品；

G、保持抽真空，关闭暂存管与漏斗之间的开关阀，打开暂存管与连通管之间的开关阀，使得球磨球能掉入料桶中；

H、继续启动搅拌桨，搅拌桨高速转动，使得料桶中的纳米浆料半成品与球磨球发生相对运动，在球磨球的作用下，对纳米浆料半成品进行球磨，从而制得所需的纳米浆料。

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