CN113752451A - 石墨烯导热膜的压膜装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供石墨烯导热膜的压膜装置，包括抽真空设备、真空腔室、上压头和下压头，所述上压头和下压头在真空腔室内，抽真空设备对真空腔室抽真空，多层石墨烯泡沫膜放置在下压头上，上压头或/和下压头对多层石墨烯泡沫膜进行压膜获得石墨烯导热膜。本发明还提供制备石墨烯导热膜的方法。本发明能够通过压延制备高密度的无气泡的石墨烯导热膜。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯导热膜技术领域，具体涉及一种石墨烯导热膜的压膜装置及制备方法。
背景技术
现有压实的工艺设备是通过平板冲压的方式实现压实。由于平板冲压过程只能是单片或者是少片的冲压而不能实现大量生产。在连续冲压的过程中，因为平板受力变形，所冲压的石墨膜的厚度始终不能控制在比较小的公差范围内，厚度一致性不好。由于是整个平面受力单片石墨膜所受到的压力和压强比不大，冲压出来的石墨膜密度不高。
现有压延设备采用辊压方式，没有抽真空的过程，需要多次辊压，表面具有气泡，很难把气泡赶出来。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种石墨烯导热膜的压膜装置，包括抽真空设备、真空腔室、上压头和下压头，所述上压头和下压头在真空腔室内，抽真空设备对真空腔室抽真空，多层石墨烯泡沫膜放置在下压头上，上压头或/和下压头对多层石墨烯泡沫膜进行压膜获得石墨烯导热膜。
可选地，所述压膜装置还包括模具，所述模具与上压头或/和下压头可拆卸连接，所述模具包括压头和压套，所述压套外包围所述压头，所述压套用于外包围多层石墨烯泡沫膜，所述压头用于对多层石墨烯泡沫膜压延。
可选地，所述压膜装置还包括腔室框架，所述腔室框架包围所述真空腔室，所述腔室框架包括上横梁、下横梁以及上横梁与下横梁之间的多根支撑柱，所述下压头固定在下横梁上，所述上压头固定在上横梁上。
可选地，所述压膜装置还包括观察窗，所述观察窗设置在真空腔室。
可选地，所述压膜装置还包括上连接件和下连接件，所述上连接件连接上压头和模具，所述下连接件连接模具和下压头。
可选地，所述上连接件和下连接件为法兰。
可选地，所述抽真空装置包括一台或多台真空泵。
可选地，所述压膜装置还包括空气开关，所述空气开关在抽真空时自动打开，不抽真空时自动关闭。
可选地，所述压膜装置还包括液压系统，用于对上压头和下压头单独进行加压。
可选地，所述液压系统包括电动驱动装置、液压缸、压力传感器和液压站，液压站用于储存液压油，电动驱动装置用于将液压站的液压油驱入液压缸，压力传感器检测液压缸达到的压力。
可选地，还包括接触器，所述接触器作为控制液压站电动驱动装置的开关。
可选地，还包括继电器，所述继电器用于控制输油方向，所述输油方向包括向上压头输油的输油方向和向下压头输油的输油方向。
可选地，所述液压系统还包括比例阀压力调节器，比例阀压力调节器调节液压油进入液压缸的速度，从而调节压力的增加速度。
可选地，所述压膜装置还包括光栅尺，所述光栅尺与上压头固定连接，用于测量上压头的移动距离。
可选地，所述压膜装置还包括控制系统，所述控制系统用于设定真空度，发送信号给抽真空设备，使得真空腔室达到所述设定真空度以及发送信号给上压头或/和下压头以控制压膜模式，所述压膜模式包括单向上加压、单向下加压和双向加压。
可选地，所述控制系统包括触摸屏和控制器，所述触摸屏用于真空度和压膜模式的输入和显示，所述控制器用于根据触摸屏的输入发送信号给抽真空设备、上压头或/和下压头。
可选地，所述压膜装置还包括控制柜，触摸屏设置在控制柜上，控制器设置在控制柜内。
可选地，所述控制器为PLC。
可选地，所述触摸屏用于输入客户端的指令，所述指令包括石墨烯导热膜的尺寸，所述控制器存储多个工艺配方及其对应的多个压力随时间变化的工艺曲线，所述控制器根据所述触摸屏输入指令调用对应的工艺配方，调用所述工艺配方对应的工艺曲线，发送信号上压头或/和下压头。
可选地，所述压膜装置还包括报警器，所述报警器用于对实时的上压头或/和下压头超过工艺曲线对应压力值设定范围时，发出报警信号。
可选地，所述压膜装置还包括应急开关，所述应急开关用于在故障时进行的断电保护。
可选地，相邻石墨烯泡沫膜之间设置有隔纸。
可选地，所述隔纸为铜版纸或/和钢板。
根据本发明的另一个方面，还提供一种利用上述压膜装置制备石墨烯导热膜的方法，包括：
构建真空腔室，将上压头和下压头放置在真空腔室内；
通过抽真空设备对真空腔室抽真空；
在达到设定真空度的真空腔室内通过上压头和下压头对多层石墨烯泡沫膜进行压延。
可选地，所述在达到设定真空度的真空腔室内通过上压头和下压头对石墨烯导热膜进行压延的步骤包括：
存储多组工艺配方；
调用与客户端指令对应的工艺配方；
根据工艺配方对应的工艺曲线发送信号给抽真空设备、上压头或/和下压头，所述工艺曲线包括压力随时间变化的曲线；
对真空度、压力进行记录、存储和实时显示。
可选地，还包括：
当实时的上压头或/和下压头超过工艺曲线对应压力值设定范围时，发出报警信号。
可选地，还包括：
在相邻石墨烯泡沫膜之间设置隔纸，优选地，所述隔纸为铜版纸或/和钢板。
本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置实现真空平压从而得到高密度的石墨烯导热膜，保证石墨烯导热膜的外观、压延厚度和生产效率且无气泡。
本发明所述石墨烯导热膜的压膜方法为高密度石墨烯导热膜的真空压延方法，能够实现高密度石墨烯的制备，有效提高石墨烯导热膜的产出及利用率，可以实现真空平压，使用此压延设备压完的石墨，具有良好的外观，不会产生气泡。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的主视图的示意图；
图2是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的俯视图的示意图；
图3是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的右视图的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的主视图的示意图，图2是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的俯视图的示意图，图3是本发明所述石墨烯导热膜的压膜装置的右视图的示意图，如图1-3所示，石墨烯导热膜的压膜装置包括真空腔室1以及设置在真空腔室内的上压头2和下压头3。
如图1-3所示，所述压膜装置还包括：
腔室框架4，采用双梁四立柱式，即上横梁41、下横梁42以及上横梁与下横梁42之间的多根支撑柱43，在腔室框架上设置真空抽气接孔44，真空腔室上观察窗11，真空腔室的顶梁12设有不锈钢上压头孔(优选为￠400mm)，通过加强筋13与304不锈钢材质的上压头2焊接为一体；真空腔室的底梁14设置有下压头孔，通过加强筋13与304不锈钢材质的下压头及焊接为一体，所述下压头或/和上压头安装高精度位移传感器，例如，上压头测距采用光栅电子尺(测距精度0.05mm)。
液压系统：采用电动输入方式，双向加压。由液压站5配有进口比例阀压力调节器52、压力传感器、液压缸51等相关液压装置。经严格加工及调整使上横梁和下横梁的中心安装孔同心度在设定误差阀内，真空腔室上的不锈钢上压头与液压缸的连接方式为法兰连接，保证上压头和下压头的平行度。液压系统具有泄压与保压功能，用来驱动油缸，具有自动整定压力。
抽真空设备，所述抽真空设备采用二机泵配置，即采用两台真空泵61，两台真空泵由一台H-150滑阀泵、一台ZJP-600罗茨泵组成，所述抽真空设备还包括阀门62(优选为气动真空蝶阀)、真空压力表63，真空管道与真空泵采用金属波纹管64联接，真空压力表测量真空腔室的真空度，优选地，真空压力表为数显真空计。
控制系统：采用控制柜7，集成了通风系统。控制柜上安装有触摸屏(例如液晶触摸屏)和控制器(例如PLC)，通过触摸屏的输入和控制器的控制可设定抽至指定真空度后，自动执行加压程序，至加压工艺结束；及选择单向上加压、单向下加压或双向加压三种压膜模式。
优选地，压膜装置还包括空气开关、接触器、继电器、指示灯等元器件，通过各种传感器的信号，实现压膜设备的机械机构的逻辑控制。对真空度、压力进行记录、存储、实时显示、设定工艺曲线，具有多组工艺配方的储存、调用功能。全部工况动作配有安全联锁保护，例如，设置的声光报警及保护应急开关。
在一个实施例中，压膜装置还包括模具8，与上压头可拆卸连接，所述模具包括压头81和压套82，所述压套外包围所述压头，所述压套用于外包围多层石墨烯泡沫膜，所述压头用于压延多层石墨烯泡沫膜，所述压头用于将多层石墨烯泡沫膜在压头和下压头之间压延。
在一个实施例中，所述压膜装置还包括上连接件21和下连接件31，所述上连接件连接上压头和模具，所述下连接件连接模具和下压头。
优选地，所述上连接件和下连接件为法兰。
利用上述压膜装置对压膜的方法包括：
控制柜上打开电源，根据需要的工艺配方在触摸屏上进行修改，所述工艺配方包括升压时间、保压时间和压力，把需要压延的产品放置于真空腔室的模具内，关闭腔门后使用手轮9锁紧。在控制柜上打开柱塞泵(真空泵)，抽真空，下降模具的压头。待工艺时间结束后，放气，打开柱塞泵，上升模具的压头。
在一个具体实施例中，采用本发明的压膜装置根据下表1中的工艺配方分别对钢板纸或/和作为隔纸制备石墨烯导热膜：
表1
具体地，厚度500～600微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，一张铜版纸一张石墨烯泡沫膜作为一组，叠放300组后放到，300*345mm模具中进行压膜，在真空度小于500pa的条件下按照上述表1中的工艺配方进行压膜，压完后重新叠成一张0.2mm钢板(表面粗糙度Ra≤0.4)一张压膜后的石墨烯泡沫膜按照上述表1中的工艺配方进行压膜，最终获得膜厚为50um、密度为2.03g/cm3的石墨烯导热膜。
不采用真空压延设备可通过多次压延且保证没有气泡的情况下，密度可以做到1.4g/cm3，比本发明获得的石墨烯导热膜的密度小的多，石墨理论极限密度为2.26g/cm3，本发明接近极限密度，密度越高，孔隙越少。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，包括抽真空设备、真空腔室、上压头和下压头，所述上压头和下压头在真空腔室内，抽真空设备对真空腔室抽真空，多层石墨烯泡沫膜放置在下压头上，上压头或/和下压头对多层石墨烯泡沫膜进行压膜获得石墨烯导热膜。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，还包括模具，所述模具与上压头或/和下压头可拆卸连接，所述模具包括压头和压套，所述压套外包围所述压头，所述压套用于外包围多层石墨烯泡沫膜，所述压头用于对多层石墨烯泡沫膜压延；
优选地，还包括腔室框架，所述腔室框架包围所述真空腔室，所述腔室框架包括上横梁、下横梁以及上横梁与下横梁之间的多根支撑柱，所述下压头固定在下横梁上，所述上压头固定在上横梁上；
进一步优选地，还包括观察窗，所述观察窗设置在真空腔室；
进一步优选地，还包括上连接件和下连接件，所述上连接件连接上压头和模具，所述下连接件连接模具和下压头，优选地，所述上连接件和下连接件为法兰。
3.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，所述抽真空装置包括一台或多台真空泵；优选地，还包括空气开关，所述空气开关在抽真空时自动打开，不抽真空时自动关闭。
4.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，还包括液压系统，用于对上压头和下压头单独进行加压；
优选地，所述液压系统包括电动驱动装置、液压缸、压力传感器和液压站，液压站用于储存液压油，电动驱动装置用于将液压站的液压油驱入液压缸，压力传感器检测液压缸达到的压力；优选地，还包括接触器，所述接触器作为控制液压站电动驱动装置的开关；优选地，还包括继电器，所述继电器用于控制输油方向，所述输油方向包括向上压头输油的输油方向和向下压头输油的输油方向；
进一步优选地，所述液压系统还包括比例阀压力调节器，比例阀压力调节器调节液压油进入液压缸的速度，从而调节压力的增加速度。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，还包括光栅尺，所述光栅尺与上压头固定连接，用于测量上压头的移动距离。
6.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统用于设定真空度，发送信号给抽真空设备，使得真空腔室达到所述设定真空度以及发送信号给上压头或/和下压头以控制压膜模式，所述压膜模式包括单向上加压、单向下加压和双向加压。
7.根据权利要求6所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，所述控制系统包括触摸屏和控制器，所述触摸屏用于真空度和压膜模式的输入和显示，所述控制器用于根据触摸屏的输入发送信号给抽真空设备、上压头或/和下压头，优选地，还包括控制柜，触摸屏设置在控制柜上，控制器设置在控制柜内，进一步优选地，所述控制器为PLC。
8.根据权利要求7所述的石墨烯导热膜的压膜装置，其特征在于，所述触摸屏用于输入客户端的指令，所述指令包括石墨烯导热膜的尺寸，所述控制器存储多个工艺配方及其对应的多个压力随时间变化的工艺曲线，所述控制器根据所述触摸屏输入指令调用对应的工艺配方，调用所述工艺配方对应的工艺曲线，发送信号上压头或/和下压头；优选地，还包括报警器，所述报警器用于对实时的上压头或/和下压头超过工艺曲线对应压力值设定范围时，发出报警信号；优选地，还包括应急开关，所述应急开关用于在故障时进行的断电保护。
9.一种利用权利要求1所述压膜装置制备石墨烯导热膜的方法，其特征在于，包括：
构建真空腔室，将上压头和下压头放置在真空腔室内；
通过抽真空设备对真空腔室抽真空；
在达到设定真空度的真空腔室内通过上压头和下压头对多层石墨烯泡沫膜进行压延。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在达到设定真空度的真空腔室内通过上压头和下压头对石墨烯导热膜进行压延的步骤包括：
存储多组工艺配方；
调用与客户端指令对应的工艺配方；
根据工艺配方对应的工艺曲线发送信号给抽真空设备、上压头或/和下压头，所述工艺曲线包括压力随时间变化的曲线；
对真空度、压力进行记录、存储和实时显示。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN110094974A (zh) * | 2018-01-31 | 2019-08-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种模块化组合材料高通量热压烧结装置及其使用方法 |
| CN113043586A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | 广东思沃精密机械有限公司 | 真空压膜装置及压膜机 |
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2021
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