CN113910479A - 一种石墨烯板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯的应用技术领域，具体涉及一种在粉料输送过程中即可实现粉料的充分混合的石墨烯板材的制备方法，包括步骤一、取石墨烯粉末和电气石粉末，分别置于两个盛装桶内，取PVC树脂置于搅拌釜内，石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：2‑5：150‑450；步骤二、石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，通过振动槽的振动充分混合均匀，通过振动槽的振动向振动槽的前端输送；步骤三、输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内；步骤四、落入到搅拌釜内的粉末与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料。采用本方法制备的板材机械强度高，且具备保健功效。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯的应用技术领域，具体为一种石墨烯板材的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只有大约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，因此适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池，石墨烯的应用领域十分广泛，比较常见的一个应用便是用于制造板材。
现有技术中，石墨烯板材通常包括涂覆层和骨架材料，涂覆层包括石墨烯粉末和PVC树脂，其他粉料根据板材的具体性能要求而加入，比如如果是加热板材，则还可以加入碳纤维发热材料，石墨烯板材的常规制备方法是先一次性将各种粉料直接混合，混合后的粉料再与骨架材料混合，最后进行高温压制，存在的问题在于：各种粉料直接一次性倒在一起混合存在混合不均匀的问题，导致影响成型后的石墨烯板材的性能，且现有制备方法制备出的板材功能单一，不具备保健功效。
发明内容
本发明意在提供一种在粉料输送过程中即可实现粉料的充分混合的石墨烯板材的制备方法，采用本方法制备的板材机械强度高，且具备保健功效。
一种石墨烯板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取一定量的石墨烯粉末和电气石粉末，分别置于两个盛装桶内，取一定量的PVC树脂置于搅拌釜内，所述石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：2-5：150-450；
步骤二、位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，通过振动槽的振动充分混合均匀，混合均匀的粉末通过振动槽的振动向振动槽的前端输送；
步骤三、输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内；
步骤四、落入到搅拌釜内的粉末与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料。
本发明的有益效果在于：1、本发明方案中加入了石墨烯粉末，使得采用该方法制备的板材具有机械强度高、质量轻等优点；进一步加入了电气石粉末，电气石具有放射4-18微米波长远红外线的特性，电气石会吸收人体热量并转换成负离子和远红外线反作用于人体，改善血液循环，促进新陈代谢，增强细胞活力，因此采用本方案制备的石墨烯板材具备采用本方法制备的板材可用于健康取暖，具备保健功效；
2、位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，也就是石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂不是直接一次性全部混合在一起，而是先分次将石墨烯粉末和电气石粉末在振动槽内通过振动槽的振动混合均匀，并且在倾斜设置的振动槽的振动作用下混合的同时向前端输送，输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料，采用本方法分次等量的将两种粉料混合，首先可以确保两种粉料充分混合均匀，然后再分次等量的输送到搅拌釜内，边搅拌边混合可以进一步确保PVC树脂与两种粉料混合的均匀性；
3、采用本方法，通过振动槽的振动，不仅可以实现粉料的输送，而且在输送过程中可以实现两种粉料的充分混合，一举两得，具备创新性和实用性。
进一步，所述搅拌棒通过电机带动旋转，所述振动槽通过一旋转的凸轮带动上下振动，所述凸轮和搅拌棒之间通过齿轮和转轴传动。
采用此种传动方式，无需额外设置动力来带动振动槽振动，节约能源。在电机带动搅拌棒旋转的同时，旋转的搅拌棒带动齿轮转动，凸轮和齿轮通过转轴同轴设置，齿轮的转动带动凸轮转动，凸轮在转动的时候，其凸缘间歇的将振动槽向上顶起，进而实现振动槽的上下振动。
进一步，两个盛装桶底部设置的出料口均通过振动槽上部设置的磁铁和出料门上设置的铁块的相互排斥作用打开。
采用此种出料方式，无需额外设置动力或者电路结构带动出料门自动出料，而是通过振动槽的上下振动就可实现自动出料，结构巧妙。其原理是：在两个盛装桶底部设置可以向内部翻开的出料门，出料门上设置铁块，振动槽上部设置磁铁，磁铁和铁块相互排斥，这样在振动槽向上振动的时候，振动槽靠近两个盛装桶底部，由于磁铁和铁块之间相互排斥，迫使出料门向内部翻开，石墨烯粉末和电气石粉末分别从两个盛装桶内向下掉落在振动槽上，从而实现两种粉料的自动出料，振动槽向下振动的时候，振动槽远离两个盛装桶底部，磁铁不再对铁块产生排斥作用，出料门恢复原位将两个盛装桶底部封闭。
进一步，输送到振动槽前端的粉末通过振动槽前端设置的重力门等量的从振动槽落入到搅拌釜内。
重力门的作用原理是，到达重力门的粉料重量达到设定重量时，重力门才会打开，采用此种设计方式，可以将两种混合粉料自动等量输送到搅拌釜内，而无需依靠其他动力机构或者电路结构，结构简单，设计巧妙。
进一步，所述的重力门与振动槽的槽底之间通过扭簧连接。采用此种设计方式，通过选定或设定扭簧的弹性系数，即可实现在粉料同等重量下，每次重力门打开的角度都是一致的，以此满足每次加入搅拌釜内粉料的重量一致性的要求。
进一步，还包括步骤五、采用捏合机将步骤四所得初级混合物料与骨架材料充分混合形成终极混合物料，初级混合物料与骨架材料的质量比为：1：2-4。采用捏合机将初级混合物料与骨架材料在混合的时候捏合，可以确保混合的均匀性，并且在捏合的同时可以初步成型。
进一步，所述的骨架材料为珍珠岩。珍珠岩具有容重轻、保温性能好、憎水率高（憎水率可达98%以上）、强度好、导热系数低、施工方便等优点,独特的憎水性能,克服了其他保温材料受潮或淋水后其保温隔热性能大为降低的缺点。
进一步，为了确保捏合初步成型的效果，步骤五中捏合机的捏合时间为2-4h。
进一步，为了最终成型制得石墨烯板材，本方法还包括步骤六、采用高压机对终极混合物料进行高温压制，压制后制得石墨烯板材。
进一步，为了确保高温压制的效果，控制温度和压力，高温压制的温度为160-180℃，压力60-70pa/cm。
附图说明
图1为本发明石墨烯板材的制备方法所采用的设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：搅拌桶1、搅拌棒2、第一锥齿轮3、第二锥齿轮4、凸轮5、振动槽6、重力门7、盛装桶8、出料门9、磁铁10、铁块11。
本实施例中，石墨烯板材的制备采用的设备如附图1所示，该设备包括搅拌桶1，搅拌桶1顶部设置进料口，在所述搅拌桶1内设置有搅拌棒2，所述搅拌棒2的一端伸出所述搅拌桶1并与电机的输出轴传动，搅拌棒2的另一端设有搅拌叶，在所述搅拌棒2伸出搅拌桶1的一端同轴设置有第一锥齿轮3，与第一锥齿轮3啮合的设置有第二锥齿轮4，第二锥齿轮4固定设置在一转轴上，在所述转轴上设置有一凸轮5，所述凸轮5的外缘与一倾斜设置的振动槽6的低端底部相抵。
还包括一底座，振动槽6远离凸轮5的一端间隙的安装在底座上，转轴远离第二锥齿轮4的一端通过轴承安装在底座上。振动槽6低端处设置有重力门7，重力门7位置正对搅拌桶的进料口，具体结构是：所述的重力门7与振动槽6的槽底之间通过扭簧连接。振动槽6的高端铰接，在所述振动槽6高端的上方分别并排设置两个盛装桶8，分别用于盛装石墨烯粉末和电气石粉末，每个盛装桶8的底部均设置有可自动卸料的出料口和出料门9，出料口和出料门9的具体结构是：振动槽6上部设置有磁铁10，出料门9上设置有铁块11，在振动槽向上振动靠近出料门时，通过磁铁10和铁块11之间相互的排斥作用将出料门出料口打开。
上述设备的工作原理如下：先将PVC树脂置于搅拌桶内，石墨烯粉末和电气石粉末分别置于两个盛装桶内，石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：2-5：150-450。
启动电机，电机带动搅拌棒转动，通过搅拌棒对搅拌桶内的物料进行搅拌，与搅拌棒同轴的第一锥齿轮转动，从而带动第二锥齿轮转动，通过第一锥齿轮和第二锥齿轮的配合将水平方向的转动变换为竖直方向的转动，第二锥齿轮转动带动凸轮转动，凸轮的凸缘转动到上部时，迫使振动槽向上振动，振动槽向盛装桶底部靠近，磁铁和铁块相互靠近，在排斥力的作用下，使盛装桶的出料门向内翻开，从而打开出料口，由于磁铁对两个铁块的排斥力是相同的，因此两出料门打开的角度是一致的，所以两个盛装桶每次出料的量都是一致且相同的，位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末同时从两个盛装桶内落入振动槽，凸轮继续转动，凸缘转动到下部时，振动槽向下振动，振动槽远离两个盛装桶底部，磁铁不再对铁块产生排斥力，出料门复位关闭出料口，由于振动槽是倾斜设置的，因此在振动槽振动过程中，既可以将石墨烯粉末和电气石粉末进行混合，混合均匀，又可以将两种粉末向前端输送，输送到振动槽重力门处，当重力门处的混合物料达到一定重量时，重力门将打开，使混合物料等量的落入到搅拌桶内，在搅拌棒的搅拌作用下，与PVC树脂混合，由于两种粉末是边搅拌边逐渐加入到PVC树脂的，因此可以确保三种粉末的充分混合。
基于上述设备，本实施例公开的一种石墨烯板材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取一定量的石墨烯粉末和电气石粉末，分别置于两个盛装桶内，取一定量的PVC树脂置于搅拌釜内，所述石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：2：150。在其他实施例中，石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：5：450。
步骤二、位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，本实施例中两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末均是自动落入振动槽内的，出料门自动打开的原理具体是：两个盛装桶底部设置的出料口均通过振动槽上部设置的磁铁和出料门上设置的铁块的相互排斥作用打开。
通过振动槽的振动充分混合均匀，混合均匀的粉末通过振动槽的振动向振动槽的前端输送；本实施例中，所述搅拌棒通过电机带动旋转，所述振动槽通过旋转的凸轮带动上下振动，所述凸轮和搅拌棒之间通过齿轮和转轴传动，具体是搅拌棒和凸轮之间通过第一锥齿轮、第二锥齿轮和转轴传动。
步骤三、输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内，本实施例中输送到振动槽前端的粉末是自动落入到搅拌桶内的，具体的原理是：输送到振动槽前端的粉末通过振动槽前端设置的重力门等量的从振动槽落入到搅拌釜内，具体结构是：重力门与振动槽的槽底之间通过扭簧连接。
步骤四、落入到搅拌釜内的粉末与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料。
步骤五、采用捏合机将步骤四所得初级混合物料与骨架材料充分混合形成终极混合物料，初级混合物料与骨架材料的质量比为：1：2-4；所述的骨架材料为珍珠岩，捏合机的捏合时间为2-4h。
步骤六、采用高压机对终极混合物料进行高温压制，高温压制的温度为160-180℃，压力60-70pa/cm，压制后制得石墨烯板材。
采用本实施例的方法，在石墨烯板材中加入了石墨烯粉末，使得板材具有机械强度高、质量轻等优点；加入了电气石粉末，电气石具有放射4-18微米波长远红外线的特性，电气石会吸收人体热量并转换成负离子和远红外线反作用于人体，改善血液循环，促进新陈代谢，增强细胞活力，可用于健康取暖，具备保健功效。
采用本制备方法，位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，也就是石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂不是直接一次性全部混合在一起，而是先分次将石墨烯粉末和电气石粉末在振动槽内通过振动槽的振动混合均匀，并且在倾斜设置的振动槽的振动作用下混合的同时向前端输送，输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料，采用本方法分次等量的将两种粉料混合，首先可以确保两种粉料充分混合均匀，然后再分次等量的输送到搅拌釜内，边搅拌边混合可以进一步确保PVC树脂与两种粉料混合的充分性和均匀性，使得最终制备的板材各项性能均能得到保证。
以上所述的仅是本发明的实施例，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种石墨烯板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取一定量的石墨烯粉末和电气石粉末，分别置于两个盛装桶内，取一定量的PVC树脂置于搅拌釜内，所述石墨烯粉末、电气石粉末和PVC树脂的质量比为1：2-5：150-450；
步骤二、位于两个盛装桶内的石墨烯粉末和电气石粉末每次同时等量的从两个盛装桶内落入到倾斜设置的振动槽内，通过振动槽的振动充分混合均匀，混合均匀的粉末通过振动槽的振动向振动槽的前端输送；
步骤三、输送到振动槽前端的粉末每次等量的从振动槽落入到搅拌釜内；
步骤四、落入到搅拌釜内的粉末与PVC树脂在搅拌棒的搅拌下，充分混合均匀，形成初级混合物料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，所述搅拌棒通过电机带动旋转，所述振动槽通过一旋转的凸轮带动上下振动，所述凸轮和搅拌棒之间通过齿轮和转轴传动。
3.根据权利要求1所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，两个盛装桶底部设置的出料口均通过振动槽上部设置的磁铁和出料门上设置的铁块的相互排斥作用打开。
4.根据权利要求1所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，输送到振动槽前端的粉末通过振动槽前端设置的重力门等量的从振动槽落入到搅拌釜内。
5.根据权利要求4所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，所述的重力门与振动槽的槽底之间通过扭簧连接。
6.根据权利要求1所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，还包括步骤五、采用捏合机将步骤四所得初级混合物料与骨架材料充分混合形成终极混合物料，初级混合物料与骨架材料的质量比为：1：2-4。
7.根据权利要求6所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，所述的骨架材料为珍珠岩。
8.根据权利要求7所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，步骤五中捏合机的捏合时间为2-4h。
9.根据权利要求6所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，还包括步骤六、采用高压机对终极混合物料进行高温压制，压制后制得石墨烯板材。
10.根据权利要求9所述的石墨烯板材的制备方法，其特征在于，高温压制的温度为160-180℃，压力60-70pa/cm。
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