CN116116514B - 一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法 - Google Patents

一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法，其涉及碳纳米管复合材料制备技术领域，包括球磨外筒、分隔板、第一球磨内筒、旋接及支撑组件、第二球磨内筒以及定位座，其中，球磨外筒水平放置且可绕自身轴线转动，球磨外筒的中部固定有分隔板，用于将球磨外筒分隔为第一球磨空间和第二球磨空间，所述第一球磨空间和第二球磨空间中分别设置有第一球磨内筒和第二球磨内筒，通过配置第一球磨内筒和第二球磨内筒可以进一步提高第一球磨空间和第二球磨空间的独立性，使得可以同时球磨不同的料体，并且，第一球磨内筒和第二球磨内筒可以互相交替使用，减少球磨外筒的停机时间，提高了整体的球磨效率。

Description

一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法
技术领域
本发明涉及碳纳米管复合材料制备技术领域，具体是一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法。
背景技术
不同的碳纳米管复合材料需要采用不同的制备设备和制备方法，其中包括插层复合法、共混法、原位聚合法以及溶胶-凝胶法，其中，共混法是通过溶液共混、乳液共混与溶液共混、熔融共混和机械共混等4种方式制得纳米复合材料，此法是制备纳米复合材料最简单的方法,适合各种形态的纳米粒子。
在制备CNTs-Al4C3/Al时，需要采用机械共混法并使用球磨设备，机械共混法将纳米粒子与材料的合成分步进行，可控制粒子状态、尺寸；其难点是粒子的分散问题，由于纳米粒子比表面积大和比表面能极大，因此,极易发生团聚，难以保证纳米粒子在聚合物基体中的均匀分散，失去纳米粒子的特殊性质，控制粒子微区相尺寸及尺寸分布,另外，现有的球磨设备体积虽然较大，但是一次只能够球磨同一种料体，在球磨过程中还需不断的停机降温，效率较低，尤其应用于实验设备时，其同一种料体的需求量较小，进一步降低了其效率并且整体的稳定性一般。
因此，有必要提供一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纳米管复合材料的制备装置，包括球磨外筒、分隔板、第一球磨内筒、旋接及支撑组件、第二球磨内筒以及定位座，其中，所述球磨外筒水平放置且可绕自身轴线转动，所述球磨外筒的中部固定有分隔板，用于将球磨外筒分隔为第一球磨空间和第二球磨空间，所述第一球磨空间和第二球磨空间中分别设置有第一球磨内筒和第二球磨内筒，且所述第一球磨内筒和第二球磨内筒的结构相同，所述第一球磨内筒和第二球磨内筒的外侧均固定有多个呈圆周分布的定位座，所述球磨外筒上开设有对应于定位座的槽体，槽体中轴向限位滑动连接有旋接及支撑组件，所述旋接及支撑组件在轴向移动位置调节时，能够与定位座相对旋转的连接或与定位座相对固定的连接。
进一步，作为优选，所述定位座为凸台状；
所述旋接及支撑组件包括移动座、轴承以及第一卡头，其中，所述移动座轴向限位滑动连接于槽体中，多个移动座的底部共同连接有所述轴承，所述轴承的内侧固定有对应于定位座的第一卡头。
进一步，作为优选，所述旋接及支撑组件还包括减震垫和第二卡头，其中，所述移动座的下方固定有减震垫，所述减震垫的另一侧固定有对应于定位座的第二卡头。
进一步，作为优选，多个减震垫的中部共同嵌入连接有减震环。
进一步，作为优选，所述定位座的中部开设有螺纹孔，所述移动座、减震垫以及第二卡头上开设有贯通孔，所述贯通孔中还设置有锁紧杆，所述锁紧杆能够与螺纹孔螺纹连接。
进一步，作为优选，所述移动座还采用弹簧与球磨外筒相连，初始阶段，在弹簧作用下，第一卡头与定位座相连接。
进一步，作为优选，所述球磨外筒的外部同轴固定有从动齿环和支撑环，其中，所述从动齿环与驱动齿轮所啮合，所述驱动齿轮具有动力，所述支撑环由支撑轮所支撑。
进一步，作为优选，所述第一球磨内筒和第二球磨内筒中均固定有提升环，所述提升环上开设有多个提升槽，所述提升槽的内径小于磨球的直径。
一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将碳纳米管粉末与铝粉混合后放置于第一球磨内筒中进行球磨后，得到含有Al4C3的复合粉体；将碳纳米管与含有Al4C3的复合粉体混合后放置于第二球磨内筒中；
S2.通过调节旋接及支撑组件使得第一球磨内筒能够随球磨外筒转动，进而实现球磨，且球磨时间为30-50分钟，而第二球磨内筒保持静止；
S3.通过调节旋接及支撑组件使得第一球磨内筒和第二球磨内筒的运动状态发生互换，互换时间为30-50分钟；
S4.重复3-8次步骤S2-S3，在第一球磨内筒中得到含有Al4C3的复合粉体，其可以作为下一次制备的基础材料，在第二球磨内筒中得到CNTs-Al4C3/Al的复合粉体；
S5.将CNTs-Al4C3/Al的复合粉体进行后处理从而得到碳纳米管复合材料，其中，后处理为：CNTs-Al4C3/Al的复合粉体在室温下冷压成型，在氩气环境中烧结得到CNTs-Al4C3/Al复合材料烧结坯，将烧结坯进行热挤压后得到碳纳米管复合材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种碳纳米管复合材料的制备装置及方法，具备以下有益效果：
本发明实施例中，通过配置第一球磨内筒和第二球磨内筒可以进一步提高第一球磨空间和第二球磨空间的独立性，使得可以同时球磨不同的料体，并且，第一球磨内筒和第二球磨内筒可以互相交替使用，减少球磨外筒的停机时间，提高了整体的球磨效率，再者，第一球磨内筒和第二球磨内筒与球磨外筒之间构成了双重结构，如此则能够保证其强度，进而应对磨球的震荡，并且，在球磨过程中减振垫能够为第一球磨内筒和第二球磨内筒提供减振，从而减少其对于球磨外筒的影响，使得其在转动过程中能够更加的顺畅，提高了从动齿环与驱动齿轮的使用寿命。
附图说明
图1为一种碳纳米管复合材料的制备装置的结构示意图；
图2为一种碳纳米管复合材料的制备装置中旋接及支撑组件中包含第一卡头的结构示意图；
图3为图2中A处放大结构示意图；
图4为一种碳纳米管复合材料的制备装置中旋接及支撑组件中包含第二卡头的结构示意图一；
图5为一种碳纳米管复合材料的制备装置中旋接及支撑组件中包含第二卡头的结构示意图二；
图中：1、球磨外筒；2、分隔板；3、第一球磨内筒；4、提升环；5、定位座；6、旋接及支撑组件；7、进料口；8、从动齿环；9、驱动齿轮；10、支撑环；11、支撑轮；12、第二球磨内筒；61、移动座；62、轴承；63、第一卡头；64、减震垫；65、第二卡头；66、锁紧杆；67、减震环。
实施方式
请参阅图1～图5，本发明实施例中，一种碳纳米管复合材料的制备装置，包括球磨外筒1、分隔板2、第一球磨内筒3、旋接及支撑组件6、第二球磨内筒12以及定位座5，其中，所述所述球磨外筒1的一侧设有进料口7，且所述球磨外筒1水平放置且可绕自身轴线转动，具体而言，所述球磨外筒1的外部同轴固定有从动齿环8和支撑环10，其中，所述从动齿环8与驱动齿轮9所啮合，所述驱动齿轮9具有动力，所述支撑环10由支撑轮11所支撑，并且，驱动齿轮9与从动齿环8被配置为当驱动齿轮9转动12圈时，所述从动齿环8转动一圈；
较佳的，球磨外筒1的外部同轴固定有两个支撑环10，两个支撑环10呈对称设置；
所述球磨外筒1的中部固定有分隔板2，用于将球磨外筒1分隔为第一球磨空间和第二球磨空间，所述第一球磨空间可进行独立的球磨处理，所述第二球磨空间也可进行独立的球磨处理，如此则可以充分利用球磨外筒1的空间，提高整体的球磨效率；
所述第一球磨空间和第二球磨空间中分别设置有第一球磨内筒3和第二球磨内筒12，且所述第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的结构相同，通过配置所述第一球磨内筒3和第二球磨内筒12可以进一步提高第一球磨空间和第二球磨空间的独立性；另外，所述第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的外侧均固定有多个呈圆周分布的定位座5，所述球磨外筒1上开设有对应于定位座5的槽体，槽体中轴向限位滑动连接有旋接及支撑组件6，所述旋接及支撑组件6在轴向移动位置调节时，能够与定位座5相对旋转的连接或与定位座5相对固定的连接。
也就是说，在实施时，通过调节旋接及支撑组件6在轴向的位置即可使得所述第一球磨内筒3或者第二球磨内筒12随球磨外筒1的转动而转动，或者使得所述第一球磨内筒3和第二球磨内筒12均随球磨外筒1的转动而转动；
更进一步的讲，第一球磨内筒3和第二球磨内筒12中均放置有待球磨的料体，开始阶段，第一球磨内筒3可随球磨外筒1的转动而转动，第二球磨内筒12则保持静止状态，当第一球磨内筒3中料体的温度上升到阈值时，此时调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3保持静止，而第二球磨内筒12随球磨外筒1的转动而转动，从而节省了停机时间，提高了球磨效率。
具体而言，所述定位座5为凸台状；
所述旋接及支撑组件6包括移动座61、轴承62以及第一卡头63，其中，所述移动座61轴向限位滑动连接于槽体中，多个移动座61的底部共同连接有所述轴承62，所述轴承62的内侧固定有对应于定位座5的第一卡头63。
另外，所述旋接及支撑组件6还包括减震垫64和第二卡头65，其中，所述移动座61的下方固定有减震垫64，所述减震垫64的另一侧固定有对应于定位座5的第二卡头65。
需要特别注意的是，定位座5始终与旋接及支撑组件6相接触，从而由旋接及支撑组件6为定位座5提供支撑，而旋接及支撑组件6实际具有两个接触点，分别为第一卡头63和第二卡头65；
以第一球磨内筒3为实施例：当第一卡头与第一球磨内筒3的定位座5接触时，在轴承62作用下，球磨外筒1转动过程中，第一球磨内筒3可以保持静止，而当第二卡头65与第一球磨内筒3的定位座5接触时，球磨外筒1转动过程中，第一球磨内筒3可以随之转动；还需注意的是，在球磨时，磨球由于惯性、离心力以及摩擦力的作用，使它附在第一球磨内筒3的内壁上被第一球磨内筒3带走，当被带到一定的高度时候，由于其本身的重力作用而被抛落，下落的磨球像抛射体一样将第一球磨内筒3的物料给击碎，达到充分球磨的效果，在这一过程中，磨球容易震荡所述第一球磨内筒3，而本实施例中，第一球磨内筒3与球磨外筒之间构成了双重结构，如此则能够保证其强度，进而应对磨球的震荡，并且，在球磨过程中减振垫64能够为第一球磨内筒3提供减振，从而减少其对于球磨外筒1的影响，使得其在转动过程中能够更加的顺畅，提高了从动齿环与驱动齿轮的使用寿命。
作为较佳的实施例，多个减震垫64的中部共同嵌入连接有减震环67。
为了进一步提高第一球磨内筒3和第二球磨内筒12在转动过程中的稳定性，所述定位座5的中部开设有螺纹孔，所述移动座61、减震垫64以及第二卡头65上开设有贯通孔，所述贯通孔中还设置有锁紧杆66，所述锁紧杆66能够与螺纹孔螺纹连接。
作为较佳的实施例，所述移动座61还采用弹簧与球磨外筒1相连，初始阶段，在弹簧作用下，第一卡头63与定位座5相连接。
本实施例中，所述球磨外筒1的外部同轴固定有从动齿环8和支撑环10，其中，所述从动齿环8与驱动齿轮9所啮合，所述驱动齿轮9具有动力，所述支撑环10由支撑轮11所支撑。
本实施例中，所述第一球磨内筒3和第二球磨内筒12中均固定有提升环4，所述提升环4上开设有多个提升槽，所述提升槽的内径小于磨球的直径。
需要特别注意的是，以第一球磨内筒3为实施例：在球磨时，磨球由于惯性、离心力以及摩擦力的作用，使它附在第一球磨内筒3的内壁上被第一球磨内筒3带走，当被带到一定的高度时候，由于其本身的重力作用而被抛落，下落的磨球像抛射体一样将第一球磨内筒3的物料给击碎，达到充分球磨的效果，在这一过程中，只有第一球磨内筒3的转速达到一定时才能够使得磨球被带到一定高度，而本实施例中，第一球磨内筒3中固定有提升环4，所述提升环4上开设有多个提升槽，所述提升槽的内径小于磨球的直径，如此则使得磨球能够卡嵌于提升槽中，并随提升槽的提升而提升，此时，第一球磨内筒3的转速不需要达到预设转速；
还需注意的是，提升环4应与第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的内壁充分接触，
当然，在实施时，还可能存在料体抢占提升槽的情况，实际上，在球磨时，磨球的数量较多，部分磨球是能够卡嵌于提升槽中，并且，即使部分料体抢占提升槽，其会随提升槽的提升而扬起，这样能够使得其能够更佳充分的被球磨，减少堆积的情况发生。
一种碳纳米管复合材料的制备方法，
实施例一，包括如下步骤：
S1.将碳纳米管粉末与铝粉混合后放置于第一球磨内筒3中进行球磨后，得到含有Al4C3的复合粉体；将碳纳米管与含有Al4C3的复合粉体混合后放置于第二球磨内筒12中；
S2.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3能够随球磨外筒1转动，进而实现球磨，且球磨时间为30分钟，而第二球磨内筒12保持静止；
S3.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒和第二球磨内筒12的运动状态发生互换，互换时间为30分钟；
S4.重复3-8次步骤S2-S3，在第一球磨内筒3中得到含有Al4C3的复合粉体，其可以作为下一次制备的基础材料，在第二球磨内筒12中得到CNTs-Al4C3/Al的复合粉体；
S5.将CNTs-Al4C3/Al的复合粉体进行后处理从而得到碳纳米管复合材料，其中，后处理可以为：CNTs-Al4C3/Al的复合粉体在室温下冷压成型，在氩气环境中烧结得到CNTs-Al4C3/Al复合材料烧结坯，将烧结坯进行热挤压后得到碳纳米管复合材料。
实施例二，包括如下步骤：
S1.将碳纳米管粉末与铝粉混合后放置于第一球磨内筒3中进行球磨后，得到含有Al4C3的复合粉体；将碳纳米管与含有Al4C3的复合粉体混合后放置于第二球磨内筒12中；
S2.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3能够随球磨外筒1转动，进而实现球磨，且球磨时间为40分钟，而第二球磨内筒12保持静止；
S3.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的运动状态发生互换，互换时间为40分钟；
S4.重复3-8次步骤S2-S3，在第一球磨内筒3中得到含有Al4C3的复合粉体，其可以作为下一次制备的基础材料，在第二球磨内筒12中得到CNTs-Al4C3/Al的复合粉体；
S5.将CNTs-Al4C3/Al的复合粉体进行后处理从而得到碳纳米管复合材料，其中，后处理可以为：CNTs-Al4C3/Al的复合粉体在室温下冷压成型，在氩气环境中烧结得到CNTs-Al4C3/Al复合材料烧结坯，将烧结坯进行热挤压后得到碳纳米管复合材料。
实施例三，包括如下步骤：
S1.将碳纳米管粉末与铝粉混合后放置于第一球磨内筒3中进行球磨后，得到含有Al4C3的复合粉体；将碳纳米管与含有Al4C3的复合粉体混合后放置于第二球磨内筒12中；
S2.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3能够随球磨外筒1转动，进而实现球磨，且球磨时间为50分钟，而第二球磨内筒12保持静止；
S3.通过调节旋接及支撑组件6使得第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的运动状态发生互换，互换时间为50分钟；
S4.重复3-8次步骤S2-S3，在第一球磨内筒3中得到含有Al4C3的复合粉体，其可以作为下一次制备的基础材料，在第二球磨内筒12中得到CNTs-Al4C3/Al的复合粉体；
S5.将CNTs-Al4C3/Al的复合粉体进行后处理从而得到碳纳米管复合材料，其中，后处理可以为：CNTs-Al4C3/Al的复合粉体在室温下冷压成型，在氩气环境中烧结得到CNTs-Al4C3/Al复合材料烧结坯，将烧结坯进行热挤压后得到碳纳米管复合材料。
实施例二和实施例三均在实施例一的基础上延长了对于第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的单次使用时长，由于第一球磨内筒3和第二球磨内筒12是交替使用的，因此，实施例二和实施例三均在实施例一的基础上延长了对于第一球磨内筒3和第二球磨内筒12的单次冷却时长，而实施例一、实施例二和实施例三中，第一球磨内筒3和第二球磨内筒12中的各项温度均能够在阈值范围内，且制备得到的碳纳米管复合材料也均符合要求。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，包括球磨外筒（1）、分隔板（2）、第一球磨内筒（3）、旋接及支撑组件（6）、第二球磨内筒（12）以及定位座（5），其中，所述球磨外筒（1）的一侧设有进料口（7），且所述球磨外筒（1）水平放置且可绕自身轴线转动，所述球磨外筒（1）的中部固定有分隔板（2），用于将球磨外筒（1）分隔为第一球磨空间和第二球磨空间，所述第一球磨空间和第二球磨空间中分别设置有第一球磨内筒（3）和第二球磨内筒（12），且所述第一球磨内筒（3）和第二球磨内筒（12）的结构相同，所述第一球磨内筒（3）和第二球磨内筒（12）的外侧均固定有多个呈圆周分布的定位座（5），所述球磨外筒（1）上开设有对应于定位座（5）的槽体，槽体中轴向限位滑动连接有旋接及支撑组件（6），所述旋接及支撑组件（6）在轴向移动位置调节时，能够与定位座（5）相对旋转的连接或与定位座（5）相对固定的连接；
所述定位座（5）为凸台状；
所述旋接及支撑组件（6）包括移动座（61）、轴承（62）以及第一卡头（63），其中，所述移动座（61）轴向限位滑动连接于槽体中，多个移动座（61）的底部共同连接有所述轴承（62），所述轴承（62）的内侧固定有对应于定位座（5）的第一卡头（63）；
所述旋接及支撑组件（6）还包括减震垫（64）和第二卡头（65），其中，所述移动座（61）的下方固定有减震垫（64），所述减震垫（64）的另一侧固定有对应于定位座（5）的第二卡头（65）。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，多个减震垫（64）的中部共同嵌入连接有减震环（67）。
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，所述定位座（5）的中部开设有螺纹孔，所述移动座（61）、减震垫（64）以及第二卡头（65）上开设有贯通孔，所述贯通孔中还设置有锁紧杆（66），所述锁紧杆（66）能够与螺纹孔螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，所述移动座（61）还采用弹簧与球磨外筒（1）相连，初始阶段，在弹簧作用下，第一卡头（63）与定位座（5）相连接。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，所述球磨外筒（1）的外部同轴固定有从动齿环（8）和支撑环（10），其中，所述从动齿环（8）与驱动齿轮（9）所啮合，所述驱动齿轮（9）具有动力，所述支撑环（10）由支撑轮（11）所支撑。
6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，所述第一球磨内筒（3）和第二球磨内筒（12）中均固定有提升环（4），所述提升环（4）上开设有多个提升槽，所述提升槽的内径小于磨球的直径。
7.一种碳纳米管复合材料的制备方法，其采用如权利要求1-6中任意一项所述的碳纳米管复合材料的制备装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将碳纳米管粉末与铝粉混合后放置于第一球磨内筒（3）中进行球磨后，得到含有Al4C3的复合粉体，将碳纳米管与含有Al4C3的复合粉体混合后放置于第二球磨内筒（12）中；
S2.通过调节旋接及支撑组件（6）使得第一球磨内筒（3）能够随球磨外筒（1）转动，进而实现球磨，且球磨时间为30-50分钟，而第二球磨内筒（12）保持静止；
S3.通过调节旋接及支撑组件（6）使得第一球磨内筒（3）和第二球磨内筒（12）的运动状态发生互换，互换时间为30-50分钟；
S4.重复3-8次步骤S2-S3，在第一球磨内筒（3）中得到含有Al4C3的复合粉体，其可以作为下一次制备的基础材料，在第二球磨内筒（12）中得到CNTs-Al4C3/Al的复合粉体；
S5.将CNTs-Al4C3/Al的复合粉体进行后处理从而得到碳纳米管复合材料，其中，后处理为：CNTs-Al4C3/Al的复合粉体在室温下冷压成型，在氩气环境中烧结得到CNTs-Al4C3/Al复合材料烧结坯，将烧结坯进行热挤压后得到碳纳米管复合材料。
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