CN117682510A - 一种单壁碳纳米管材料收集装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单壁碳纳米管材料收集装置，属于纳米材料生产设备技术领域。主要包括支撑部，该支撑部上设置有入料筒；切割机构，该切割机构具有至少一组第二切割部，第二切割部分布于入料筒的四周；两组第一导料辊，该第一导料辊用于对切割完成的碳纳米管材料进行导引；放卷机构，该放卷机构用于放卷基材；两组第二导料辊，该第二导料辊位于第一导料辊的下方；导料箱，该导料箱位于两组第二导料辊的下方，导料箱具有导料通道，导料箱为柔性材质。本申请的一种碳纳米管材料收集装置，通过设置有柔性的导料箱，从而可以在碳纳米管材料正常收集时将复合物料导入后续的收卷或存储工序，或者在基材进行换卷时，将碳纳米管材料导入样品收集装置。

Description

一种单壁碳纳米管材料收集装置

技术领域

本申请涉及纳米材料生产设备技术领域，具体为一种单壁碳纳米管材料收集装置。

背景技术

单壁碳纳米管材料全部由碳原子构成，几何结构可以视为由单层石墨烯卷曲而成，单臂碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，同时其原子尺度的变化即可导致单壁碳纳米管材料性质的变化，由此带来的单壁碳纳米管材料性质的多样性使其在包括高迁移率晶体管、逻辑电路、导电薄膜、场发射源、红外发射器、传感器、扫描探针针尖、机械强度增强、太阳能电池和催化剂载体等多个领域有潜在应用；

单壁碳纳米管材料前主要通过电弧放电、激光烧蚀和化学气相沉积法等方法制备，以此实现单壁碳纳米管材料的批量生产，在单臂碳纳米管生产完成后，需要对其进行收集；

如公告号为CN109436916B的发明专利，具体公开了一种碳纳米管薄膜的连续收集方法和装置，该专利通过导向辊、放卷辊以及收卷辊的配合，实现了碳纳米管的连续收集在基膜上；

上述专利在实施的过程中，因为碳纳米管的生产为连续状态，当放卷辊上的基膜消耗完成后，需要对基膜进行换卷操作，以实现碳纳米管的连续收集；

然而在基膜换卷的过程中，碳纳米管还在不停的导出，从而导致部分碳纳米管无法收集在基膜上，进而导致碳纳米管的浪费，如果此时停止碳纳米管的生产，无疑会对生产效率产生较大的影响，所以有必要提供一种单壁碳纳米管材料收集装置来解决上述问题。

需要说明的是，本背景技术部分中公开的以上信息仅用于理解本申请构思的背景技术，并且因此，它可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

基于现有技术中存在的上述问题，本申请所要解决的问题是：提供一种单壁碳纳米管材料收集装置，解决了在碳纳米管连续生产的过程中，减少由于换卷产生的浪费问题。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单壁碳纳米管材料收集装置，于单壁碳纳米管材料附着在基材上并同步收集，包括支撑部，该支撑部上设置有用于将单壁碳纳米管材料导入收集装置的入料筒；切割机构，该切割机构具有至少一组第二切割部，所述第二切割部分布于所述入料筒的四周，所述切割机构用于对单壁碳纳米管材料进行分切处理；两组第一导料辊，该第一导料辊用于对切割完成的单壁碳纳米管材料进行导引；放卷机构，该放卷机构用于放卷基材；两组第二导料辊，该第二导料辊位于所述第一导料辊的下方，用于导引单壁碳纳米管材料和基材的复合物料；导料箱，该导料箱位于两组所述第二导料辊的下方，所述导料箱具有导料通道，该导料通道用于导引单壁碳纳米管材料和基材的复合物料；所述导料箱为柔性材质，并适于在单壁碳纳米管材料正常收集时将复合物料导入后续的收卷或存储工序，以及所述导料箱适于在所述放卷机构换卷时，将单壁碳纳米管材料导入样品收集装置。

进一步的，所述放卷机构具有安装在所述支撑部上的盘体，所述盘体的中间位置安装有转轴，所述支撑部上固定安装有第二驱动部，所述第二驱动部的输出端与所述转轴固定安装；所述盘体上固定有至少两组辊轴，两组所述辊轴适于在所述第二驱动部的带动下，在工作位置和空闲位置之间切换。

进一步的，所述辊轴的下方设置有翻转组件，所述翻转组件用于将基材卷料的起始端导入两组所述第二导料辊之间；所述翻转组件包括固定安装在所述支撑部上的两组第一气缸，所述第一气缸的输出端固定安装有基座；一组所述基座的外侧固定安装有电机，所述电机的输出端固定安装有驱动轮，所述驱动轮上设置有第一啮合齿，所述基座上转动安装有翻转轮，所述翻转轮上设置有与所述第一啮合齿配合的第二啮合齿；所述翻转轮上设置有卡接槽，所述卡接槽用于卡入所述辊轴的两端。

进一步的，所述翻转组件还包括设置在两组所述翻转轮内侧的翻料组件，所述翻料组件具有固定安装在两组所述翻转轮之间的第一固定座，所述第一固定座上固定安装有第二固定座，所述第二固定座上设置有两组连杆，两组所述连杆之间转动设置有翻料辊，所述翻料辊适于与基材料卷的起始端接触。

进一步的，所述连杆与所述第二固定座为铰接设置，所述第二固定座上固定安装有支座，所述支座上固定安装有第二气缸，所述第二气缸的输出端铰接在所述连杆的一端。

进一步的，所述翻转轮上的卡接槽设置成与所述辊轴的两端紧配连接。

进一步的，所述支撑部上固定设置有第一切割部，所述第一切割部位于所述第一导料辊和所述第二导料辊之间，用于对碳纳米管进行切割。

进一步的，所述导料箱的下端固定安装有导料轴，所述支撑部上位于所述导料箱的一侧固定安装有导料板，所述导料板上设置有弧形槽，所述导料轴滑动设置在所述弧形槽中，所述导料轴和所述弧形槽之间固定安装有弹簧；所述导料轴与所述基座之间设置有拉绳。

进一步的，所述支撑部具有架体，所述架体的上端固定安装有封板，所述封板上设置有入料端，所述入料筒与所述入料端连通；

所述封板的底部位于所述入料筒的四周固定安装有环圈，所述环圈上安装有至少一处安装座，所述第二切割部安装在所述安装座上。

本申请的有益效果是：本申请提供的一种单壁碳纳米管材料收集装置，通过设置有柔性的导料箱，从而可以在单壁碳纳米管材料正常收集时将复合物料导入后续的收卷或存储工序，或者在基材进行换卷时，将单壁碳纳米管材料导入样品收集装置，从而既对单臂碳纳米管有效利用的同时，完成了对单臂碳纳米管的取样工作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请中一种单壁碳纳米管材料收集装置的整体示意图；

图2为图1中A处局部结构示意图；

图3为图1中B处局部结构示意图；

图4为本申请中一种单壁碳纳米管材料收集装置内部结构仰视示意图；

图5为图4中C处局部结构示意图；

图6为图1中翻转组件的结构示意图；

图7为图6中D处局部结构示意图；

图8为图6中翻转组件的爆炸结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1、支撑部；11、架体；12、入料端；13、入料筒；14、封板；

2、导料机构；21、第一导料辊；211、第一齿轮；212、第二齿轮；22、第二导料辊；23、导料箱；24、导料板；241、弧形槽；25、导料轴；26、弹簧；27、第一切割部；

3、放卷机构；31、盘体；32、转轴；33、辊轴；34、翻转组件；341、第一气缸；342、基座；343、电机；344、驱动轮；345、翻转轮；35、翻料组件；351、第一固定座；352、第二固定座；353、支座；354、第二气缸；355、连杆；356、翻料辊；

4、切割机构；41、环圈；42、安装座；43、第二切割部。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：本实施例阐述了如何将单壁碳纳米管材料与基材进行复合后收卷，具体地：

如图1所示，本申请提供了一种单壁碳纳米管材料收集装置，包括支撑部1，该支撑部1主要对收集装置整体起到支撑作用，以使得收集装置保持稳定，该支撑部1具有架体11，在架体11的上端固定安装有封板14，该封板14上设置有入料端12，该入料端12用于将生产完成的筒状碳纳米管导入收集装置中；

如图4-图5所示，在封板14的底部设置有入料筒13，该入料筒13与入料端12连通，同时在封板14的底部位于入料筒13的四周设置有切割机构4，该切割机构4用于将筒状的碳纳米管沿轴线方向切割，以便于碳纳米管可以方便的附着在基材上，该切割机构4包括固定安装在封板14底部的环圈41，在环圈41上安装有至少一处安装座42，并且在安装座42上固定有第二切割部43，该第二切割部43用于将筒状的碳纳米管沿轴线方向进行切割，在本实施例中，第二切割部43可以为激光器，具体地可以参考公告号为CN109436916 B的发明专利，在此不做赘述；

如图1和图5所示，在架体11的内部设置有导料机构2，该导料机构2用于对切割完成的碳纳米管，以及对基材进行导引，该导料机构2包括固定安装在架体11上的两组第一驱动组件，该第一驱动组件包括固定安装在架体11上的第一驱动部（图中未示出），在本实施例中，该第一驱动部可以为电机或液压马达；

在第一驱动部的输出端固定安装有第一齿轮211，同时在架体11上轴承安装有两组第一导料辊21，该第一导料辊21位于第一齿轮211的位置固定安装有第二齿轮212，并且第二齿轮212和第一齿轮211相互啮合，从而通过第一驱动部可以带动第一导料辊21进行旋转；

综上所述，在两组第一驱动组件的带动下，两组第一导料辊21可以同步相对旋转，从而在对碳纳米管导引的同时，辅助碳纳米管的输送。

如图1所示，在架体11上设置有放卷机构3，该放卷机构3用于将基材导出到碳纳米管输送的位置，以便于基材与碳纳米管进行复合，该放卷机构3包括设置在架体11上的盘体31，该盘体31上轴承安装有辊轴33，该辊轴33用于缠绕基材卷；

如图2所示，在架体11上与辊轴33靠近的位置轴承安装有两组第二导料辊22，该第二导料辊22用于对基材进行导向，在本实施例中，第二导料辊22的驱动方式与第一导料辊21的驱动方式相同，在此不再赘述；

同时第二导料辊22位于第一导料辊21的正下方，从而经过第一导料辊21导向的碳纳米管可以进入两组第二导料辊22之间，从而当基材和碳纳米管同时经过两组第二导料辊22之间时，碳纳米管与基材进行复合，随后一起进行输送；

继续参考图2，在架体11上位于两组第二导料辊22的下方固定有导料箱23，该导料箱23为内部中空设置并形成导料通道，该导料通道具有竖直的进料口，该进料口用于将碳纳米管与基材的复合物料导入导料通道中，同时在导料通道的下端设置有出料口，该出料口用于将复合物料导出，并通过后续的工序收卷或存储；

在本实施例中，导料箱23为弧形设置，并且导料通道的出料口沿着远离放卷机构3的方向设置，以防止后续的收卷或存储工序与放卷机构3产生干涉；

需要说明的是，在后续的工序中，可以设置皮带传输装置，从而承载出料口导出的复合材料，以便于后续的收卷或存储。

实施例二：辊轴33上的基材具有一定的长度，当辊轴33上的基材全部放卷完成后，需要更换基材卷料，而此时碳纳米管仍然持续的被导出，如果基材卷料换卷不及时，会导致碳纳米管不能有效的附着在基材上，从而会影响碳纳米管的质量；

为了解决上述问题，本实施例阐述了一种基材的快速换卷结构，具体地：

如图1所示，在本实施例中，放卷机构3中的盘体31轴承安装在架体11上，同时盘体31的中间位置固定安装有转轴32，并且在架体11上固定安装有第二驱动部（图中未示出），该第二驱动部的输出端与转轴32固定安装，从而在第二驱动部的带动下，盘体31可以进行旋转；

同时在本实施例中，盘体31上固定有至少两组辊轴33，为了说明方便，在本实施中，设定盘体31上固定有两组辊轴33，并分别记为第一辊轴和第二辊轴；

在初始状态下，第一辊轴和第二辊轴上均放置有基材卷料，并且第一辊轴处于工作位置，而第二辊轴处于空闲位置，随着持续的放卷，当第一辊轴上的基材卷料用尽时，通过第二驱动部带动盘体31旋转，使得第一辊轴和第二辊轴的位置互换，从而使得第二辊轴处于工作位置，并接替第一辊轴持续的放卷，进而实现快速换卷工作；

为了将换卷后的基材导入两组第二导料辊22之间，如图6所示，位于工作位置的辊轴33的下方设置有翻转组件34，该翻转组件34用于将基材卷料的起始端导入两组第二导料辊22之间，以实现与碳纳米管的同步输送并复合；

如图6-图7所示，翻转组件34包括固定安装在架体11上的两组第一气缸341，在第一气缸341的输出端固定安装有基座342，从而基座342可以随着第一气缸341的工作在竖直方向上往复运动；

在一组基座342的外侧固定安装有电机343，同时在电机343的输出端固定安装有驱动轮344，该驱动轮344上设置有第一啮合齿，并且在基座342上转动安装有翻转轮345，该翻转轮345上设置有与第一啮合齿配合的第二啮合齿，从而在启动电机343时，可以通过第一啮合齿和第二啮合齿的配合，带动翻转轮345转动；

同时在翻转轮345上设置有卡接槽（图中未标出），该卡接槽用于卡入辊轴33的两端，从而当翻转轮345旋转时，可以绕着辊轴33的轴心进行旋转；

如图8所示，翻转组件34还包括设置在两组翻转轮345内侧的翻料组件35，该翻料组件35具有固定安装在两组翻转轮345之间的第一固定座351，该第一固定座351上固定安装有第二固定座352，同时在第二固定座352上设置有两组连杆355，并且在两组连杆355之间转动设置有翻料辊356，该翻料辊356适于与基材料卷的起始端接触；

综上所述，当碳纳米管正常收集时，翻转轮345处于下端位置，而当需要换卷时，首先将满载基材卷料的辊轴33切换到工作位置，然后翻转轮345在第一气缸341的带动下上升并卡入辊轴33的两端，此时电机343开始工作，并带动翻转轮345沿着辊轴33的轴线旋转；

在翻转轮345旋转的同时，可以带动翻转组件34上的翻料辊356同步旋转，需要说明的是，翻料辊356在初始状态下处于低处位置，当翻料辊356随着翻转轮345同步旋转时，会从低处位置旋转到高处位置，然后继续旋转到两组第二导料辊22的上方位置（定义为最终位置）；

并且满载的基材料卷处于松散状态，其起始端具有一定长短的悬垂段，该悬垂段的最低点低于翻料辊356的低处位置，从而在翻料辊356旋转的过程中，可以带动基材料卷的悬垂段同步旋转，并将基材料卷的悬垂段携带到两组第二导料辊22的上方位置，此时基材料卷的悬垂段依靠自身的悬垂性进入两组第二导料辊22之间，以实现基材与碳纳米管的复合；

当换卷完成后，翻转组件34进行复位处理，以便于下次换卷操作；

在本实施例中，为了对基材料卷的悬垂段进行微调，如图8所示，连杆355与第二固定座352为铰接设置，同时在第二固定座352上固定安装有支座353，该支座353上固定安装有第二气缸354，该第二气缸354的输出端铰接在连杆355远离第二固定座352的一端，从而通过第二气缸354的伸缩，可以改变翻料辊356的位置；

在本实施例中，可以将翻转轮345上的卡接槽设置成与辊轴33的两端紧配连接，从而当卡接槽与辊轴33配合时，翻转轮345的旋转可以带动辊轴33同步旋转，进而在翻料辊356携带基材料卷的悬垂段同步运动时，减少基材料卷脱离的几率。

实施例三：在实施例二中，虽然通过设置了快速换卷结构，减少了碳纳米管的浪费，然而在此过程中，碳纳米管不可避免的会有较短的一段无法被正常收集；

为了解决上述问题，本实施例提供了一种取样结构，该取样机构可以将无法正常收集的碳纳米管用做取样的素材，具体地：

如图5所示，在架体11上固定设置有第一切割部27，该第一切割部27位于第一导料辊21和第二导料辊22之间，用于对碳纳米管进行切割，在本实施例中，第一切割部27与第二切割部43结构和功能相同，在此不做赘述；

同时该第一切割部27在换卷时，以及换卷结束时对碳纳米管进行切割，以避免碳纳米管的非正常收集，同时可以将此段的碳纳米管作为取样的素材；

为了将取样的碳纳米管导出，并避免与正常收集的碳纳米管混合，如图3所示，在导料箱23的下端固定安装有导料轴25，同时架体11上位于导料箱23的一侧固定安装有导料板24，该导料板24上设置有弧形槽241，该导料轴25滑动设置在弧形槽241中，并且在导料轴25和弧形槽241之间固定安装有弹簧26，需要说明的是，在本实施中，导料箱23为柔性材质，从而可以随着导料轴25在弧形槽241中的滑动，改变导料箱23出料口的位置；

同时导料轴25与基座342之间设置有拉绳（图中未示出），从而导料轴25可以随着基座342的竖直运动，在弧形槽241中滑动；

综上所述，当碳纳米管正常收集时，导料轴25处于弧形槽241内远离基座342的位置，从而导料箱23的出料口朝向皮带传输装置，当需要换卷时，此时基座342位置上移，并带动导料轴25向弧形槽241内靠近基座342的位置移动，从而带动导料箱23的出料口进行转向，并且当换卷完成后，导料轴25在弹簧26的带动下复位；

在本实施例中，可以在出料口转向的位置设置样品收集装置，以将第一切割部27切割的碳纳米管进行收集。

在本申请中，设置有PLC控制系统，以协调各电气部件的同步工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单壁碳纳米管材料收集装置，用于将单壁碳纳米管材料附着在基材上并同步收集，将其特征在于：所述收集装置包括：支撑部（1），该支撑部（1）上设置有用于将单壁碳纳米管材料导入所述收集装置的入料筒（13）；切割机构（4），该切割机构（4）具有至少一组第二切割部（43），所述第二切割部（43）分布于所述入料筒（13）的四周，所述切割机构（4）用于对单壁碳纳米管材料进行分切处理；两组第一导料辊（21），该第一导料辊（21）用于对切割完成的单壁碳纳米管材料进行导引；放卷机构（3），该放卷机构（3）用于放卷基材；两组第二导料辊（22），该第二导料辊（22）位于所述第一导料辊（21）的下方，用于导引单壁碳纳米管材料和基材的复合物料；导料箱（23），该导料箱（23）位于两组所述第二导料辊（22）的下方，所述导料箱（23）具有导料通道，所述导料通道用于导引单壁碳纳米管材料和基材的复合物料；其中：所述导料箱（23）为柔性材质，并适于在单壁碳纳米管材料正常收集时将复合物料导入后续的收卷或存储工序，以及所述导料箱（23）适于在所述放卷机构（3）换卷时，将单壁碳纳米管材料导入样品收集装置。

2.根据权利要求1所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述放卷机构（3）具有安装在所述支撑部（1）上的盘体（31），所述盘体（31）的中间位置安装有转轴（32），所述支撑部（1）上固定安装有第二驱动部，所述第二驱动部的输出端与所述转轴（32）固定安装；所述盘体（31）上固定有至少两组辊轴（33），两组所述辊轴（33）适于在所述第二驱动部的带动下，在工作位置和空闲位置之间切换。

3.根据权利要求2所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述辊轴（33）的下方设置有翻转组件（34），所述翻转组件（34）用于将基材卷料的起始端导入两组所述第二导料辊（22）之间；所述翻转组件（34）包括固定安装在所述支撑部（1）上的两组第一气缸（341），所述第一气缸（341）的输出端固定安装有基座（342）；一组所述基座（342）的外侧固定安装有电机（343），所述电机（343）的输出端固定安装有驱动轮（344），所述驱动轮（344）上设置有第一啮合齿，所述基座（342）上转动安装有翻转轮（345），所述翻转轮（345）上设置有与所述第一啮合齿配合的第二啮合齿；所述翻转轮（345）上设置有卡接槽，所述卡接槽用于卡入所述辊轴（33）的两端。

4.根据权利要求3所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述翻转组件（34）还包括设置在两组所述翻转轮（345）内侧的翻料组件（35），所述翻料组件（35）具有固定安装在两组所述翻转轮（345）之间的第一固定座（351），所述第一固定座（351）上固定安装有第二固定座（352），所述第二固定座（352）上设置有两组连杆（355），两组所述连杆（355）之间转动设置有翻料辊（356），所述翻料辊（356）适于与基材料卷的起始端接触。

5.根据权利要求4所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述连杆（355）与所述第二固定座（352）为铰接设置，所述第二固定座（352）上固定安装有支座（353），所述支座（353）上固定安装有第二气缸（354），所述第二气缸（354）的输出端铰接在所述连杆（355）的一端。

6.根据权利要求4所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述翻转轮（345）上的卡接槽设置成与所述辊轴（33）的两端紧配连接。

7.根据权利要求6所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述支撑部（1）上固定设置有第一切割部（27），所述第一切割部（27）位于所述第一导料辊（21）和所述第二导料辊（22）之间，用于对碳纳米管进行切割。

8.根据权利要求7所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述导料箱（23）的下端固定安装有导料轴（25），所述支撑部（1）上位于所述导料箱（23）的一侧固定安装有导料板（24），所述导料板（24）上设置有弧形槽（241），所述导料轴（25）滑动设置在所述弧形槽（241）中，所述导料轴（25）和所述弧形槽（241）之间固定安装有弹簧（26）；所述导料轴（25）与所述基座（342）之间设置有拉绳。

9.根据权利要求1所述的一种单壁碳纳米管材料收集装置，其特征在于：所述支撑部（1）具有架体（11），所述架体（11）的上端固定安装有封板（14），所述封板（14）上设置有入料端（12），所述入料筒（13）与所述入料端（12）连通；所述封板（14）的底部位于所述入料筒（13）的四周固定安装有环圈（41），所述环圈（41）上安装有至少一处安装座（42），所述第二切割部（43）安装在所述安装座（42）上。