CN205556869U - 纤维加工装置及制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统 - Google Patents

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闵永刚
王剑
刘屹东
杨文斌
莫申斌
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Nanjing Xinyue Material Science & Technology Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种纤维加工装置及制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统。纤维加工装置包括混合传送系统，将原料混合并传输原料；挤出系统，与所述混合传送系统连通，并将其传输原料挤压成线状；离子液浸润成胶系统，将所述挤出系统挤压成的线状产物在离子液中浸润；纤维拉伸收集系统，将经过离子液浸润的线状产物拉伸并收集；废气处理系统，与挤出系统连通，用于收集挤出系统产生的气体。本实用新型实现了多直径石墨烯纤维的制备以及针对原生纤维拉伸的效果，整个产线通过一系列严密的设计，实现了整个产线的可行性和多功能性，通过一条线来实现纤维的制备和拉伸，降低了劳动力，节省了成本，并且得到的纤维性能稳定，能实现连续生产。

Description

纤维加工装置及制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统
技术领域
本实用新型属于纤维拉伸领域，具体涉及纤维加工装置及制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统。
背景技术
碳纤维是以碳化方法制的的含碳量90％以上的纤维材料，其强度可达钢铁材料的十倍，质量却仅仅是铝材的一半，除其优异的力学性能外，碳纤维还兼具低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高，热膨胀系数低、光穿透性强、电磁屏蔽性好等诸多优良性能，因而被称为先进复合材料中最重要的增强材料，地位举足轻重。
石墨烯纤维是一种以天然石墨为最初原料的新型碳质纤维,由石墨烯或者功能化石墨烯纳米片的液晶原液经湿法纺丝一维有序组装而成，在电工、电子等方面得到广泛的应用。石墨烯纤维具有良好的机械性能、电学性能和导热性能,可用于导电织物、散热、储能等领域。石墨烯纤维良好的柔韧性使其在柔性器件如柔性超级电容器等领域得到应用。
石墨烯纤维、石墨烯复合纤维具有广泛的应用空间，但是目前制备的石墨烯尤其是在力学性能上有一些欠缺，那么如何提高石墨烯纤维的力学性能是需要解决的一个问题。研究表明，纤维如果存在明显的取向，则可以大大提升纤维的力学性能，由此可见，可以通过拉伸提高纤维性能；但是氧化石墨烯粘度低，一般不能被拉伸，而且目前存在的拉伸方式都无法实现产线的一体化、功能化和规模化。
实用新型内容
为了解决纤维拉伸方式的一体化、功能化和规模化的问题，本实用新型提供了一种纤维加工装置，实现了横向和纵向的双向拉伸，并且在拉伸之前中，可实现不同纤维直径的掌控和制备。涉及的生产装置能够实现多功能化，节约了能源，污染也能够实现集中处理。
本实用新型的技术方案是，一种纤维加工装置，包括
混合传送系统，将原料混合并传输原料；
挤出系统，与所述混合传送系统连通，并将其传输原料挤压成线状；
离子液浸润成胶系统，将所述挤出系统挤压成的线状产物在离子液中浸润；
纤维拉伸收集系统，将经过离子液浸润的线状产物拉伸并收集；
废气处理系统，与挤出系统连通，用于收集挤出系统产生的气体。
进一步地，所述废气处理系统位于挤出系统竖直方向上方，所述废气处理系统包括排风扇和废气收集器；所述排风扇与挤出系统连通，并位于挤出系统和废气收集器之间。
进一步地，所述混合传送系统由搅拌装置、阀门、传送动力装置和导管组成，所述阀门位于搅拌装置和传送动力装置之间，导管连通搅拌装置、阀门、传送动力装置至挤出系统。
作为优选，所述混合传送系统至少有一套。
进一步地，所述挤出系统包括混合挤出箱、位于混合挤出箱的挤压活塞、与挤压活塞连接的旋转挤出旋钮、纤维挤出口，所述纤维挤出口与混合挤出箱连通。
作为优选，所述的纤维挤出口可拆卸连接与混合挤出箱，所述纤维挤出口口径可更换，实现不同直径纤维的制备。
进一步地，所述的纤维拉伸收集系统由变速夹轮、水平拉伸转轮、收卷器组成。
进一步地，所述的变速夹轮、水平拉伸转轮的转速可调。
进一步地，所述离子液浸润成胶系统包括液槽。
一种制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统，包含上述任一项所述的纤维加工装置。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本实用新型的纤维加工装置，实现了纤维拉伸的一次性完成，操作简单，工作的效率，整个过程可以实现机械化操作，提高了生产的安全性和高效性。
2.本实用新型的纤维加工装置，因为包含纤维拉伸收集系统，使得所述纤维在横向或/和纵向进行拉伸，力学性能加强，性能优异。
3.本实用新型的纤维加工装置，将混合传送系统设置于挤出系统上方，由于空间位置设置较高，可以实现能量和原料的节约。
4.本实用新型的纤维加工装置，包含废气处理系统，对过程中的气体集中处理，实现了对环境的保护，并且可以进一步对原料进行回收利用，节省生产的成本。
5.本实用新型的一种制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统，其制备出的石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维具有显著的力学性能，具有巨大的市场前景。
附图说明
图1为本实用新型的纤维加工装置示意图。
其中，1，排风扇；2,废气收集器；3,搅拌装置；4,阀门；5,传送动力装置；6,导管；7,混合挤出箱；8,挤压活塞；9,旋转挤出旋钮；10,纤维挤出口；11，变速夹轮；12，水平拉伸转轮；13，收卷器；14，液槽。
具体实施方式
现结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，一种纤维加工装置，包括混合传送系统，将原料混合并传输原料；
挤出系统，与所述混合传送系统连通，并将其传输原料挤压成线状；离子液浸润成胶系统，将所述挤出系统挤压成的线状产物在离子液中浸润；纤维拉伸收集系统，将经过离子液浸润的线状产物拉伸并收集；废气处理系统，与挤出系统连通，用于收集挤出系统产生的气体。
进一步地，混合传送系统由搅拌装置3、阀门4、传送动力装置5和导管6组成，所述阀门4位于搅拌装置3和传送动力装置5之间，导管6连通搅拌装置3、阀门4、传送动力装置5至挤出系统，本实施例中传送动力装置5为传送泵。混合传送系统至少为一套，本实施例中，混合传送系统为三套。所述挤出系统包括混合挤出箱7、位于混合挤出箱7 的挤压活塞8、与挤压活塞8连接的旋转挤出旋钮9、纤维挤出口10，所述纤维挤出口10与混合挤出箱7连通。所述的纤维挤出口10可拆卸连接与混合挤出箱，所述纤维挤出口10口径可更换，实现不同直径纤维的制备。废气处理系统位于挤出系统竖直方向上方，所述废气处理系统包括排风扇1和废气收集器2；所述排风扇1与挤出系统连通，并位于挤出系统和废气收集器2之间。所述的纤维拉伸收集系统由变速夹轮11、水平拉伸转轮12、收卷器13组成；所述的变速夹轮11、水平拉伸转轮12的转速可调。所述离子液浸润成胶系统包括液14。
具体工作过程如下：原料在混合均匀且搅拌达到一定的程度的时候，用传送泵将原料以一定的速度传送到下方，传送过程要注意保证速度的均匀，尽量不要让传送泵堵塞或者是空转，三个泵的传送速度要控制一样，这样就能保证输送到下一个环节的原料的速度一致，也就保证了制备的纤维粗细均匀；当原料到达混合挤出箱7的入口时候缓慢进入，要关注入口的液面，不要让其堵塞使原料溢出，并且在混合挤出箱7上方设置一个排风扇1，这个排风扇1的目的是为了将生产产生的溶剂排出，所述的混合挤出箱7内部设置挤压活塞8，挤压活塞8左侧与旋转挤出旋钮9相连，混合挤出箱7的箱体右侧设置纤维挤出口10，纤维挤出口10可拆卸和更换，实现不同直径的原生纤维制备。
挤出的纤维直接连接到一组上下交替的变速夹轮11，后方的转轴转动速度是前面的1.1倍，这样在薄膜在运动过程中也是相当与有一个传送方向的一致的拉力，这也是相当于给了纤维一个拉力，实现了纵向拉伸的作用。纵向拉伸后的纤维被连接到水平拉伸转轮12，水平拉伸转轮12的旋转速度是前面变速夹轮11的1.1倍，是最初变速夹轮的1.21倍，这样可以实现水平方向的纤维拉伸。最后，拉伸后的纤维被收卷器13收卷。
具体地，原料可以为氧化石墨烯，氧化石墨烯经混合传送系统至挤出系统，氧化石墨烯被挤压成线状，经离子液浸润成胶系统，氧化石墨烯之间的粘度得到提升，经过变速夹轮11，后方的转轴转动速度是前面的1.1倍，实现纵向拉伸；纵向拉伸后的纤维被连接到水平拉伸转轮12，水平拉伸转轮12的旋转速度是前面变速夹轮11的1.1倍，是最初变速夹轮的1.21倍，这样可以实现水平方向的纤维拉伸。最后，拉伸后的纤维被收卷器13收卷，获得氧化石墨烯纤维。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化 或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种纤维加工装置，其特征在于，包括
混合传送系统，将原料混合并传输原料；
挤出系统，与所述混合传送系统连通，并将其传输原料挤压成线状；
离子液浸润成胶系统，将所述挤出系统挤压成的线状产物在离子液中浸润；
纤维拉伸收集系统，将经过离子液浸润的线状产物拉伸并收集；
废气处理系统，与挤出系统连通，用于收集挤出系统产生的气体。
2.根据权利要求1所述的纤维加工装置，其特征在于，所述废气处理系统位于挤出系统竖直方向上方，所述废气处理系统包括排风扇(1)和废气收集器(2)；所述排风扇(1)与挤出系统连通，并位于挤出系统和废气收集器(2)之间。
3.根据权利要求1所述的纤维加工装置，其特征在于，所述混合传送系统由搅拌装置(3)、阀门(4)、传送动力装置(5)和导管(6)组成，所述阀门(4)位于搅拌装置(3)和传送动力装置(5)之间，导管(6)连通搅拌装置(3)、阀门(4)、传送动力装置(5)至挤出系统。
4.根据权利要求1或3所述的纤维加工装置，其特征在于，所述混合传送系统至少有一套，所述混合传送系统位于挤出系统上方。
5.根据权利要求1所述的纤维加工装置，其特征在于，所述挤出系统包括混合挤出箱(7)、位于混合挤出箱(7)的挤压活塞(8)、与挤压活塞(8)连接的旋转挤出旋钮(9)、纤维挤出口(10)，所述纤维挤出口(10)与混合挤出箱(7)连通。
6.根据权利要求5所述的纤维加工装置，其特征在于，所述的纤维挤出口(10)可拆卸连接与混合挤出箱，所述纤维挤出口(10)口径可更换，实现不同直径纤维的制备。
7.根据权利要求1或2或3或5所述的纤维加工装置，其特征在于，所述的纤维拉伸收集系统由变速夹轮(11)、水平拉伸转轮(12)、收卷器(13)组成。
8.根据权利要求7所述的纤维加工装置，其特征在于，所述的变速夹轮(11)、水平拉伸转轮(12)的转速可调。
9.根据权利要求1所述的纤维加工装置，其特征在于，所述离子液浸润成胶系统包括液槽(14)。
10.一种制备石墨烯纤维、氧化石墨烯纤维的系统，其特征在于，包含如权利要求1-9中任一项所述的纤维加工装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113715291A (zh) * 2021-09-08 2021-11-30 清华大学 一种生物纤维连续成型设备

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