CN209024208U - 一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，包括用以供石墨烯浆液流入并过滤成膜的成膜槽以及与成膜槽相连、用以承接分离出的石墨烯浆液的液体的真空箱，成膜槽包括竖直设置、用于当石墨烯浆液流动时防止液面波动以保证成膜平整的挡板组件以及设于成膜槽的末端、用以供石墨烯浆液过滤成膜的过滤部件。上述设备可以避免在制备导热膜过程产生高能耗以及对环境造成污染的问题，从而可以制备出稳定的、批量化的石墨烯高导热薄膜。

Description

一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备

技术领域

本实用新型涉及化工生产技术领域，特别涉及一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备。

背景技术

随着电子科技的高速发展，小型化、轻质化的智能产品对散热提出了更高的要求。碳材料的轻质、高导热的性能可以满足散热的要求，即碳材料制备成膜可以增加电子原件的散热面积，其高导热性能够有效的将热量从电子器件转移出去。

如今市场上应用最广的导热散热膜主要是石墨化的聚酰亚胺(PI)膜，属于HOPG材料，此种材料的制备过程主要是高温石墨化，其烧结温度在2200-2800摄氏度之间，不同的生产工艺烧结温度不同。然而，此过程不可避免的要涉及到极高的能耗，在现如今的国内绿色环保、低能耗需求的大背景下，这样的制备方法是不利用可持续性发展的。石墨烯是目前已知材料中导热系数最高的材料，理论导热系数可达5300w/mk，是潜在的代替石墨化PI的材料。现有技术中，通常采用氧化石墨烯成膜，再经过高温处理热还原并再次石墨化以形成高导热的石墨烯导热膜；然而，氧化石墨烯的制备要用到重铬酸钾或高锰酸钾这些强氧化剂，这样原料是严重水质污染的金属离子来源，同时，成膜烘干后再经过高温石墨化的过程(2500-3000摄氏度)，依然会产生极高的能耗，没有达到绿色环保的目的。

因此，如何避免在制备导热膜过程产生高能耗以及对环境造成污染，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，该设备可以避免在制备导热膜过程产生高能耗以及对环境造成污染的问题，从而可以制备出稳定的、批量化的石墨烯高导热薄膜。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，包括用以供石墨烯浆液流入并过滤成膜的成膜槽以及与所述成膜槽相连、用以承接分离出的石墨烯浆液的液体的真空箱，所述成膜槽包括竖直设置、用于当石墨烯浆液流动时防止液面波动以保证成膜平整的挡板组件以及设于所述成膜槽的末端、用以供石墨烯浆液过滤成膜的过滤部件。

优选地，所述成膜槽的末端具体为以预设倾斜角度设置的第一斜面侧，所述真空箱设有位于所述第一斜面侧下方、用以与所述第一斜面侧平行设置的第二斜面侧。

优选地，所述挡板组件包括若干个上端开口、用以降低石墨烯浆液在所述成膜槽中流速的第一挡板以及下端开口、用以防止液面波动的第二挡板，并且任意两个相邻的所述第一挡板的高度不等。

优选地，所述第二斜面侧设有若干个沿所述第二斜面侧厚度方向开设、用以供所述过滤部件分离出的液体流入的通孔。

优选地，所述过滤部件与所述成膜槽通过硅胶条密封。

优选地，所述过滤部件包括位于下方的滤网以及附着于所述滤网、用以过滤石墨烯浆液中液体以供石墨烯成膜的滤材。

优选地，还包括与所述过滤部件连接、用以带动所述过滤部件转动的传动机构。

优选地，所述传动机构包括若干个设于所述真空箱上下两端、用以供所述过滤部件转向至水平面并防止所述过滤部件与所述真空箱接触的转向导辊。

优选地，还包括与所述传动机构相连、用以供石墨烯膜脱水、烘干及定型的脱水、烘干及定型装置。

优选地，还包括与所述成膜槽相连、用以制备石墨烯浆液的浆料配置装置。

相对于上述背景技术，本实用新型针对制备石墨烯导热膜的不同要求，设计了用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，该设备以石墨烯作为原料制备石墨烯导热膜，导热系数可达到1200w/km，完全可以取代石墨化PI膜以及氧化石墨烯膜，相比而言，上述成膜设备制备石墨烯导热膜更加绿色环保。石墨烯导热膜具有不可限量的市场价值，因此，开发这一产品的专用成膜设备至关重要，既可以保证产品的批量化，也可以保证其标准化的连续生产。

具体来说，用于制备石墨烯导热膜的成膜设备包括成膜槽以及真空箱，其中，成膜槽可以供石墨烯浆液流入并将石墨烯浆液通过过滤成膜，真空箱与成膜槽相连，真空箱能够承接分离出的石墨烯浆液的液体；进一步的，成膜槽包括挡板组件与过滤部件，其中，挡板组件竖直设置于成膜槽中，当石墨烯浆液流动时，挡板组件可以通过缓慢的溢流使得成膜部分的液面平稳，并且挡板组件还可以防止液面波动以保证成膜平整，过滤部件设于成膜槽的末端并用以供石墨烯浆液过滤成膜。通过成膜槽中挡板组件的稳流作用以及过滤部件将石墨烯浆液中的液体分离出来，分离出的液体再被真空箱收集起来，这样即可制备出稳定的、批量化的石墨烯高导热薄膜。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备的成膜槽与真空箱的结构示意图。

其中：

1-成膜槽、11-挡板组件、111-第一挡板、112-第二挡板、12-过滤部件、2-真空箱、3-传动机构、4-硅胶条。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，该设备可以避免在制备导热膜过程产生高能耗以及对环境造成污染的问题，从而可以制备出稳定的、批量化的石墨烯高导热薄膜。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上方、下方、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备的成膜槽与真空箱的结构示意图。

在本实用新型实施例所提供的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，包括成膜槽1以及真空箱2，其中，成膜槽1可以供石墨烯浆液流入并将石墨烯浆液通过过滤成膜，真空箱2与成膜槽1相连，真空箱2能够承接分离出的石墨烯浆液的液体。

进一步的，成膜槽1包括挡板组件11与过滤部件12，其中，挡板组件11竖直设置于成膜槽1的左侧位置，过滤部件12设于成膜槽1的右侧末端，并且该末端为斜面；当石墨烯浆液自成膜槽1的左侧流动至成膜槽1的右侧末端时，石墨烯浆液先经过挡板组件11的稳流作用，再流至过滤部件12，具体地说，挡板组件11可以通过缓慢的溢流使得成膜部分的液面平稳，并且挡板组件11还可以防止液面波动，这样可以保证过滤部件12过滤石墨烯浆液并形成薄膜的过程始终处于平稳整齐的状态，过滤部件12分离出的液体进入真空箱2内。

成膜槽1的形状可以设置为梯形结构，其中，成膜槽1的上侧端面平行于下侧端面，上侧端面的长度大于下侧端面的长度，成膜槽1的左侧端面竖直设置，并且成膜槽1的左侧端面同时垂直于成膜槽1的上侧端面与下侧端面，这样一来，成膜槽1的右侧端面具体为以预设倾斜角度设置的斜面，并且该斜面与成膜槽1的上侧端面的夹角为锐角，斜面与成膜槽1的下侧端面的夹角为钝角。

具体地说，成膜槽1的末端具体为以预设倾斜角度设置的第一斜面侧，上述过滤部件12设置于第一斜面侧，并且根据实际的成膜工况，该预设倾斜角度可以做出相应的调整，前提是能够保证第一斜面侧与成膜槽1的上侧端面的夹角为锐角，第一斜面侧与成膜槽1的下侧端面的夹角为钝角；相应地，真空箱2设有第二斜面侧，第二斜面侧位于第一斜面侧下方，第二斜面侧与第一斜面侧平行设置。

为了防止箱体发生震动、变形而导致影响成膜效果，真空箱2可以设置为4mm至8mm厚的金属板材制成的箱体；当然，根据实际需要，还可以在真空箱2的第二斜面侧设置若干个通孔，该通孔沿第二斜面侧的厚度方向开设，这样一来，石墨烯浆液经过过滤部件12过滤后分离出来的液体可以顺着通孔的结构流入真空箱2中。

更加具体地说，挡板组件11包括若干个上端开口的第一挡板111以及下端开口的第二挡板112，第一挡板111可以降低石墨烯浆液在成膜槽1中流速，从而通过缓慢的溢流作用使得成膜部分的液面处于平稳状态，并且任意两个相邻的第一挡板111的高度不相等；第二挡板112位于第一挡板111的右侧，且为挡板组件11的最后一块挡板，也就是说，最终进入成膜槽1的石墨烯浆液要从第二挡板112的下端开口处流进，这样即可防止液面的波动，从而保证后续成膜的平整性。

例如，根据成膜槽1的规格，第一挡板111的数量可以设置为两块，并且两块第一挡板111的高度不相等，这样即可使浆液成为缓慢的溢流，在第二块第一挡板111的右侧设置第二挡板112，也就是说，石墨烯浆液进入成膜槽1后，经过两块第一挡板111后，从第二挡板112的下端开口处流至过滤部件12处。

当然，根据实际需要，所有第一挡板111之间的间距以及第一挡板111与第二挡板112之间的间距可以根据石墨烯浆液的流量进行相应地的调整，此处将不再展开。

为了保证过滤部件12与成膜槽1连接的密封性，可以在过滤部件12与成膜槽1结合面处设置硅胶条4，这样一来，通过硅胶条4可以保证软(过滤部件12)硬(成膜槽1)连接的密封性，从而可以保证成膜的稳定性。

为了优化上述实施例，过滤部件12包括滤网和滤材，滤材附着于滤网上，也就是说，位于过滤部件12下方的滤网是滤材的载体，滤网可以设置为硬质的聚氨酯网，滤材可以设置为孔径为25微米的微孔滤材，这样一来，滤材能够过滤石墨烯浆液中液体，从而可以使石墨烯附着于滤材上进而形成石墨烯薄膜。

在上述基础上，成膜设备还包括传动机构3，传动机构3与过滤部件12连接并能够带动过滤部件12转动，进而为下一道工序，即石墨烯导热膜的脱水、烘干以及定型起到促进作用。

传动机构3可以设置为包括若干个转向导辊，转向导辊设于真空箱2上，下两端，相应地，滤网可以根据传动结构的结构设置为首尾相接的环形滤网，环形滤网套接于转向导辊上，并且可以在转向导辊的带动下进行转动；当然，也可以通过铰链与齿轮啮合配合满足上述的传动要求，齿轮的传动可以参照现有部分的相关技术要求，此处将不再展开。

这样一来，在过滤部件12上形成的石墨烯薄膜可以随着过滤部件12转动，并由斜面转向至水平面，以为下一道脱水、烘干以及定型工序做准备；此外，将转向导辊设置于真空箱2可以防止过滤部件12与真空箱2的棱角接触以致损坏石墨烯薄膜。

成膜后的石墨烯离开水面时含水量较高，还可以通过脱水、烘干及定型装置进一步作用，脱水、烘干及定型装置包括高真空脱水部，红外线表面烘干部，多级烘缸高温熨烫烘干部。成膜后的石墨烯可以通过高真空脱水部将大量水分抽走，降低后期烘干的能耗，而且两次抽真空脱去的水可以储存在水罐中在下一次配制石墨烯浆料时使用；抽真空后的石墨烯膜虽然大量脱水但还没有定型，再通过红外线表面烘干部快速加热使其定型，然后在经过多级烘缸高温熨烫烘干部将定型的石墨烯膜进一步加热，将层间的水分彻底的脱去。

烘干后的石墨烯膜具有一定的强度，其可以通过真空吸引剥离的工序将石墨烯与微孔的滤材脱膜分离，真空吸引的导辊将石墨烯引出卷绕，然后，卷绕的石墨烯膜通过三级对辊最后压实成型，多道的滚压可以确保石墨烯薄膜的致密性，同时也可以保证石墨烯薄膜的导热性。

当然，根据实际需要，该成膜设备还包括浆料配置装置，浆料配置装置与成膜槽1相连并用以制备石墨烯浆液。配置浆料的过程中，浆料中分散剂的比例和浓度决定了成膜产品的最终品质，因此，浆料配置装置采用多级稀释配料的工序，将高浓度的石墨烯浆料精确的抽取进入下一步配浆池，并注入一定比例的水稀释到一定浓度后再进一步抽取进入上料池，再注入定量的水后最终达到合理浓度的石墨烯浆液要求，这样可以大大的节省整个浆料配置装置的占地面积。

配置完成后的石墨烯浆液通过送料装置输送至料斗中，料斗是一个倒置的锥形塔，上口大下口小，下口通过带有流量阀的管路与成膜槽1相连。料斗中内部带有螺线形挡板，浆料从料斗流过会形成涡流，将颗粒大的杂质离心到溢流漏斗中筛选出去，从而可以确保成膜的平整无杂质。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，包括用以供石墨烯浆液流入并过滤成膜的成膜槽(1)以及与所述成膜槽(1)相连、用以承接分离出的石墨烯浆液的液体的真空箱(2)，所述成膜槽(1)包括竖直设置、用于当石墨烯浆液流动时防止液面波动以保证成膜平整的挡板组件(11)以及设于所述成膜槽(1)的末端、用以供石墨烯浆液过滤成膜的过滤部件(12)。

2.根据权利要求1所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述成膜槽(1)的末端具体为以预设倾斜角度设置的第一斜面侧，所述真空箱(2)设有位于所述第一斜面侧下方、用以与所述第一斜面侧平行设置的第二斜面侧。

3.根据权利要求1所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述挡板组件(11)包括若干个上端开口、用以降低石墨烯浆液在所述成膜槽(1)中流速的第一挡板(111)以及下端开口、用以防止液面波动的第二挡板(112)，并且任意两个相邻的所述第一挡板(111)的高度不等。

4.根据权利要求2所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述第二斜面侧设有若干个沿所述第二斜面侧厚度方向开设、用以供所述过滤部件(12)分离出的液体流入的通孔。

5.根据权利要求4所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述过滤部件(12)与所述成膜槽(1)通过硅胶条(4)密封。

6.根据权利要求5所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述过滤部件(12)包括位于下方的滤网以及附着于所述滤网、用以过滤石墨烯浆液中液体以供石墨烯成膜的滤材。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，还包括与所述过滤部件(12)连接、用以带动所述过滤部件(12)转动的传动机构(3)。

8.根据权利要求7所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，所述传动机构(3)包括若干个设于所述真空箱(2)上下两端、用以供所述过滤部件(12)转向至水平面并防止所述过滤部件(12)与所述真空箱(2)接触的转向导辊。

9.根据权利要求8所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，还包括与所述传动机构(3)相连、用以供石墨烯膜脱水、烘干及定型的脱水、烘干及定型装置。

10.根据权利要求9所述的用于制备石墨烯导热膜的成膜设备，其特征在于，还包括与所述成膜槽(1)相连、用以制备石墨烯浆液的浆料配置装置。