一種高固含量漿料分散系統的製作方法

2023-08-08 09:25:21 1

本發明涉及化工領域，特別涉及一種高固含量漿料分散系統。

背景技術：

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，幾乎完全透明，只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m，高於碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/Vs，又比納米碳管或矽晶體高，而電阻率只約10-8Ω/m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料石墨烯材料是一種二維材料，其優異的物理和結構特性使其在電子、傳感和光電 器件等多領域表現出非凡的應用潛力。現有的石墨烯材料大多採用氧化還原法製備。氧化 還原法製備石墨烯材料具有操作簡單，產物可加工性好等優點，但是產品的性能穩定性差。

現有的石墨烯分散設備一般包括以下兩種：

（1）超聲波分散設備：非常適合實驗室規模、低粘度介質分散石墨烯，用於中、高粘度介質時會受到限制。

（2）研磨分散設備：適合大規模地分散石墨烯,中粘度介質分散石墨烯。

因此，到目前為止還沒有一個適合高粘度高固含量石墨烯漿料的分散設備。

申請號201320763674.8公開了一種多層石墨烯漿料的雙聯加藥攪拌設備，所述多層石墨烯漿料的雙聯加藥攪拌設備專用於加藥、攪拌研磨漿料等，它主要 包括：雙聯攪拌桶、擾流裝置、攪拌裝置、輸送泵、輸送管道、支架及控制系統等。該設備不適於高粘度高固含量石墨烯漿料。

申請號201520858922.6公開了一種工業用石墨烯漿料的攪拌裝置，環形反應釜設置為雙層環形結構，內層環形反應釜的內倉壁上設置有環形保溫腔，環形反應釜的四周設置進料口，進料口上間隔設置有溫度傳感器和數個」W」形結構下料腔，」W」形結構下料腔底部的兩根匯合管道下端設置有環形旋轉盤，環形旋轉盤的內壁上設置有螺旋形攪拌槳，環形旋轉盤下端連接錐體結構的下料口，環形旋轉盤的外側壁設置有從動齒輪，從動齒輪和主動齒輪連接，主動齒輪通過電機控制，充分利用了反應釜的空間。但是，該裝置對於高粘度石墨烯的分散效果還是不理想。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提出一種高固含量漿料分散系統，解決現有高粘度高固含量石墨烯漿料分散成本高、漿料不均勻、固含量低，分散效率高的問題。

為了實現上述技術目的，本發明採用的具體技術方案如下：

一種高固含量漿料分散系統，包括球磨機、第一中轉釜、砂磨機、第二中轉釜, 所述球磨機的出料口通過第一管道連接所述第一中轉釜的進料口，所述第一中轉釜的出料口通過第二管道連接所述砂磨機的進料口，所述砂磨機的出料口通過第三管道與所述第二中轉釜的進料口連接，所述第二中轉釜的出料口通過第四管道連接超聲波分散裝置，所述超聲波分散裝置包括：超聲發生機構、分散室和攪拌機構；所述分散室包括外殼和內室，所述內室形成有分散腔，所述攪拌機構的攪拌杆延伸入所述分散腔內，所述攪拌機構的攪拌頭為多個；所述超聲發生機構的超聲波振板與所述分散室的外表面相接觸；還包括第一溫度傳感器、控制模塊及調溫管；所述第一溫度傳感器設置於所述分散腔內；所述調溫管設置於所述內室外圍，調溫管上設有調溫管進水口和調溫管出水口，所述調溫管進水口依次通過管道、水泵、儲水箱與自來水龍頭相連，自來水龍頭上設有第一電磁閥，儲水箱內設有第二溫度傳感器、加熱裝置，所述調溫管出水口上設有第二電磁閥；所述超聲發生機構、攪拌機構的攪拌電機、水泵、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一電磁閥、第二電磁閥及加熱裝置均與控制模塊控制連接。所述球磨機設有投料口。

所述第一管道、第二管道和第四管道中均設有隔膜泵。

所述外殼與所述內室之間形成有用於容納用於超聲波傳導液體介質的介質區域。

所述攪拌機構由套筒、頂蓋、固定螺釘、對頂螺母、行星輪系、驅動電機、迴轉固定機構、可拆卸式攪拌頭組成，套筒上端面空出，下端面開有一定直徑的通孔，內嚙合大齒輪與筒壁內徑過盈配合，兩個相同的行星輪與中心輪外嚙合，與大齒輪內嚙合，中心齒輪與驅動電機輸出軸通過平鍵連接；迴轉固定機構由三對正裝的角接觸軸承、固定端蓋、螺釘、殼體組成，驅動電機的上端與固定軸連接為一體，固定軸端部攻特定距離的螺紋，固定軸中部為雙向階梯軸與正裝角接觸軸承內圈過盈配合，驅動電機兩側連杆的下端與行星輪平鍵連接，固定軸為雙向階梯軸結構與迴轉機構中的正裝角接觸軸承過盈配合，連杆和驅動電機輸出軸靠近齒輪的端部為夾具機構，多種類型攪拌頭隨時可拆卸安裝，頂蓋外圈開4個光孔，筒壁在等直徑部位開對應的4個螺紋孔，依靠固定螺栓實現頂蓋和套筒固定，頂蓋中心攻內螺紋，與固定軸端部構成螺紋 連接，安裝時頂蓋內螺紋擰到固定軸外螺紋的盡頭，對頂螺母通過墊片在頂蓋外部與固定軸構成螺紋連接。

還包括伸縮機構，所述伸縮機構帶動旋轉狀態下的攪拌機構在分散腔內上、下往復運動，所述伸縮機構包括連接在電機上部的伸縮杆、以及連接在伸縮杆上部的動力裝置，所述動力裝置與控制模塊控制連接。

所述動力裝置為氣缸或液壓缸。

本發明的有益效果是：

與現有技術相比具有以下效果：首先，本方法採用球磨方式進行預分散，可將石墨烯粉體與溶劑、分散劑混合均勻，再通過砂磨的方式使漿料進一步分散，最後採用超聲波分散，本發明裝置整個分散過程採用控制模塊控制，實現完全自動化，可以高效、穩定地分散得到石墨烯。

另外，本發明中攪拌機構採用了多攪拌頭組合攪拌，是因為超聲分散裝置的使用具有一定的局限性，即其對粘稠的物料的分散效果不佳。粘稠的物料液體含量低，對於超聲波的傳遞效果不佳，由此使得分散效果不均勻，由於粘稠物料的熱傳導能力差，加之超聲波會使液體溫度驟然升高，使得反應熱以及超聲波產生的熱量集中在物料的一個面上，造成局部過熱，使反應失控，甚至產生安全隱患，因此，採用了多攪拌頭組合攪拌可以最大限度的解決局部過熱的問題。

附圖說明

圖1為本發明一種高固含量漿料分散系統結構示意圖；

其中，1.球磨機；2.第一中轉釜；3. 砂磨機；4.第二中轉釜；5.超聲波分散裝置；51.超聲波振板；5231.進口；5232.出口；52.分散室；521.外殼；522 . 介質區域；523.內室；524. 保溫層；53.攪拌機構；54.溫度傳感器；55.進料管；56.調溫管；561.調溫管進水口；562.調溫管出水口；57.伸縮機構；6.隔膜泵；

圖2為攪拌機構的內部結構示意圖；

其中，5301. 左攪拌頭；5302. 中心攪拌頭；5303. 右攪拌頭；5304. 內嚙合大齒輪；5305. 左行星齒輪；5306. 右行星齒輪；5307. 中心齒輪；5308. 右連杆； 5309. 左連杆；5310. 驅動電機；5311. 固定軸；5312. 下固定端蓋；5313. 殼體；5318. 對頂螺母；

圖3為攪拌機構整體結構示意圖；

其中， 5319.套筒；5320.頂蓋；5321.螺栓；

圖4為迴轉固定機構俯視圖；

其中，5316.上固定端蓋；5317.固定螺釘；

圖5為迴轉固定機構剖視圖；

其中，5314.下角接觸軸承；5315.上角接觸軸承。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例一

請參閱圖1，圖1是本發明的一種高固含量漿料分散系統的結構示意圖。

如圖1所示，一種高固含量漿料分散系統，包括球磨機、第一中轉釜、砂磨機、第二中轉釜, 所述球磨機的出料口通過第一管道連接所述第一中轉釜的進料口，所述第一中轉釜的出料口通過第二管道連接所述砂磨機的進料口，所述砂磨機的出料口通過第三管道與所述第二中轉釜的進料口連接，所述第二中轉釜的出料口通過第四管道連接超聲波分散裝置，所述超聲波分散裝置包括：超聲發生機構、分散室和攪拌機構；所述超聲發生機構的超聲波振板與所述分散室的外表面相接觸；還包括第一溫度傳感器、控制模塊及調溫管；所述第一溫度傳感器設置於所述分散腔內；所述調溫管設置於所述內室外圍，調溫管上設有調溫管進水口和調溫管出水口，所述調溫管進水口依次通過管道、水泵、儲水箱與自來水龍頭相連，自來水龍頭上設有第一電磁閥，儲水箱內設有第二溫度傳感器、加熱裝置，所述調溫管出水口上設有第二電磁閥；所述超聲發生機構、攪拌機構的攪拌電機、水泵、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一電磁閥、第二電磁閥及加熱裝置均與控制模塊控制連接；所述分散室包括外殼和內室，所述內室形成有分散腔，所述攪拌機構的攪拌杆延伸入所述分散腔內，所述攪拌機構的攪拌頭為多個。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述球磨機設有投料口。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述第一管道、第二管道和第四管道中均設有隔膜泵。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述外殼與所述內室之間形成有用於容納用於超聲波傳導液體介質的介質區域。

作為本發明技術方案的進一步改進，所述攪拌機構由套筒、頂蓋、固定螺釘、對頂螺母、行星輪系、驅動電機、迴轉固定機構、可拆卸式攪拌頭組成，套筒上端面空出，下端面開有一定直徑的通孔，內嚙合大齒輪與筒壁內徑過盈配合，兩個相同的行星輪與中心輪外嚙合，與大齒輪內嚙合，中心齒輪與驅動電機輸出軸通過平鍵連接；迴轉固定機構由三對正裝的角接觸軸承、固定端蓋、螺釘、殼體組成，驅動電機的上端與固定軸連接為一體，固定軸端部攻特定距離的螺紋，固定軸中部為雙向階梯軸與正裝角接觸軸承內圈過盈配合，驅動電機兩側連杆的下端與行星輪平鍵連接，固定軸為雙向階梯軸結構與迴轉機構中的正裝角接觸軸承過盈配合，連杆和驅動電機輸出軸靠近齒輪的端部為夾具機構，多種類型攪拌頭隨時可拆卸安裝，頂蓋外圈開4個光孔，筒壁在等直徑部位開對應的4個螺紋孔，依靠固定螺栓實現頂蓋和套筒固定，頂蓋中心攻內螺紋，與固定軸端部構成螺紋 連接，安裝時頂蓋內螺紋擰到固定軸外螺紋的盡頭，對頂螺母通過墊片在頂蓋外部與固定軸構成螺紋連接。

進一步的，還包括伸縮機構，所述伸縮機構帶動旋轉狀態下的攪拌機構在分散腔內上、下往復運動，所述伸縮機構包括連接在電機上部的伸縮杆、以及連接在伸縮杆上部的動力裝置，所述動力裝置與控制模塊控制連接。

進一步的，所述動力裝置為氣缸或液壓缸。

上述生產裝置的使用過程如下：

球磨機1頂端設有投料口，由投料口先投入溶劑與分散劑，先球磨分散分散液，再由投料口投入石墨烯粉體，球磨分散一段時間，將混合物混合均勻；由球磨機1上隔膜泵6將物料抽至第一中轉釜2中，由砂磨機3上隔膜泵6將第一中轉釜2中物料抽至砂磨機3中進行砂磨，將砂磨後的物料打至第二中轉釜4中，期間控制砂磨機3轉速與物料流速 ( 泵速 ) 來控制分散時間，分散完成後通過第二中轉釜3配備隔膜泵6將物料抽至超聲波分散裝置5中進行進一步分散，所述超聲波分散裝置5包括：超聲發生機構、分散室52和攪拌機構；所述超聲發生機構的超聲波振板51與所述分散室52的外表面相接觸；所述分散室52包括外殼和內室，所述內室形成有分散腔，所述攪拌機構的攪拌杆延伸入所述分散腔內；還包括第一溫度傳感器、控制模塊及調溫管56；所述第一溫度傳感器設置於所述分散腔內，用於對分散腔內攪拌物料的溫度進行實時檢測；所述調溫管設置於所述內室外圍，調溫管上設有調溫管進水口561和調溫管出水口562，所述調溫管進水口561依次通過管道及儲水箱57與自來水龍頭相連，自來水龍頭上設有第一電磁閥，儲水箱57內設有第二溫度傳感器和加熱裝置，所述調溫管出水口562上設有第二電磁閥；所述控制模塊內預先設置有第一溫度閾值和第二溫度閾值，將所述第一溫度傳感器傳來的分散腔溫度與第一溫度閾值比較，若分散腔溫度超過第一溫度閾值，則啟動和水泵，使儲水箱內的冷水進入調溫管，給分散腔降溫，當分散腔溫度低於第一溫度閾值時，開啟儲水腔內加熱裝置，加熱裝置將儲水箱內水溫加熱至第二溫度閾值區間時，控制模塊控制加熱裝置停止加熱，並同時開啟第二電磁閥和水泵，一邊通過第二電磁閥洩掉調溫管內的冷水，一邊通過水泵向調溫管內增加與第二溫度閾值相同水溫的水，從而使分散腔始終保持在一定的溫度範圍，分散效果更好。