一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)實用新型提供一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是：包括筒體、筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿、驅(qū)動裝置，所述筒體設(shè)置與筒體一體的固定磨盤；所述筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿為“一”字型排布的三根螺桿，其中中間一根螺桿貫穿整個磨盤式擠出機，并設(shè)置與固定磨盤配套的動磨盤，兩側(cè)的兩根螺桿設(shè)置在前端，作為物料輸送段、預(yù)剪切段；所述的驅(qū)動裝置為電機、傳動裝置；所述固定磨盤和動磨盤均勻分布供物料通過的微小孔道。利用磨盤式擠出機的連續(xù)剪切剝離，通過三根螺桿的塑化剪切、磨盤的研磨、微小孔道的均勻分散，不但能夠連續(xù)穩(wěn)定的剝離制備石墨烯，而且大幅縮短了剝離時間，是實現(xiàn)石墨烯量產(chǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備。
【專利說明】
一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及石墨烯領(lǐng)域，具體涉及一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，從而克服目前球磨機長時間擠壓碰撞對石墨烯晶格的損傷，實現(xiàn)連續(xù)高剪切剝離石墨稀。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家使用微機械剝離的方法發(fā)現(xiàn)了石墨烯，并于2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯是目前最薄也是最堅硬的納米材料，同時具備透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子迀移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能，這種特殊的性能使石墨稀在觸摸屏、傳感器、超級電容、鋰電池、快速充電、太陽能電池、儲氫、電子元器件散熱、材料增強、防腐涂料、生物醫(yī)學(xué)、污水處理、海水淡化等諸多領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)主要采用氧化還原制備石墨烯，通過氧化還原法弱化石墨層間的結(jié)合力，從而剝離得到石墨烯，然而由于耗時長、能耗高、成本高昂、污染環(huán)境，難以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，而且氧化還原法得到的石墨烯晶體結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p傷，對性能造成影響。
[0004]而直接機械法則可以實現(xiàn)規(guī)?；统杀局苽涫?，從而使石墨烯的成本大幅降低。如通過球磨、氣流磨、微細(xì)粉碎機等的機械沖擊實現(xiàn)石墨烯的剝離。在實踐中，通過機械方式反復(fù)地研磨盡管獲得了石墨烯，但是由于受到研磨壓應(yīng)力的作用，研磨撞擊對石墨晶格造成一定的破壞，由于研磨對石墨施加壓力，對剝離的石墨產(chǎn)生巨大的沖擊力，這種沖擊力會使石墨烯層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，極易造成石墨烯層結(jié)構(gòu)晶格缺陷，降低剝離后石墨烯的尺寸，使得制得的石墨烯產(chǎn)品晶體尺寸小。另外，目前研磨生產(chǎn)石墨烯屬于間歇式，在對石墨進行剝離的同時，對已剝離的石墨烯無法及時篩選出，因而難以進行連續(xù)穩(wěn)定的量產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種磨盤式擠出機，這種磨盤式擠出機可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的球磨機、氣流粉碎機進行剪切剝離，同時，這種磨盤式擠出機用于剪切剝離制備石墨烯，實現(xiàn)了在高剪切應(yīng)力作用下石墨烯連續(xù)穩(wěn)定的剝離，大幅縮短了剝離時間，是實現(xiàn)石墨烯量產(chǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，包括筒體、筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿、驅(qū)動裝置，所述筒體設(shè)置與筒體一體的固定磨盤;所述筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿為“一”字型排布的三根螺桿，其中中間一根螺桿貫穿整個磨盤式擠出機，并設(shè)置與固定磨盤配套的動磨盤，兩側(cè)的兩根螺桿設(shè)置在前端，作為物料輸送段、預(yù)剪切段;所述的驅(qū)動裝置為電機、傳動裝置。特別是，本實用新型中，所述固定磨盤和動磨盤均勻分布供物料通過的微小孔道。
[0008]本實用新型中，所述固定磨盤和動磨盤的微小孔道直徑為0.5-2mm，微小孔道均勻通過物料。
[0009]本實用新型中，所述“一”字型排布的三根螺桿為同向旋轉(zhuǎn)的螺桿。
[0010]本實用新型中，所述固定磨盤和動磨盤在接觸面設(shè)置網(wǎng)紋，網(wǎng)紋的設(shè)置為大小均勻的網(wǎng)格形，定磨盤與動磨盤的間隙可調(diào)，從而實現(xiàn)石墨烯微片連續(xù)穩(wěn)定的剪切剝離。
[0011]進一步，本實用新型中，所述固定磨盤和動磨盤設(shè)置的網(wǎng)紋深度為l_3mm，網(wǎng)格寬度為0.5-lmm。
[0012]本實用新型中，所述輸送段中輸送元件為36/36輸送元件。
[0013]本實用新型中，所述預(yù)剪切段的剪切元件為交錯角為45°、60°、90°-45°的元件組合而成。
[0014]本實用新型中，所述中間一根螺桿與兩側(cè)的螺桿組成的前端為物料輸送段、預(yù)剪切段，中端為磨盤剪切段，后端為48/48輸送元件組成的后端輸送段。
[0015]本實用新型中，所述筒體設(shè)置輔料加料口和脫揮口。
[0016]本實用新型中，所述磨盤式擠出機可以根據(jù)需要設(shè)置加熱。
[0017]本實用新型中，所述磨盤式擠出機的轉(zhuǎn)速可在10-600rpm間調(diào)節(jié)。
[0018]本實用新型中，所述磨盤式擠出機用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到石墨烯。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提出的一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，通過螺桿兩兩之間同向旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生切面剪切，進行預(yù)剪切，進一步連續(xù)通過有中間螺桿帶動的磨盤進行強力剪切，具有超強的粉碎、剪切、分散性，特別是在固定磨盤和動磨盤均勻分布供物料通過的微小孔道，使石墨烯的加工適應(yīng)性更寬，可以選擇干粉態(tài)、濕潤態(tài)、漿體態(tài)、熱熔態(tài)的石墨及輔料直接剝離得到石墨烯。實現(xiàn)了在高剪切應(yīng)力作用下連續(xù)穩(wěn)定的剝離制備石墨烯。
[0020]所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解的是，本實用新型的特點或目的之一在于:利用磨盤式擠出機的連續(xù)剪切剝離，通過三根螺桿的塑化剪切、磨盤的研磨、微小孔道的均勻分散，不但能夠連續(xù)穩(wěn)定的剝離制備石墨烯，而且大幅縮短了剝離時間，是實現(xiàn)石墨烯量產(chǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實用新型一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中:1-驅(qū)動裝置;2-加料裝置;3-側(cè)螺桿;4-中間螺桿;5-輔料進料口； 6_動磨盤；7-固定磨盤;8-脫揮口 ； 9-筒體；10-出料口； 11-輸送段；12-預(yù)剪切段；13-磨盤剪切段；14-后端輸送段。
[0023]圖2為本實用新型一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機的動磨盤與固定磨盤的側(cè)視示意圖。
[0024]其中:4-中間螺桿；6-動磨盤;7-固定磨盤;15-微小孔道。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖，對實用新型作進一步的詳細(xì)說明。實施本實用新型，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，本實用新型提出了一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，包括筒體(9)、筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿(3、4)、驅(qū)動裝置(1)，其中，筒體(9)設(shè)置與筒體一體的固定磨盤(7);筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿(3、4)為“一”字型排布的三根螺桿，為同向旋轉(zhuǎn)的螺桿，其中中間一根螺桿(4)貫穿整個磨盤式擠出機，并設(shè)置與固定磨盤(7)配套的動磨盤(6)，兩側(cè)的兩根螺桿(3)設(shè)置在前端，作為物料輸送段(11)和預(yù)剪切段(12);特別是，如圖2所示，本實用新型中，固定磨盤(7)和動磨盤(6)的磨面均勻分布供物料通過的微小孔道(15)。
[0028]本實用新型中，固定磨盤(7)和動磨盤(6)的微小孔道(15)直徑為0.5-2_，微小孔道均勻通過物料。
[0029]本實用新型中，固定磨盤(7)和動磨盤(6)在接觸面設(shè)置網(wǎng)紋(沒有標(biāo)出)，網(wǎng)紋的設(shè)置為大小均勻的網(wǎng)格形，固定磨盤(7)與動磨盤(6)的之間的間隙可調(diào)，從而實現(xiàn)石墨烯微片連續(xù)穩(wěn)定的剪切剝離。優(yōu)選的，固定磨盤(7)與動磨盤(6)設(shè)置的網(wǎng)紋深度為l-3mm，網(wǎng)格寬度為0.5-lmm。
[0030]本實用新型中，輸送段(11)中輸送元件為36/36輸送元件。預(yù)剪切段(12)的剪切元件為交錯角為45°、60。、90。-45。的元件組合而成，如:60。/90。/-45。/45?；?45° /60。/90。/45?；?0。/-45。/60。/45。或45。/60。/90。/-45。。
[0031]本實用新型中，中間一根螺桿(4)與兩側(cè)的螺桿(3)組成的前端為物料輸送段
(11)、預(yù)剪切段(12)，中端為磨盤剪切段(13)，后端為48/48輸送元件組成的后端輸送段(14)。
[0032]本實用新型中，筒體設(shè)置輔料加料口(5)和脫揮口(8)，在輔料加料口(5)可以根據(jù)需要加入輔料以促進石墨烯的剝離，如可以方便的加入分散劑、研磨介質(zhì)、氧化劑等;脫揮口(8)可以將剪切過程中產(chǎn)生的各類揮發(fā)分及時脫出或者回收。
[0033]本實用新型中，磨盤式擠出機可以根據(jù)需要設(shè)置加熱裝置(未標(biāo)出)，加熱裝置可以設(shè)置在筒體外圍。
[0034]本實用新型中，磨盤式擠出機的轉(zhuǎn)速優(yōu)選在在10-600rpm間調(diào)節(jié)。進一步優(yōu)選80-120rpmo
[0035]實施例2
[0036]選擇干粉態(tài)、濕潤態(tài)、漿體態(tài)、熱熔態(tài)的石墨及輔料利用磨盤式擠出機直接剝離得到石墨烯。優(yōu)選的方式為:將濕潤態(tài)的石墨粉原料經(jīng)加料裝置(2)送入磨盤式擠出機，物料經(jīng)物料輸送段(I I)和預(yù)剪切段(12)在筒體(9)加熱和筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿(3、4)在10-600rpm旋轉(zhuǎn)條件下預(yù)剪切，進入中端磨盤剪切段(13)，通過定磨盤(7)和動磨盤(6)的剪切研磨，選用固定磨盤(7)和動磨盤(6)的微小孔道(15)直徑為0.5mm，固定磨盤(7)和動磨盤(6 )在接觸面設(shè)置深度為1-3mm，網(wǎng)格寬度為0.5_lmm的均勻網(wǎng)紋。物料經(jīng)微小孔道(15 )均勻通過，同時將剪切降解產(chǎn)生的揮發(fā)份經(jīng)脫揮口(8)采用真空排除并回收，最后經(jīng)出料口(10)收集得到石墨稀。
[0037]應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:包括筒體、筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿、驅(qū)動裝置，所述筒體設(shè)置與筒體一體的固定磨盤;所述筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿為“一”字型排布的三根螺桿，其中中間一根螺桿貫穿整個磨盤式擠出機，并設(shè)置與固定磨盤配套的動磨盤，兩側(cè)的兩根螺桿設(shè)置在前端，作為物料輸送段、預(yù)剪切段;所述的驅(qū)動裝置為電機、傳動裝置;所述固定磨盤和動磨盤均勻分布供物料通過的微小孔道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述固定磨盤和動磨盤的微小孔道直徑為0.5-2mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述“一”字型排布的三根螺桿為同向旋轉(zhuǎn)的螺桿。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述固定磨盤和動磨盤在接觸面設(shè)置網(wǎng)紋，網(wǎng)紋的設(shè)置為大小均勻的網(wǎng)格形，定磨盤與動磨盤的間隙可調(diào)，網(wǎng)紋深度為I _3mm，網(wǎng)格寬度為0.5_lmm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述輸送段中輸送元件為36/36輸送元件。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述預(yù)剪切段的剪切元件為交錯角為45°、60°、90°-45°的元件組合而成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述中間一根螺桿與兩側(cè)的螺桿組成的前端為物料輸送段、預(yù)剪切段，中端為磨盤剪切段，后端為48/48輸送元件組成的后端輸送段。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述筒體設(shè)置輔料加料口、脫揮口和加熱裝置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述磨盤式擠出機的轉(zhuǎn)速可在10_600rpm間調(diào)節(jié)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于剪切剝離制備石墨烯的磨盤式擠出機，其特征是:所述磨盤式擠出機用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨或者氧化石墨得到石墨烯。
【文檔編號】C01B31/04GK205500792SQ201620285077
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】陳慶, 曾軍堂, 葉任海
【申請人】成都新柯力化工科技有限公司