一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备的制作方法

本实用新型涉及化工领域，特别涉及一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备。

背景技术：

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，几乎完全透明，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω/m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料石墨烯材料是一种二维材料，其优异的物理和结构特性使其在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。现有的石墨烯材料大多采用氧化还原法制备。氧化还原法制备石墨烯材料具有操作简单，产物可加工性好等优点，但是产品的性能稳定性差。

现有的石墨烯分散设备一般包括以下两种：

（1）超声波分散设备：非常适合实验室规模、低粘度介质分散石墨烯，用于中、高粘度介质时会受到限制。

（2）研磨分散设备：适合大规模地分散石墨烯,中粘度介质分散石墨烯。

因此，到目前为止还没有一个适合高粘度高固含量石墨烯浆料的分散设备。

申请号201320763674.8公开了一种多层石墨烯浆料的双联加药搅拌设备，所述多层石墨烯浆料的双联加药搅拌设备专用于加药、搅拌研磨浆料等，它主要包括：双联搅拌桶、扰流装置、搅拌装置、输送泵、输送管道、支架及控制系统等。该设备不适于高粘度高固含量石墨烯浆料。

申请号201520858922.6公开了一种工业用石墨烯浆料的搅拌装置，环形反应釜设置为双层环形结构，内层环形反应釜的内仓壁上设置有环形保温腔，环形反应釜的四周设置进料口，进料口上间隔设置有温度传感器和数个”W”形结构下料腔，”W”形结构下料腔底部的两根汇合管道下端设置有环形旋转盘，环形旋转盘的内壁上设置有螺旋形搅拌桨，环形旋转盘下端连接锥体结构的下料口，环形旋转盘的外侧壁设置有从动齿轮，从动齿轮和主动齿轮连接，主动齿轮通过电机控制，充分利用了反应釜的空间。但是，该装置对于高粘度石墨烯的分散效果还是不理想。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提出一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备，解决现有高粘度高固含量石墨烯浆料分散成本高、浆料不均匀、固含量低，分散效率不高的技术问题。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备，包括超声波分散装置、高压釜、均质机及低压釜，所述超声波分散装置包括：超声发生机构、分散室和搅拌机构；所述超声发生机构的超声波振板与所述分散室的外表面相接触；所述分散室包括外壳和内室，所述内室形成有分散腔，所述搅拌机构的搅拌杆延伸入所述分散腔内；还包括第一温度传感器、控制模块及调温管；所述第一温度传感器设置于所述分散腔内；所述调温管设置于所述内室外围，调温管上设有调温管进水口和调温管出水口，所述调温管进水口依次通过管道、水泵、储水箱与自来水龙头相连，自来水龙头上设有第一电磁阀，储水箱内设有第二温度传感器、加热装置，所述调温管出水口上设有第二电磁阀；所述超声发生机构、搅拌机构的搅拌电机、水泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀及加热装置均与控制模块控制连接；所述分散室的出料口经管道连接高压釜上部进料口，高压釜的底部设有石墨烯浆料出口，石墨烯浆料出口经管路连接至均质机，该段管路上安装有减压阀，均质机的出料口与低压釜相连。

所述超声波分散装置的分散室与高压釜上部进料口之间的管道中、高压釜底部石墨烯浆料出口与均质机之间的管路中、以及均质机的出料口与低压釜之间的管路中均设有隔膜泵。

所述超声波分散装置的外部设有消音隔层。

所述外壳与所述内室之间形成有用于容纳用于超声波传导液体介质的介质区域。

所述搅拌机构由套筒、顶盖、固定螺钉、对顶螺母、行星轮系、驱动电机、回转固定机构、可拆卸式搅拌头组成，套筒上端面空出，下端面开有一定直径的通孔，内啮合大齿轮与筒壁内径过盈配合，两个相同的行星轮与中心轮外啮合，与大齿轮内啮合，中心齿轮与驱动电机输出轴通过平键连接；回转固定机构由三对正装的角接触轴承、固定端盖、螺钉、壳体组成，驱动电机的上端与固定轴连接为一体，固定轴的端部攻螺纹，固定轴中部为双向阶梯轴与正装角接触轴承内圈过盈配合，驱动电机两侧连杆的下端与行星轮平键连接，固定轴为双向阶梯轴结构与回转机构中的正装角接触轴承过盈配合，连杆和驱动电机输出轴靠近齿轮的端部为夹具机构，多种类型搅拌头随时可拆卸安装，顶盖外圈开4个光孔，筒壁在等直径部位开对应的4个螺纹孔，依靠固定螺栓实现顶盖和套筒固定，顶盖中心攻内螺纹，与固定轴端部构成螺纹连接，安装时顶盖内螺纹拧到固定轴外螺纹的尽头，对顶螺母通过垫片在顶盖外部与固定轴构成螺纹连接。

还包括伸缩机构，所述伸缩机构带动旋转状态下的搅拌机构在分散腔内上、下往复运动，所述伸缩机构包括连接在电机上部的伸缩杆、以及连接在伸缩杆上部的动力装置，所述动力装置与控制模块控制连接。

所述动力装置为气缸或液压缸。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比具有以下效果：首先，本方法采用球磨方式进行预分散，可将石墨烯粉体与溶剂、分散剂混合均匀，再通过砂磨的方式使浆料进一步分散，最后采用超声波分散，本实用新型装置整个分散过程采用控制模块控制，实现完全自动化，可以高效、稳定地分散得到石墨烯。

另外，本实用新型中搅拌机构采用了多搅拌头组合搅拌，那是因为超声分散装置的使用具有一定的局限性，即其对粘稠的物料的分散效果不佳。粘稠的物料液体含量低，对于超声波的传递效果不佳，由此使得分散效果不均匀，由于粘稠物料的热传导能力差，加之超声波会使液体温度骤然升高，使得反应热以及超声波产生的热量集中在物料的一个面上，造成局部过热，使反应失控，甚至产生安全隐患，因此，采用了多搅拌头组合搅拌可以最大限度的解决局部过热的问题。

附图说明

图1为本实用新型一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备结构示意图；

其中，51.超声波振板；5231.进口；5232.出口；52.分散室；521.外壳；522 .介质区域；523.内室；524. 保温层；53.搅拌机构；54.温度传感器；55.进料管；56.调温管；561.调温管进水口；562.调温管出水口；57.伸缩机构；58；消音隔层；6.隔膜泵；7、高压釜；8、均质机；9、低压釜；

图2为搅拌机构的内部结构示意图；

其中，5301. 左搅拌头；5302. 中心搅拌头；5303. 右搅拌头；5304. 内啮合大齿轮；5305. 左行星齿轮；5306. 右行星齿轮；5307. 中心齿轮；5308. 右连杆； 5309. 左连杆；5310. 驱动电机；5311. 固定轴；5312. 下固定端盖；5313. 壳体；5318. 对顶螺母；

图3为搅拌机构整体结构示意图；

其中， 5319.套筒；5320.顶盖；5321.螺栓；

图4为回转固定机构俯视图；

其中，5316.上固定端盖；5317.固定螺钉；

图5为回转固定机构剖视图；

其中，5314.下角接触轴承；5315.上角接触轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

请参阅图1，图1是本实用新型的一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备的结构示意图。

如图1所示，一种高粘度石墨烯浆料超声波强力分散设备，包括超声波分散装置、高压釜、均质机及低压釜，所述超声波分散装置包括：超声发生机构、分散室和搅拌机构；所述超声发生机构的超声波振板与所述分散室的外表面相接触；所述分散室包括外壳和内室，所述内室形成有分散腔，所述搅拌机构的搅拌杆延伸入所述分散腔内；还包括第一温度传感器、控制模块及调温管；所述第一温度传感器设置于所述分散腔内；所述调温管设置于所述内室外围，调温管上设有调温管进水口和调温管出水口，所述调温管进水口依次通过管道、水泵、储水箱与自来水龙头相连，自来水龙头上设有第一电磁阀，储水箱内设有第二温度传感器、加热装置，所述调温管出水口上设有第二电磁阀；所述超声发生机构、搅拌机构的搅拌电机、水泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀及加热装置均与控制模块控制连接；所述超声波分散装置的分散室经管道连接高压釜上部进料口，高压釜的底部设有石墨烯浆料出口，石墨烯浆料出口经管路连接至均质机，该段管路上安装有减压阀，均质机的出料口与低压釜相连。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述超声波分散装置的分散室与高压釜上部进料口之间的管道中、高压釜底部石墨烯浆料出口与均质机之间的管路中、以及均质机的出料口与低压釜之间的管路中均设有隔膜泵。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，为了降低超声波分散装置工作时产生的噪音，所述超声波分散装置的外部设有消音隔层。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述外壳与所述内室之间形成有用于容纳用于超声波传导液体介质的介质区域。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述搅拌机构由套筒、顶盖、固定螺钉、对顶螺母、行星轮系、驱动电机、回转固定机构、可拆卸式搅拌头组成，套筒上端面空出，下端面开有一定直径的通孔，内啮合大齿轮与筒壁内径过盈配合，两个相同的行星轮与中心轮外啮合，与大齿轮内啮合，中心齿轮与驱动电机输出轴通过平键连接；回转固定机构由三对正装的角接触轴承、固定端盖、螺钉、壳体组成，驱动电机的上端与固定轴连接为一体，固定轴的端部攻螺纹，固定轴中部为双向阶梯轴与正装角接触轴承内圈过盈配合，驱动电机两侧连杆的下端与行星轮平键连接，固定轴为双向阶梯轴结构与回转机构中的正装角接触轴承过盈配合，连杆和驱动电机输出轴靠近齿轮的端部为夹具机构，多种类型搅拌头随时可拆卸安装，顶盖外圈开4个光孔，筒壁在等直径部位开对应的4个螺纹孔，依靠固定螺栓实现顶盖和套筒固定，顶盖中心攻内螺纹，与固定轴端部构成螺纹连接，安装时顶盖内螺纹拧到固定轴外螺纹的尽头，对顶螺母通过垫片在顶盖外部与固定轴构成螺纹连接。

进一步的，还包括伸缩机构，所述伸缩机构带动旋转状态下的搅拌机构在分散腔内上、下往复运动，所述伸缩机构包括连接在电机上部的伸缩杆、以及连接在伸缩杆上部的动力装置，所述动力装置与控制模块控制连接。

进一步的，所述动力装置为气缸或液压缸。

上述生产装置的使用过程如下：

将待分散的石墨烯浆料从超声波分散装置的进料口倒入，进入分散腔，所述超声发生机构的超声波振板51与所述分散室52的外表面相接触；所述搅拌机构对所述分散腔内的石墨烯浆料进行搅拌；所述第一温度传感器设置于所述分散腔内，用于对分散腔内搅拌物料的温度进行实时检测；

所述控制模块内预先设置有第一温度阈值和第二温度阈值，将所述第一温度传感器传来的分散腔温度与第一温度阈值比较，若分散腔温度超过第一温度阈值，则启动和水泵，使储水箱内的冷水进入调温管，给分散腔降温，当分散腔温度低于第一温度阈值时，开启储水腔内加热装置，加热装置将储水箱内水温加热至第二温度阈值区间时，控制模块控制加热装置停止加热，并同时开启第二电磁阀和水泵，一边通过第二电磁阀泄掉调温管内的冷水，一边通过水泵向调温管内增加与第二温度阈值相同水温的水，从而使分散腔始终保持在一定的温度范围，分散效果更好。分散室内经超声波分散好后的石墨烯浆料通过管道连接高压釜上部进料口，高压釜的底部设有石墨烯浆料出口，石墨烯浆料出口经管路连接至均质机，该段管路上安装有减压阀，均质机的出料口与低压釜相连。