CN115744882B - 一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置，该装置由强制喂料电机、强制喂料锥形料仓、螺旋搅拌装置、螺杆推料步进电机、螺旋输料装置、排水管道、渐缩挤出模头、金属电极板、金属放电探针、微负压收集仓、导电基板、导向托架、连续输料固定支架、直流电源、高压驱动器组成。本发明利用创造性的“碳纳米管成型电极的更新输送”、“线分散多位点的放电形式”、“稳定放电参数调控”等技术及相关设备，实现了碳纳米管的连续化、规模化分散且分散效果稳定。并实现了碳纳米管浆料成型压力、放电位点、放电距离等分散核心参数的调控。同时该装置连续化程度高，分散体量大，分散效果理想，操作简便，安全可靠。

Description

一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置

技术领域：

本发明属于纳米材料分散及应用领域，特别是涉及一种碳纳米管分散雾的连续化、规模化制备装置。

背景技术：

受范德华力、氢键作用、拓扑结构缠绕等多重复杂因素影响，纳米材料易发生团聚现象。而其中，碳纳米管因其高长径比，出现的团聚现象尤为严重，该现象的出现阻碍了碳纳米管高性能禀赋的充分发挥。因此如何解决碳纳米管的团聚问题成为了下游能否直接、良好应用的关键难题。

目前能够应用的分散技术主要包括机械分散、强酸氧化、分散剂添加等工艺步骤的单独或联合使用，但在上述分散方法中，机械分散导致碳纳米管分散不充分，不均匀。强酸氧化会导致单体粒子长径比降低，使用分散剂添加工艺，杂质的残留严重影响力学、电学、热学等性能的增强。针对以上问题，虽然有部分技术利用等离子的高能流密度对碳纳米管进行分散，但利用该类分散技术，分散效果极度依赖相关技术参数的控制与设备研发。普遍存在碳纳米管分散体量小、难以实现连续化分散、放电位点不固定，放电间距不易控制等关键难题从而导致分散效果不稳定、不理想，难以实现规模化制备与直接应用。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置，该装置由强制喂料电机、强制喂料锥形料仓、螺旋搅拌装置、螺杆推料步进电机、螺旋输料装置、排水管道、渐缩挤出模头、金属电极板、金属放电探针、微负压收集仓、导电基板、导向托架、连续输料固定支架、直流电源、高压驱动器组成。

本发明所采用的技术方案是：将碳纳米管与去离子水混合后添加至强制喂料锥形料仓，螺杆推料步进电机连续工作，将强制喂料电机搅拌混合后的物料进行持续输送，并通过螺杆推料步进电机转速控制物料进给速度，控制分散效率。混合物料被输送至渐缩挤出模头，具备一定的成型结构力后被持续挤出至导向托架，被挤出的水分从排水管道排出，从而形成连续的碳纳米管成型电极。当碳纳米管成型电极覆盖导向托架后，开启直流电源，高压驱动器开始工作。

高压驱动器分别连接导电基板和金属电极板，碳纳米管成型电极与导电基板直接接触，金属电极板表面含有至少一个金属放电探针，若有多个保证长度相等。因碳纳米管成型电极被连续输送，达到不断更新的效果，令两电极放电间距、放电位点等影响碳纳米管分散效果的核心参数保持相对稳定。高压驱动器开始工作后，碳纳米管成型电极表面与金属电极板表面的金属放电探针间持续产生放电电弧，碳纳米管以分散雾的形式被分散在微负压收集仓，并通过微负压的形式进行收集。最终被持续传输更新的碳纳米管成型电极脱离导向托架，并将其回收利用，提高使用效率。

本发明的有益效果是：利用创造性的“碳纳米管成型电极的更新输送”、“线分散多位点的放电形式”、“稳定放电参数调控”等技术及相关设备，实现了碳纳米管的连续化、规模化分散且分散效果稳定。并实现了碳纳米管浆料成型压力、放电位点、放电距离等分散核心参数的调控。同时该装置连续化程度高，分散体量大，分散效果理想，操作简便，建造及维护成本低，安全可靠。

附图说明：

附图1为本发明一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置示意图。

附图2是碳纳米管成型电极被持续挤出后在微负压仓中产生电弧进行分散的示意图。

附图：1-强制喂料电机、2-强制喂料锥形料仓、3-螺旋搅拌装置、4-螺杆推料步进电机、5-螺旋输料装置、6-排水管道、7-渐缩挤出模头、8-金属电极板、9-金属放电探针、10-微负压收集仓、11-导电基板、12-导向托架、13-连续输料固定支架、14-直流电源、15-高压驱动器组成。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明具体的实施方法：

如附图所示，一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置，主要由强制喂料电机(1)、强制喂料锥形料仓(2)、螺旋搅拌装置(3)、螺杆推料步进电机(4)、螺旋输料装置(5)、排水管道(6)、渐缩挤出模头(7)、金属电极板(8)、金属放电探针(9)、微负压收集仓(10)、导电基板(11)、导向托架(12)、连续输料固定支架(13)、直流电源(14)、高压驱动器(15)组成。其中强制喂料电机(1)固定于强制喂料锥形料仓(2)上方并与螺旋搅拌装置(3)直接连接；强制喂料锥形料仓(2)固定于螺旋输料装置(5)上方并紧密配合；螺杆推料步进电机(4)与螺旋输料装置(5)相互连接，并可通过调整螺杆推料步进电机(4)转速控制物料传输速度，控制分散效率；螺旋输料装置(5)与导向托架(11)直接固定于连续输料固定支架(13)上方；渐缩挤出模头(7)固定于螺旋输料装置(5)出口端；排水管道(6)位于螺旋输料装置(5)近出口端，并通过细管道相互连接；导向托架(11)固定于螺旋输料装置(5)绝缘外壳，金属电极板(8)连接于螺旋输料装置(5)绝缘外壳，并可调节其与导向托架(11)之间的距离，金属电极板(8)表面至少固定一个金属放电探针(9)，若有多个，保证长度相等，保持放电距离这一对放电效果产生关键影响的核心参数相对稳定；导电基板(11)位于导向托架(12)上方并紧密配合；直流电源(14)与高压驱动器(15)相互连接，高压驱动器(15)正极与金属电极板(8)连接，负极与导电基板(11)连接。

本发明工作原理和工作过程为：

首先同时启动强制喂料电机(1)与螺杆推料步进电机(4)，将碳纳米管与去离子水混合后添加至强制喂料锥形料仓(2)中，经过螺旋搅拌装置(3)进行混合搅拌，形成碳纳米管浆料，随后被螺旋输料装置(5)不断向前推进，并可通过调整螺杆推料步进电机(4)转速控制物料传输速度。碳纳米管浆料被传输至渐缩挤出模头(7)后，受渐缩挤出模头(7)挤压力作用，形成了具备一定的成型结构力，从而保持固定形态的碳纳米管成型电极，挤压溢出的水分从排水管道(6)排出。具有固定形态的碳纳米管成型电极被连续输送至导向托架(11)，并在导向托架(11)表面保持连续滑动。此时开启直流电源(13)，高压驱动器(14)开始工作，金属电极板(8)表面的金属放电探针(9)与连续输送的碳纳米管成型电极表面形成放电电弧，在微负压收集仓(10)将碳纳米管成型电极进行连续分散，并进行负压收集。持续输送的碳纳米管成型电极脱离导向托架(12)后被二次收集并重复利用。图2为碳纳米管成型电极被持续挤出后在微负压仓中产生电弧进行分散的示意图，由于被挤出的碳纳米管成型电极保持了连续输送，动态更新，因此长度固定的金属放电探针与碳纳米管成型电极表面在进行放电分散的过程中，形成了由“点”分散至多位点“线”分散的技术路线，增加了碳纳米管的分散体量，并且金属放电探针与持续更新的碳纳米管成型电极间保持了放电位点与距离的相对稳定，达到了理想的分散效果，能够进行连续化制备与应用。

Claims (1)

1.一种碳纳米管分散雾的连续化制备装置，主要由强制喂料电机(1)、强制喂料锥形料仓(2)、螺旋搅拌装置(3)、螺杆推料步进电机(4)、螺旋输料装置(5)、排水管道(6)、渐缩挤出模头(7)、金属电极板(8)、金属放电探针(9)、微负压收集仓(10)、导电基板(11)、导向托架(12)、连续输料固定支架(13)、直流电源(14)、高压驱动器(15)组成；

强制喂料电机(1)固定于强制喂料锥形料仓(2)上方并与螺旋搅拌装置(3)直接连接，强制喂料锥形料仓(2)固定于螺旋输料装置(5)上方并紧密配合，螺杆推料步进电机(4)与螺旋输料装置(5)相互连接，并可通过调整螺杆推料步进电机(4)转速控制物料传输速度，控制分散效率，螺旋输料装置(5)与导向托架(11)直接固定于连续输料固定支架(13)上方，渐缩挤出模头(7)固定于螺旋输料装置(5)出口端，排水管道(6)位于螺旋输料装置(5)近出口端，并通过细管道相互连接，导向托架(11)固定于螺旋输料装置(5)绝缘外壳，金属电极板(8)连接于螺旋输料装置(5)绝缘外壳，并可调节其与导向托架(11)之间的距离，金属电极板(8)表面至少固定一个金属放电探针(9)，若有多个，保证长度相等，保持放电距离这一对放电效果产生关键影响的核心参数相对稳定，导电基板(11)位于导向托架(12)上方并紧密配合，直流电源(14)与高压驱动器(15)相互连接，高压驱动器(15)正极与金属电极板(8)连接，负极与导电基板(11)连接。