一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备以及制备方法技术

一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，涉及复合材料领域，包括原料制备装置和反应装置，原料制备装置的出料端连接至反应装置，原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。该间歇式生产设备可以在制备聚酰胺单体的过程中，通过高剪切搅拌和超声分散的联合作用，将石墨烯更好地分散于聚酰胺的单体中，以得到分散性良好、各项性质优异的石墨烯复合材料。一种石墨烯复合材料的制备方法，其解决了石墨烯复合材料在大规模工业化生产中，存在的分散性差的问题。能够将石墨烯高效地分散于聚酰胺中，从而得到分散性良好，各项性质优异的石墨烯复合材料。

Intermittent production equipment for graphene composite material and preparation method thereof

Intermittent production equipment for graphene composite materials, relates to the field of composite materials, including raw material preparation device and a reaction device, raw material preparation device is connected to the discharge end of the reactor, the raw material preparation device includes a polyamide monomer melt and melting kettle and raw material graphene hybrid materials, melting pot set high shear emulsifying machine and ultrasonic dispersing device. The batch production equipment in the preparation process of polyamide monomer, the combined effect of high shear stirring and ultrasonic dispersion, single graphene better dispersed in polyamide, in order to get the dispersion of graphene composite material, the excellent properties of good. The invention relates to a preparation method of graphene composite material, which solves the problem of poor dispersibility in the large-scale industrial production of graphene composite material. Graphene can be efficiently dispersed in polyamides, resulting in good dispersion and excellent properties of graphene composites.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备以及制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备以及制备方法。
技术介绍
石墨烯是由sp2杂化碳原子形成的二维单原子层碳材料。其具有优异的电学性能、热性能、机械性能和生物相关性，具有广泛的应用。石墨烯可以作为制备复合材料时的理想纳米填料，利用石墨烯优良的特性与其它材料进行复合，可以赋予材料优异的性质。因此，石墨烯复合材料迅速成为纳米复合材料研究领域中的热点。聚酰胺俗称尼龙，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。其本身具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性等，是一类重要的高分子材料。当石墨烯作为聚酰胺的增强相时，通过石墨烯与聚酰胺之间的高比表面积和强附着力，利用石墨烯的优异特性能够改善尼龙的相关性能，如结晶性能、热稳定性、导电、导热和力学性能等，以拓展聚酰胺材料的应用范围。因而，石墨烯/聚酰胺复合材料的研究越来越受到人们的重视。目前，制备石墨烯/聚酰胺复合材料的方法主要有两种：熔融共混法和原位聚合法。其中，原位聚合法是将石墨烯与聚酰胺单体一起加到反应容器中，再通过聚合反应来得到所需复合材料。采用该方法，可以解决石墨烯纳米片在聚酰亚胺基体中的分散和相容性问题，得到分散性良好的复合材料。但现有技术中，石墨烯与聚酰胺原位聚合只是在实验室里面实现，尚未能够实现工业化大规模生产。如何在现有的聚酰胺工业化的聚合生产工艺中引入石墨烯，并将石墨烯高效地分散于聚酰胺，是实现石墨烯聚酰胺复合材料的工业化生产，所必须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，其布局合理，设备简洁，分散效果高，生产效率高。能够高效地将石墨烯材料分散于聚酰胺中，实现石墨烯复合材料的大规模工业化生产。本专利技术的另一目的在于提供一种石墨烯复合材料的制备方法，其方法简单，操作便利，能够高效地将石墨烯材料分散于聚酰胺中，实现石墨烯复合材料的大规模工业化生产。本专利技术的实施例是这样实现的：一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，包括原料制备装置和反应装置，原料制备装置的出料端连接至反应装置，原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。一种石墨烯复合材料的制备方法，包括：将聚酰胺单体与石墨烯材料加入到原料熔融釜中进行熔融，并在高剪切乳化机和超声分散器的共同作用下进行剥离以及分散混合，得到混合料；将混合料输送至反应装置中进行聚合反应，得到石墨烯复合材料。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术提供了一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，包括原料制备装置和反应装置。原料制备装置包括原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。该间歇式生产设备可以在制备聚酰胺单体的过程中，在对原料进行熔融的同时，通过高剪切搅拌和超声分散的联合作用，将石墨烯更好地分散于聚酰胺的单体中，并进一步通过聚合反应，得到分散性良好，各项性质优异的石墨烯复合材料。本专利技术提供了一种石墨烯复合材料的制备方法。本方法解决了石墨烯复合材料在大规模工业化生产中，存在的分散性差的问题。其采用上述石墨烯复合材料的间歇式生产设备，在制备过程中，通过高剪切搅拌和超声分散的联合使用，将石墨烯高效地分散于聚酰胺中，从而得到分散性良好，各项性质优异的石墨烯复合材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1所提供的一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备的流程示意图。图标：100-间歇式生产设备；110-原料制备装置；111-原料熔融釜；112-辅料贮罐；113-混合熔融釜；114-高剪切乳化机；115-超声分散器；116-旁通管道；117-原料输送管道；118-辅料输送管道；119-输料管道；120-反应装置；121-反应釜；130-水槽；140-切粒机。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备以及制备方法进行具体的说明。一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，包括原料制备装置和反应装置，原料制备装置的出料端连接至反应装置，原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。进一步地，在本专利技术其它较佳实施例中，原料制备装置还包括至少一个用以将辅料、聚酰胺单体与石墨烯混合的辅料贮罐，辅料贮罐设置有高剪切乳化机和超声分散器。进一步地，在本专利技术其它较佳实施例中，原料制备装置还包括混合熔融釜，原料熔融釜的出料端通过原料输送管道混合熔融釜的进料端连接，辅料贮罐的出料端通过辅料输送管道与混合熔融釜的进料端连接，混合熔融釜的出料端与反应装置连接。进一步地，在本专利技术其它较佳实施例中，原料熔融釜的出料端和进料端之间连接有旁通管道，旁通管道设置有用于将管内物料进行超声剥离及分散的超声分散器。进一步地，在本专利技术其它较佳实施例中，原料制备装置通过输料管道与反应装置的进料端连接，输料管道设置有用于将管内物料进行超声剥离及分散的超声分散器。一种石墨烯复合材料的制备方法，包括：将聚酰胺单体与石墨烯材料加入到原料熔融釜中进行熔融，并在高剪切乳化机和超声分散器的共同作用下进行剥离以及分散混合，得到混合料。其中，石墨烯材料的质量占聚酰胺的单体的0.05～1％。经过专利技术人的创造性劳动并结合专利技术的自身经验，得出在该比例范围内，石墨烯材料的分散效果较好，得到的石墨烯复合材料的性能更佳。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体的基本结构单元。在本专利技术较佳实施例中，石墨烯材料包括功能化石墨烯、氧化石墨烯和纯石墨烯中的一种或多种。结构完整的纯石墨烯的化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集。而通过引入特定的官能团，不但可以增强石墨烯的分散性，还可以赋予石墨烯新的性质，进一步拓展其应用领域。在本专利技术中，这些特定的官能团包括但不限于酰胺、氨基、羧基、磺酸基、环氧基、羟基等。同时，聚酰胺是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。其具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。在本专利技术的实施例中，聚酰胺包括但不限于PA6、PA66、PA11、PA12、PA610、PA10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，包括原料制备装置和反应装置，所述原料制备装置的出料端连接至所述反应装置，其特征在于，所述原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，所述原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备，包括原料制备装置和反应装置，所述原料制备装置的出料端连接至所述反应装置，其特征在于，所述原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，所述原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。2.根据权利要求1所述的间歇式生产设备，其特征在于，所述原料制备装置还包括至少一个用以将辅料、聚酰胺单体与石墨烯混合的辅料贮罐，所述辅料贮罐设置有高剪切乳化机和超声分散器。3.根据权利要求2所述的间歇式生产设备，其特征在于，所述原料制备装置还包括混合熔融釜，所述原料熔融釜的出料端通过原料输送管道与所述混合熔融釜的进料端连接，所述辅料贮罐的出料端通过辅料输送管道与所述混合熔融釜的进料端连接，所述混合熔融釜的出料端与所述反应装置连接。4.根据权利要求1所述的间歇式生产设备，其特征在于，所述原料熔融釜的出料端和进料端之间连接有旁通管道，所述旁通管道设置有用于将管内物料进行超声剥离及分散的超声分散器。5.根据权利要求1所述的间歇式生产设备，其特征在于，所述原料制备装置通过输料管道与所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣庆，鲁剑，蒋炎，
申请(专利权)人：常州恒利宝纳米新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32