一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机制造技术

本发实用新型专利技术提供一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，包括驱动装置(1)、液相喂料装置（2）、筒体(5)、筒体内的双螺杆(4)、出料口（6）、高分子材料喂料口Ⅰ（8）、高分子材料喂料口Ⅱ（9）；其中双螺杆（4）的前端进料处在常规输送螺纹间设置反流齿轮（3），且在设置反流齿轮（3）的外围筒体处设置振动装置（7）。通过在螺杆前端设置液相分散装置和振动装置将石墨连续分散为石墨烯浆液，并通过设置两个高分子喂料口，使石墨烯浆液先后与高、低熔指的高分子分散，从而连续逐级将石墨烯分散于高分子材料中。集高剪切液相分散与熔融分散于一体，为制备高分散性石墨烯母料提供了可靠的支持。

A high shear dispersion extruder for preparing graphene master batch

The utility model provides a method for preparing graphene masterbatch high shear dispersion extrusion machine comprises a drive device (1) and liquid feeding device (2) and a cylinder (5), double screw cylinder (4) and the outlet (6), polymer material feeding port (8 1), polymer material feeding port II (9); the double screw (4) of the front feed in the conventional transfer thread is arranged between the reflux gear (3), and in the setting of reflux gear (3) arranged outside the barrel body vibration device (7). The continuous dispersion of graphene Graphite Slurry by setting the liquid in the front end of the screw rod dispersion device and a vibration device, and by setting up a two polymer polymer feeder, the graphene slurry successively with high and low melting point dispersion, thus sequential graphene dispersed in polymer materials. The high shear liquid phase dispersion and melt dispersion are integrated, which provides reliable support for the preparation of highly dispersed graphene master batch.

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机
本技术涉及石墨烯材料领域，具体涉及件石墨烯预制成母料的专用设备，特别涉及一种用于制备石墨烯母料的挤出机，从而为石墨烯的规模化应用提供技术支持。
技术介绍
石墨烯（graphene）作为一种新型的二维纳米材料，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体。它由sp2杂化碳原子组成的碳六元环排列形成，具有二维周期性蜂窝状点阵结构，是目前世界上最薄但最坚硬的纳米材料，具有优良的增强性、导电、导热性能,在众多领域都具有巨大的应用潜力。石墨烯由于其本身特有的结构，是目前世界上力学强度最高的材料，以用于高分子材料通过石墨烯解雇的缠绕可大幅提升高分子材料的强度、抗撕裂性、耐磨性、耐腐蚀性等性能。关于石墨烯/高分子复合材料的报道已经有很多。目前已有大量文献证明将石墨烯直接使用于高分子复合材料能够较好的展现石墨烯的增强性。但在实际使用中，由于石墨烯未能有效的分散，从而导致石墨烯与高分子材料未能有效缠绕，因而增强性未能得到充分的发挥。因此母料是能有效提高填料分散性和材料性能的方法，也就是先制备高石墨烯含量的石墨烯母料复合材料，然后再通过熔融加工把母料稀释成所需的浓度。显然，目前塑料领域传统的母料制备设备难以满足石墨烯的分散。因为石墨烯母料不但需要解决石墨烯的分散，还要不断将团聚的石墨烯进行解团，防止母料中石墨烯的团聚，使其在存储中对的分散性长期保持。由于石墨烯纳米片层的厚度仅为一个碳原子直径，使得片层与片层之间容易通过范德华力而发生堆砌，导致聚合物纳米复合材料中的石墨烯片层容易发生团聚现象，从而削弱、限制了石墨烯的作用效果。尤其对于非极性聚丙烯、聚乙烯等，由于石墨烯所含有的碳共轭双键与这类材料相互作用较弱，更容易导致石墨烯片层在其基体中发生团聚。已有研究表明，通过将石墨烯在液相条件下预分散，再分散于高分子材料制备石墨烯母料能够较好的防止石墨烯的团聚。但在将液相石墨烯用于高分子材料制备母料时，由于两相固液相差较大，加工困难。为此，我们通过改进石墨烯母料制备设备，使石墨烯连续进行液相分散并与高分子材料形成母料，从而实现高效、绿色、规模化制备高分散性的石墨烯母料。
技术实现思路
为了克服现有螺杆挤出机制备石墨烯母料分散困难的缺陷，本技术的目的在于提供一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机。其特征是集高剪切液相分散与熔融分散于一体，从而连续逐级将石墨烯分散于高分子材料中形成高分散性的石墨烯母料。其构造是在传统螺杆挤出机的前端设计出高剪切液相分散装置，并在螺杆挤出机中设置连续混炼、剪切分散装置，使液相分散的石墨烯逐步与不同熔融高分子分散，最终形成高分散性石墨烯母料。本技术的目的是通过以下技术方案来实现：一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，包括驱动装置、液相喂料装置、筒体、筒体内的双螺杆、出料口、高分子材料喂料口Ⅰ、高分子材料喂料口Ⅱ；其中双螺杆的前端进料处在常规输送螺纹间设置反流齿轮，且在设置反流齿轮的外围筒体处设置振动装置。石墨与分散剂配制成液相，由液相喂料装置送入挤出机，在驱动装置的驱动下双螺杆旋转，在输送螺纹间设置的反流齿轮作用下石墨与液体分散剂剪切剥离，并通过外围筒体处设置振动装置的振动辅助，石墨快速剥离为分散均匀的石墨烯浆液，并连续由输送螺杆向前输送，在高分子材料喂料口Ⅰ处计量连续加入高熔指高分子材料；在高分子材料喂料口Ⅱ计量连续加入低熔指高分子材料；通过两次不同高分子材料加料口，使液相石墨烯逐步分散到高分子材料中，并经出料口风冷切粒得到石墨烯母料。优选的，本技术中，所述反流齿轮设置在输送螺纹间，设置数量至少3组，显著的优势是在也想输送过程中由反流齿轮阻挡液流前进并由其齿形研磨液相使石墨剥离为石墨烯。优选的，本技术中，所述振动装置选用磁振动、超声振动或微波振动，辅助液相条件下加速剥离石墨。优选的，本技术中，所述高分子材料喂料口Ⅰ、高分子材料喂料口Ⅱ的间距设置为40-50cm，较佳的保证液相与高熔指高分子分散后再与低熔指高分子分散。优选的，本技术中，所述双螺杆由56/56输送螺纹元件、斜角为60°的啮合螺纹元件、斜角为30°的啮合螺纹元件组成，保证了在液相石墨烯与高分子材料的分散。优选的，本技术中，所述液相喂料装置设置恒温装置，以保证分散剂以液状与石墨混合。优选的，本技术中，所述石墨选用鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种。优选的，本技术中，所述分散剂选用表面活性剂与白油、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡的混合物。优选的，本技术中，所述高熔指高分子材料选用熔体指数大于100g/10min的高分子材料。优选的，本技术中，所述低熔指高分子材料选用熔体指数50-80g/10min的高分子材料。与现有技术相比，本技术提出一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，通过在螺杆前端设置液相分散装置和振动装置将石墨连续分散为石墨烯浆液，并通过设置两个高分子喂料口，使石墨烯浆液先后与高、低熔指的高分子分散，从而连续逐级将石墨烯分散于高分子材料中。一方面，克服了石墨烯团聚的缺陷，另一方面，通过设置高分子二次喂料，使液相浆体石墨烯逐步分散于高分子材料，有效克服了固液复合打滑、剪切力降低、剪切力不均的缺陷。该设备构造简单、分散效率高，集高剪切液相分散与熔融分散于一体，为制备高分散性石墨烯母料提供了可靠的支持。附图说明图1为本技术一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机的结构示意图。其中：1-驱动装置；2-液相喂料装置；3-反流齿轮；4-双螺杆；5-筒体；6-出料口；7-振动装置；8-高分子材料喂料口Ⅰ；9-高分子材料喂料口Ⅱ。具体实施方式以下结合附图，对技术作进一步的详细说明。实施本技术，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识。实施例1如图1所示，本技术提出了一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，包括驱动装置1、液相喂料装置2、筒体5、筒体内的双螺杆4、出料口6、高分子材料喂料口Ⅰ8、高分子材料喂料口Ⅱ9；其中双螺杆4的前端进料处在常规输送螺纹间设置反流齿轮3，且在设置反流齿轮3的外围筒体处设置振动装置7。实施例2石墨与分散剂石蜡、表面活性剂配制成液相，由液相喂料装置2送入挤出机，在驱动装置1的驱动下双螺杆4旋转，在输送螺纹间设置的反流齿轮3作用下石墨与液体分散剂剪切剥离，并通过外围筒体处设置超声振动装置7的振动辅助，石墨快速剥离为分散均匀的石墨烯浆液，并连续由输送螺杆向前输送，在高分子材料喂料口Ⅰ8处计量连续加入高熔指高分子材料；在高分子材料喂料口Ⅱ9计量连续加入低熔指高分子材料；通过间距设置为50cm的两次不同熔指高分子加入，双螺杆4由56/56输送螺纹元件、斜角为60°的啮合螺纹元件、斜角为30°的啮合螺纹元件组成，保证了在液相石墨烯与高分子材料的分散。较佳的保证液相与高熔指高分子分散后再与低熔指高分子分散。有效克服了固液复合打滑、剪切力降低、剪切力不均的缺陷。两次不同高分子材料加料口，使液相石墨烯逐步分散到高分子材料中，并经出料口6风冷切粒得到石墨烯母料。应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，包括驱动装置(1)、液相喂料装置（2）、筒体(5)、筒体内的双螺杆(4)、出料口（6）、高分子材料喂料口Ⅰ（8）、高分子材料喂料口Ⅱ（9）；其中双螺杆（4）的前端进料处在常规输送螺纹间设置反流齿轮（3），且在设置反流齿轮（3）的外围筒体处设置振动装置（7）。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，包括驱动装置(1)、液相喂料装置（2）、筒体(5)、筒体内的双螺杆(4)、出料口（6）、高分子材料喂料口Ⅰ（8）、高分子材料喂料口Ⅱ（9）；其中双螺杆（4）的前端进料处在常规输送螺纹间设置反流齿轮（3），且在设置反流齿轮（3）的外围筒体处设置振动装置（7）。2.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，其特征在于：所述高剪切分散挤出机设置有将石墨与分散剂配制成液相反应的反流齿轮（3），由液相喂料装置（2）送入挤出机，在驱动装置(1)的驱动下双螺杆（4）旋转，在输送螺纹间设置的反流齿轮（3）作用下石墨与液体分散剂剪切剥离，并通过外围筒体处设置振动装置（7）的振动辅助，石墨快速剥离为分散均匀的石墨烯浆液，并连续由输送螺杆向前输送，在高分子材料喂料口Ⅰ（8）处计量连续加入高熔指高分子材料；在高分子材料喂料口Ⅱ（9）计量连续加入低熔指高分子材料；通过两次不同高分子材料加料口，使液相石墨烯逐步分散到高分子材料中，并经出料口（6）风冷切粒得到石墨烯母料。3.根据权利要求1所述一种用于制备石墨烯母料的高剪切分散挤出机，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51