本實用新型涉及橡膠加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
石墨烯作為一種新型碳材料，具有十分優(yōu)異的性能，它是目前世界上已知的厚度最小、強(qiáng)度最高、硬度最大的完全透明的二維晶體材料，在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/(m·K)，電阻率約為10-6Ω·m，為現(xiàn)有電阻率最小的導(dǎo)電材料；比表面約為2600m2/g，理論彈性模量達(dá)到103GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到125GPa。因此，將石墨烯應(yīng)用到復(fù)合材料中可以顯著提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等常規(guī)性能，制備高性能復(fù)合材料。由于目前石墨烯的大規(guī)模制備工藝不太成熟，導(dǎo)致單層石墨烯的制備成本較高，應(yīng)用于工業(yè)化產(chǎn)品中會大幅度提高產(chǎn)品成本，無法得到廣泛的應(yīng)用。石墨烯微片是指碳層數(shù)多于10層、厚度在5～100納米范圍內(nèi)的超薄的石墨烯層狀堆積體，保持了石墨烯的平面型碳六元環(huán)共軛晶體結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，以及良好的潤滑、耐高溫和抗腐蝕特性。相對于普通石墨，石墨烯微片的厚度處在納米尺度范圍內(nèi)，但其徑向?qū)挾瓤梢赃_(dá)到數(shù)個到數(shù)十個微米，具有超大的形狀比，且目前國內(nèi)已具備大規(guī)模生產(chǎn)能力，產(chǎn)品性價比較高。
但是單純地利用熔融混煉加工方法制備石墨烯微片橡膠復(fù)合材料時由于石墨烯片層間較大的范德華力使其在橡膠中極易團(tuán)聚，分散性較差，達(dá)不到材料理想的性能，為了解決這一問題，可以通過膠乳共凝聚法制備具有良好分散性的石墨烯微片橡膠復(fù)合材料，具體為利用大多數(shù)橡膠具有膠乳的形式，與石墨烯微片分散液混合制備在溶液狀態(tài)下具有插層結(jié)構(gòu)的石墨烯微片/膠乳復(fù)合液，再利用絮凝劑絮沉下來即得到具有良好分散性的石墨烯微片/橡膠復(fù)合材料。目前針對這一方面的研究都停留在實驗室階段，利用的都是間歇法，采用的生產(chǎn)裝置包含超聲處理設(shè)備，價格昂貴；目前的裝置不能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低；膠乳與石墨烯的混合時間長，干燥時間長，膠料在長時間高溫環(huán)境下容易老化，最終產(chǎn)品性能受到影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置不能連續(xù)生產(chǎn)石墨烯微片預(yù)分散母膠，生產(chǎn)效率低的問題，提供一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯預(yù)分散母膠的連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高。
本實用新型是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，包括混合釜、沉降池、干燥裝置；所述混合釜 具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池通過管道連接；絮凝劑儲罐與沉降池通過管道連接，所述絮凝劑儲罐與沉降池之間設(shè)有計量設(shè)備；所述沉降池與干燥裝置之間設(shè)有機(jī)械臂；干燥裝置，所述干燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一、壓片機(jī)二、壓片機(jī)三以及縐片機(jī)。石墨烯分散液與膠乳在混合釜中混合均勻后，通過管道進(jìn)入沉降池，通過計量設(shè)備能夠方便準(zhǔn)確的將絮凝劑輸送到沉降池中，在絮凝劑的作用下，沉降池中的混合物料形成漿狀物，機(jī)械臂收集并將漿狀物輸送到干燥裝置中進(jìn)行粗干燥和二次干燥處理；本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯微片分散母膠的連續(xù)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，縮短干燥時間，降低能耗，提高產(chǎn)品性能。本生產(chǎn)裝置中采用的設(shè)備造價較低，企業(yè)可以利用自身已有的設(shè)備進(jìn)行改造，能夠減輕企業(yè)生產(chǎn)成本，適合推廣。
上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述沉降池上設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備。pH值監(jiān)控設(shè)備用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在4～6范圍內(nèi)。
上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述計量設(shè)備為計量泵。
上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，還包括用于向混合釜輸送膠乳的膠乳罐，所述膠乳罐與混合釜的原料進(jìn)口通過管道連接。
上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，還包括用于制備并且向混合釜輸送石墨烯的石墨烯攪拌罐，所述石墨烯攪拌罐與混合釜原料進(jìn)口通過管道連接。制備的石墨烯微片能夠直接從攪拌罐進(jìn)入到混合釜中，不需要儲罐，使生產(chǎn)裝置緊湊，縮小占用空間。
上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，還包括助劑填料計量裝置，所述助劑填料計量裝置與混合釜管道連接，根據(jù)需要添加相應(yīng)增塑劑防老劑環(huán)保油等助劑。
本實用新型可以實現(xiàn)石墨烯微片大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，較原有設(shè)備明顯提高了生產(chǎn)效率；裝置成本低，不采用超聲處理設(shè)備，能夠減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本；利用本設(shè)備得到的母煉膠中石墨烯微片能夠?qū)崿F(xiàn)高度分散；并且相對于之前的方法可以實現(xiàn)快速混合和凝結(jié)，干燥脫水階段結(jié)合擠出干燥及烘干的方式縮短了干燥時間，避免了膠料的老化，得到性能優(yōu)異的石墨烯微片預(yù)分散母膠。
附圖說明
圖1是本實用新型的生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1混合釜；2石墨烯攪拌罐；3膠乳罐；4絮凝劑儲罐；5沉降池；6計量設(shè)備；7pH值監(jiān)控設(shè)備；8壓片機(jī)一；9壓片機(jī)二；10壓片機(jī)三；11縐片機(jī)；12助劑填料計量裝置；13機(jī)械臂。
具體實施方式
為了能夠更加清楚地理解本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖及實施例 對本實用新型做進(jìn)一步說明。
實施例1
如圖1所示，一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，包括混合釜1、沉降池5、干燥裝置；所述混合釜1具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池5通過管道連接；絮凝劑儲罐3與沉降池5通過管道連接，所述絮凝劑儲罐5與沉降池5之間設(shè)有計量設(shè)備；干燥裝置，所述干燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10以及縐片機(jī)11；設(shè)置在沉降池5與干燥裝置之間的機(jī)械臂13；檢測沉降池中液體的pH值監(jiān)控設(shè)備7。混合釜1還通過管道與輸送膠乳的膠乳罐3連接；混合釜1還通過管道與石墨烯攪拌罐2連接，石墨烯攪拌罐2用于制備石墨烯水分輸液。
具體操作方法：
(1)石墨烯微片分散液的制備
取600L水、6kg石墨烯微片加入到石墨烯攪拌罐2中，常溫下2500rpm高速攪拌分散5小時，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的石墨烯微片水分散液。
(2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié)
通過管道將石墨烯攪拌罐2中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜1中，同時將膠乳罐3中的膠乳輸送到混合釜中，控制液體流量，使1000kg干膠含量為60％的天然膠乳同時加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為400rpm，攪拌時間為40min，制得混合物料；將混合物料輸送到沉降池5中；絮凝劑儲罐4中儲存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的CaCl2溶液，CaCl2溶液的通過計量設(shè)備輸送到沉降池5中，經(jīng)過攪拌，沉降池5中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在6。
(3)母膠的脫水
機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為120℃、100℃、80℃，干燥時間30min，然后通過縐片機(jī)11進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
(4)母膠的成型
根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠片。
(5)硫化橡膠的制備
將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照1:9的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān)性能如表1所示。
實施例2
如圖1所示，一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，包括混合釜1、沉降池5、干燥裝置；所述混合釜1具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池5通過管道連接；絮凝劑儲罐3與沉降池5通過管道連接，所述絮凝劑儲罐5與沉降池5之間設(shè)有計量設(shè)備；干燥裝置，所述干燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10以及縐片機(jī)11；設(shè)置在沉降池5與干燥裝置之間的機(jī)械臂13；檢測沉降池中液體的pH值監(jiān)控設(shè)備7?；旌细?還通過管道與輸送膠乳的膠乳罐3連接；混合釜1還通過管道與石墨烯攪拌罐2連接，石墨烯攪拌罐2用于制備石墨烯水分輸液。
具體操作方法：
(1)石墨烯微片分散液的制備
取600L水、1Kg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐2中，攪拌均勻制得水溶液；再將30Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下3000rpm高速攪拌分散3小時，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的石墨烯微片水分散液。
(2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié)
通過管道將石墨烯攪拌罐2中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜1中，同時將膠乳罐3中的膠乳輸送到混合釜1中，控制液體流量，使3000kg干膠含量為60％的天然膠乳同時加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為800rpm，攪拌時間為20min，制得混合物料；將混合物料輸送到沉降池5中；絮凝劑儲罐中儲存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的乙酸溶液，乙酸溶液通過計量設(shè)備6輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池5中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在4。
(3)母膠的脫水
機(jī)械臂13收集沉降池5中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為140℃、120℃、90℃，干燥時間30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
(4)母膠的成型
根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠條或造粒處理。
(5)硫化橡膠的制備
將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照1:7的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān)性能如表1所示。
實施例3
如圖1所示，一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，包括混合釜1、沉降池5、干燥裝置；所述混合釜1具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池5通過管道連接；絮凝劑儲罐3與沉降池5通過管道連接，所述絮凝劑儲罐5與沉降池5之間設(shè)有計量設(shè)備；干燥裝置，所述干燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10以及縐片機(jī)11；設(shè)置在沉降池5與干燥裝置之間的機(jī)械臂13；檢測沉降池中液體的pH值監(jiān)控設(shè)備7。混合釜1還通過管道與輸送膠乳的膠乳罐3連接；混合釜1還通過管道與石墨烯攪拌罐2連接，石墨烯攪拌罐2用于制備石墨烯水分輸液。混合釜1上還設(shè)有助劑填料計量裝置12，助劑填料計量裝置12與混合釜1管道連接，根據(jù)需要添加相應(yīng)增塑劑防老劑環(huán)保油等助劑。
具體操作方法：
(1)石墨烯微片分散液的制備
取600L水、2Kg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐2中，攪拌均勻制得水溶液；再將240Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下3000rpm高速攪拌分散5小時，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的石墨烯微片水分散液。
(2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié)
通過管道將石墨烯攪拌罐2中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜1中，通過助劑填料計量裝置12向混合釜1中加入增塑劑1kg，防老劑1kg，同時將膠乳罐中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使1000kg干膠含量為60％的天然膠乳同時加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為600rpm，攪拌時間為40min，制得混合物料；將混合物料輸送到沉降池中；絮凝劑儲罐中儲存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的CaCl2溶液，CaCl2溶液的通過計量設(shè)備輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在5。
(3)母膠的脫水
機(jī)械臂13收集沉降池5中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一8、壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為160℃、150℃、120℃，干燥時間30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
(4)母膠的成型
根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠塊。
(5)硫化橡膠的制備
將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照3:7的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān)性能如表1所示。
實施例1-3制得的硫化橡膠的力學(xué)性能，測試指標(biāo)和方法如下：
硬度：GB/T531.1-2008；
拉伸強(qiáng)度：GB/T528-2009；
扯斷伸長率：GB/T528-2009；
100％定伸應(yīng)力：GB/T528-2009；
撕裂強(qiáng)度：GB/T529-2008；
耐熱性：GB/T1699-1982；
測試結(jié)果如表1所示。
表1不同膠料得到的硫化橡膠的力學(xué)強(qiáng)度及動態(tài)力學(xué)性能對比
從表1數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)母膠法制備的硫化橡膠比未添加石墨烯微片的硫化橡膠以及熔融共混法制備的硫化橡膠的力學(xué)性能都要優(yōu)異，而且60℃損耗因子也有一定程度的降低，對于降低輪胎的滾動阻力造成的損耗有較好的效果。
在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”、“相連”等術(shù)語均應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接或一體連接；可以使直接連接，也可以通過中間媒介間接連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
以上所述的實施例僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。