[发明专利]一种碳纳米管分散设备

说明书

本发明公开的一种碳纳米管分散设备，包括预混合搅拌装置、碳纳米管定向装置、分散装置及收集装置，混合搅拌装置、碳纳米管定向装置、分散装置及收集装置依序连接设置；所述预混合搅拌装置包括混合罐、搅拌桨及搅拌电机；所述碳纳米管定向装置包括活塞壳体、设置于活塞壳体内的活塞、单向阀、推进器；所述分散装置包括进料斗、偏心轮、旋叶刀及分散器，分散器上部还设置有用于添加分散剂的进料孔。其结构简单合理，够使得碳纳米管在分散前在预先定向排列，解除碳管团聚体内的相互作用，不破坏碳纳米管结构，保留了碳管的高长径比，分散效果彻底并且适合大量生产。

技术领域

本发明涉及化工设备领域，特别涉及一种碳纳米管分散设置。

背景技术

碳纳米管是一种一维纳米材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管径向尺寸一般为2~100nm为纳米量级，长径比可达千万以上。碳纳米管具有良好的力学性能，其抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能，当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。碳纳米管作为高的导电性的纤维状的导电性材料，即使添加量非常少也可以使复合材料的导电性、机械特性极大地提高；与乙炔黑相比，使用较少的碳纳米管及石墨烯作导电添加剂即能显著提高电极材料的导电性，同时能显著提高电池综合性能。在以上使用场景中，为了使得复合材料或者导电浆料具有良好的导电、机械性能，需要使碳纳米管均匀的分散于相应的材料的基质中。碳纳米管根据其制备的工艺不同可以呈现多种聚集状态，如管束、阵列或者聚团状等。因此，碳纳米管的有效分散已成为实际应用中必不可少的步骤。

碳纳米管的分散方法主要有机械分散法、表面化学共价修饰分散发和表面活性剂分散等。机械分散法主要通过使用研磨机、高速球磨、砂磨机、行星搅拌机、高剪切力分散机、超声分散等方法将碳纳米管分散于特定的介质中。CN201620606975.3中提供了一种分散装置，分散装置采用底部分散杆与上部分散杆的双重分散杆设计，提高设备分散效率，改善最终分散效果，并在分散设备上增设过滤结构，减少工序。CN201620627005.1中提出了一种包括搅拌装置和高压均质装置的分散设备，碳管通过搅拌浆在分散腔内混合均匀后经高压泵通过对流道与对撞腔连接，对流道位于对撞腔内的一端设置有喷嘴，喷嘴相对设置于对撞腔的两侧，通过高压对流作用使得碳纳米管分散均匀。CN201720238762.4公开了一种碳纳米管分散装置，装置包括搅拌罐，主动带轮，从动带轮等部分组成。转轴的外壁连接有螺旋板，搅拌罐的外壁均匀开有离心孔并套接有回料管，该碳纳米管分散装置，通过搅拌罐内的转轴和超声波震荡器的协同作用，提高碳纳米管的分散效果，提高碳纳米管的使用性能。201580026336.8提供了一种在抑制CNT的损伤的同时高效地制造CNT高度分散的碳纳米管分散液的方法。分散工序实施至少1次将包含碳纳米管和分散介质的粗分散液加压、压送而对粗分散液赋予剪切力从而使碳纳米管分散的分散处理，加压粗分散液的压力相差10MPa以上，所述分散工序可反复进行数次，以达到较好的分散效果。

在上述方法中，碳管通过设备的剪切力将碳纳米管剪切成较短长度的碳纳米管或将碳纳米管团聚体分散解离，达到分散的目的。而在复合材料或者导电浆料中，分散体系中的碳纳米管需要保持较长的长度，才能达到较好的机械或者导电性能。一般碳纳米管团聚体中碳纳米管无固定取向，在分散过程中受到剪切力较大时，碳管会被剪切成较短的长度，当受到的剪切力较小时，碳管的团聚体不能有效解团聚，造成分散效果的下降。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种碳纳米管分散设备，其结构简单合理，够使得碳纳米管在分散前在预先定向排列，解除碳管团聚体内的相互作用，不破坏碳纳米管结构，保留了碳管的高长径比，分散效果彻底并且适合大量生产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。