一种石墨烯多级剥离装置的制作方法

本发明涉及石墨烯生产技术领域，具体的涉及一种石墨烯多级剥离装置。

背景技术：

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，具有良好的电学、光学及热学性能，更具有出色的机械强度和柔韧性，可用于复合材料、涂料、超级电容器等领域，石墨烯的生产通常需要用到石墨烯剥离装置。

目前，在授权公告号为cn108855479b的专利中公开了一种石墨烯干态剥离装置，其采用抽气泵将混有石墨干粉原料的气流引入空隙中，通过气流代替传统溶剂来分散石墨烯，对石墨片先进行横向的剪切再进行纵向的剪切，使石墨干粉原料不借助溶剂而被剪切刃剪切剥离的几率大大提高；本发明中中筒和竖向转柱可以相互反向转动，从而使竖向转柱的相对转速更大，更容易对石墨片进行剪切。但其存在如下缺点：其一次工作仅能对石墨片进行一次横向剪切和一次纵向剪切，且不能随着对石墨片的剪切进程改变剪切机构的剪切精度，剪切效率较低，还不能及时将精度未达标的石墨料送返至剪切工作腔内进行再次剪切，不能保障出料即为精度达标的物料。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯多级剥离装置，其能够实现对石墨料的横向剪切和纵向剪切，并能循环对石墨料进行剪切处理，且能随着剪切进程改变剪切机构的剪切精度，剪切效率较高，还能及时将精度未达标的石墨料送返至剪切工作腔内进行再次剪切，保障出料即为精度达标的物料。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种石墨烯多级剥离装置，包括通过支撑腿支撑在地面上的固定壳体，设于固定壳体内侧中部并通过连接板与固定壳体固定连接的固定环体，以及嵌装在固定环体内环侧的旋转球体，所述旋转球体内部设有两个关于其竖直中心线对称分布的剪切腔室，所述剪切腔室轮廓的纵向截面呈梭形，所述剪切腔室内设有一个位于其中部的固定球体，包围于固定球体中部外侧的第二研磨体，以及位于固定球体上下两侧的第一研磨体，所述第一研磨体适配性罩设在固定球体的相应侧，且第一研磨体的侧面呈与剪切腔室相应部位的侧壁相适配的弧形，所述第一研磨体的环周侧与剪切腔室的侧壁之间形成用于进行横向剪切的工作腔；所述第二研磨体的上下端与相应侧的第一研磨体之间均留有间隙，所述第二研磨体的外侧面完全贴附式固定在剪切腔室的内壁上，且第二研磨体的内侧面为与固定球体相应处适配的曲面，所述第二研磨体的内侧面与固定球体之间形成用于进行纵向剪切的工作腔；

所述固定球体背向旋转球体中心处的一侧固定有贯穿旋转球体并连接到固定壳体上的连接杆，且该连接杆位于旋转球体的水平中心线上，每个所述第一研磨体背向固定球体的一端均固定有纵向贯穿旋转球体的转动轴，且转动轴的外侧套装有通过花键连接结构与转动轴连接的外套筒，所述固定环体的两侧端面上分别同轴式固定有环形凸缘和位于其外侧的固定载体环，所述环形凸缘的外环侧上固定有固定锥形齿圈，所述外套筒的外侧端延伸至环形凸缘和固定载体环之间并固定套装有与固定锥形齿圈啮合的行走锥形齿轮，所述外套筒的内侧端与转动轴的固定端之间留有间隙，所述固定载体环内沿其圆周侧等间距嵌装有电磁铁，所述转动轴的外侧端固定有连接圆板，所述连接圆板与固定载体环之间留有间隙，且连接圆板朝向固定载体环的一侧嵌装有与电磁铁磁性相吸的永磁铁；

所述旋转球体对应固定环体两端面的两侧分别固定有水平延伸并与固定壳体转动连接的旋转空心轴，其中一根所述旋转空心轴的一侧设有安装在固定壳体上的电机，且电机的输出轴与该侧旋转空心轴上均固定套装有相互啮合的传动齿轮；所述固定环体的顶部和底部分别对应开设有贯通其内外侧的进料通口和出料通口，所述旋转球体的两相对侧分别开设有与进料通口对应的进料口和与出料通口对应的出料口，所述出料通口的上端口处安装有滤网；所述旋转球体的中心处设有中心实体，所述中心实体对应剪切腔室的侧面作为剪切腔室的侧壁，且旋转球体内开设有位于中心实体上下两侧的空腔，所述空腔与进料口或出料口连通，且剪切腔室与相应侧的空腔之间均通过通料口连通。

进一步地，所述剪切腔室的侧壁对应第一研磨体所在区域固定有横向固定齿圈，所述第一研磨体的环周侧固定有与横向固定齿圈相互卡合的横向转动齿圈；所述第二研磨体的内侧面固定有纵向转动齿圈，所述固定球体的外侧面上均匀遍布有与纵向转动齿圈相适配的纵向固定齿圈。横向转动齿圈可随第一研磨体的转动而转动，而横向固定齿圈在横向方向上相对固定不动，通过横向固定齿圈与横向转动齿圈的适配作用，可强化对石墨片的横向剪切能力；纵向转动齿圈可与第二研磨体一起随旋转球体的转动而转动，而纵向固定齿圈保持位置不动，通过纵向固定齿圈与纵向转动齿圈的适配作用，可强化对石墨片的纵向剪切能力。

进一步地，所述第一研磨体的内侧面上固定有与固定球体外表面接触的清扫毛刷。清扫毛刷可占据第一研磨体的内侧与固定球体之间的空间，有利于防止石墨料进入该间隙内，且在第一研磨体的转动过程中，清扫毛刷随之转动，与固定球体的外表面之间发生相对移动，可对固定球体的外表面进行清扫，从而可高效防止石墨料停留在该间隙内。

进一步地，所述固定球体的内部中空形成冷却腔体，所述固定球体和相应的连接杆内穿设有连通冷却腔体并贯通至固定壳体外侧的冷却液输入管。预先通过冷却液输入管向冷却腔体内充入冷却水体或液氮，在装置的工作过程中可对石墨料和研磨部件进行吸热降温，防止石墨料受热粘结，保障石墨剥离效果，并有利于防护研磨部件。

进一步地，所述固定环体的顶部固定有与进料通口连通的鼓风机构，所述固定环体的底部固定有与出料通口连通的引风机构。通过鼓风机构将混有石墨干粉原料的气流引入旋转球体，剪切处理后，通过引风机构将混有石墨烯的气流导出，通过气流代替传统溶剂来分散石墨烯，不需要借助溶剂。

进一步地，所述固定壳体上连接旋转空心轴的位置和旋转球体上供连接杆穿过的位置处均设有第一轴承，所述旋转球体上供转动轴穿过的位置处设有第二轴承。

进一步地，所述中心实体的上下端面均为外凸的弧形面，所述第一研磨体连接外套筒所在侧的端面和所述第二研磨体的上下端面均为斜面。使得进入旋转球体的石墨料能够完全通过通料口进入剪切腔室，使得进入剪切腔室的石墨片能统一沿第一研磨体的斜面进入用于进行横向剪切的工作腔，使得经过横向剪切落在第二研磨体上的石墨料能统一沿第二研磨体的斜面进入用于进行纵向剪切的工作腔。

3.有益效果

(1)本发明设有由电机驱动的旋转球体，旋转球体内设有剪切腔室，剪切腔室内设有一个位于其中部的固定球体，包围于固定球体中部外侧的第二研磨体，以及位于固定球体上下两侧的第一研磨体，第一研磨体的环周侧与剪切腔室的侧壁之间形成用于进行横向剪切的工作腔，应用时，第一研磨体可发生在水平面内的转动，而剪切腔室的侧壁不能发生在水平面内的转动，从而能对该工作腔内的石墨料进行横向剪切，再通过横向固定齿圈与横向转动齿圈的适配作用，可强化对石墨片的横向剪切能力；第二研磨体的内侧面与固定球体之间形成用于进行纵向剪切的工作腔，应用时，第二研磨体可发生在纵向上的转动，而固定球体不能发生转动，从而能对该工作腔内的石墨料进行纵向剪切，再通过纵向固定齿圈与纵向转动齿圈的适配作用，可强化对石墨片的纵向剪切能力。

(2)本发明设有的第一研磨体和第二研磨体均关于旋转球体的水平轴线对称设置，且旋转球体可在电机的驱动下在纵向方向上进行连续的转动，则石墨料在经过一轮的剪切作用落入底部的空腔内后，可随旋转球体的转动重新回到顶部，随后便可进行二次剪切处理，则本装置能实现对石墨料的循环处理，其剪切效率较高。

(3)本发明在每个第一研磨体上均固定有纵向贯穿旋转球体的转动轴，固定环体的两侧端面上分别固定有固定载体环，固定载体环内沿其圆周侧等间距嵌装有电磁铁，转动轴的外侧端固定有连接圆板，连接圆板与固定载体环之间留有间隙，且连接圆板朝向固定载体环的一侧嵌装有与电磁铁磁性相吸的永磁铁。应用时，给电磁铁通电后，当连接圆板移动至与某个电磁铁对齐时，其内部的永磁铁就能受到电磁铁的磁吸作用向该电磁铁靠近，即通过转动轴带动相应的第一研磨体向背向固定球体的一侧移动，使得对石墨料进行横向剪切的工作腔的间隙缩小，则在工作过程中，对石墨料进行横向剪切的工作腔能够适应于对不同粒度的石墨料进行横向剪切，起到随着剪切进程改变剪切机构的剪切精度的效果，从而能够保证剪切质量，提升剪切效率。

(4)本发明设有贴附式环绕在旋转球体外侧的固定环体，固定环体的顶部和底部分别对应开设有进料通口和出料通口，旋转球体的两相对侧分别开设有与进料通口对应的进料口和与出料通口对应的出料口，出料通口的上端口处安装有滤网，应用时，石墨料从下方的通料口进入位于下方的空腔内，当出料口或进料口与出料通口连通时，石墨料就能接触滤网，在滤网的孔径限定下，只有精度达标的石墨料能够进入出料通口内并排出，精度未达标的石墨料停留在该空腔内，当该空腔随旋转球体转动至上方时，精度未达标的石墨料就能重新通过通料口进入剪切腔室内进行二次剪切，直至精度达标才能穿过滤网排出，即本装置能及时将精度未达标的石墨料送返至剪切工作腔内进行再次剪切，保障出料即为精度达标的物料。

(5)本发明设有旋转球体和贴附式环绕在旋转球体外侧的固定环体，且固定环体的顶部和底部分别对应开设有进料通口和出料通口，旋转球体的两相对侧分别开设有与进料通口对应的进料口和与出料通口对应的出料口，应用中，只有当进料口或出料口与进料通口连通时，才能将待处理的石墨料导入旋转球体内；只有当进料口或出料口与出料通口连通时，才能将处理后的石墨料排出，其实现了间歇式进料和出料。

(6)本发明通过环形凸缘、固定锥形齿圈、行走锥形齿轮及外套筒的设置，在电机驱动旋转球体转动的同时，会载着其内部的部件(除固定球体外)及外套筒随之在纵向方向上转动，而固定环体和环形凸缘固定不动，外套筒带动行走锥形齿轮沿固定锥形齿圈移动，由于行走锥形齿轮与固定锥形齿圈啮合，使得行走锥形齿轮在水平方向上发生绕转动轴轴线的转动，并带动转动轴转动，转动轴可带动第一研磨体转动，有效实现第一研磨体与旋转球体的传动；第二研磨体可随旋转球体的转动而转动；并且旋转球体的转动可实现间歇式进料和出料，而旋转球体由电机驱动，则通过一个电机就能实现对多种机构的驱动，可减少设置成本。

综上，本发明能够实现对石墨料的横向剪切和纵向剪切，并能循环对石墨料进行剪切处理，且能随着剪切进程改变剪切机构的剪切精度，剪切效率较高，还能及时将精度未达标的石墨料送返至剪切工作腔内进行再次剪切，保障出料即为精度达标的物料；另外，本发明实现了间歇式进料和出料，且通过一个电机就能实现对多种机构的驱动，可减少设置成本。

附图说明

图1为本发明沿横向的竖直中心面剖开后的结构示意图，图中未示出鼓风机构10和引风机构34；

图2为固定环体9和旋转球体7及相关结构的侧视图，图中示出了鼓风机构10和引风机构34的安装位置；

图3为图1中区域a的结构放大示意图；

图4为图1中区域b的结构放大示意图；

图5为图1中区域c的结构放大示意图；

图6为图1中区域d的结构放大示意图。

附图标记：1、支撑腿；2、出料通口；3、滤网；4、电机；5、旋转空心轴；6、传动齿轮；7、旋转球体；8、连接圆板；9、固定环体；10、鼓风机构；11、第一轴承；12、冷却液输入管；13、出料口；14、固定壳体；15、连接板；16、环形凸缘；17、固定锥形齿圈；18、行走锥形齿轮；19、转动轴；20、第二轴承；21、进料口；22、固定球体；23、清扫毛刷；24、横向固定齿圈；25、中心实体；26、通料口；27、第一研磨体；28、横向转动齿圈；29、冷却腔体；30、第二研磨体；31、进料通口；32、纵向转动齿圈；33、纵向固定齿圈；34、引风机构；35、固定载体环；36、电磁铁；37、永磁铁；38、外套筒；39、花键连接结构；40、剪切腔室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示的一种石墨烯多级剥离装置，包括通过支撑腿1支撑在地面上的固定壳体14，设于固定壳体14内侧中部并通过连接板15与固定壳体14固定连接的固定环体9，以及嵌装在固定环体9内环侧的旋转球体7，所述旋转球体7内部设有两个关于其竖直中心线对称分布的剪切腔室40，所述剪切腔室40轮廓的纵向截面呈梭形，所述剪切腔室40内设有一个位于其中部的固定球体22，包围于固定球体22中部外侧的第二研磨体30，以及位于固定球体22上下两侧的第一研磨体27，所述第一研磨体27适配性罩设在固定球体22的相应侧，且第一研磨体27的侧面呈与剪切腔室40相应部位的侧壁相适配的弧形，所述第一研磨体27的环周侧与剪切腔室40的侧壁之间形成用于进行横向剪切的工作腔；所述第二研磨体30的上下端与相应侧的第一研磨体27之间均留有间隙，所述第二研磨体30的外侧面完全贴附式固定在剪切腔室40的内壁上，且第二研磨体30的内侧面为与固定球体22相应处适配的曲面，所述第二研磨体30的内侧面与固定球体22之间形成用于进行纵向剪切的工作腔；

所述固定球体22背向旋转球体7中心处的一侧固定有贯穿旋转球体7并连接到固定壳体14上的连接杆，且该连接杆位于旋转球体7的水平中心线上，如图5所示，每个所述第一研磨体27背向固定球体22的一端均固定有纵向贯穿旋转球体7的转动轴19，且转动轴19的外侧套装有通过花键连接结构39与转动轴19连接的外套筒38，如图2所示，所述固定环体9的两侧端面上分别同轴式固定有环形凸缘16和位于其外侧的固定载体环35，所述环形凸缘16的外环侧上固定有固定锥形齿圈17，所述外套筒38的外侧端延伸至环形凸缘16和固定载体环35之间并固定套装有与固定锥形齿圈17啮合的行走锥形齿轮18，所述外套筒38的内侧端与转动轴19的固定端之间留有间隙，如图2及图4所示，所述固定载体环35内沿其圆周侧等间距嵌装有电磁铁36，所述转动轴19的外侧端固定有连接圆板8，所述连接圆板8与固定载体环35之间留有间隙，且连接圆板8朝向固定载体环35的一侧嵌装有与电磁铁36磁性相吸的永磁铁37；

所述旋转球体7对应固定环体9两端面的两侧分别固定有水平延伸并与固定壳体14转动连接的旋转空心轴5，其中一根所述旋转空心轴5的一侧设有安装在固定壳体14上的电机4，且电机4的输出轴与该侧旋转空心轴5上均固定套装有相互啮合的传动齿轮6；所述固定环体9的顶部和底部分别对应开设有贯通其内外侧的进料通口31和出料通口2，所述旋转球体7的两相对侧分别开设有与进料通口31对应的进料口21和与出料通口2对应的出料口13，所述出料通口2的上端口处安装有滤网3；所述旋转球体7的中心处设有中心实体25，所述中心实体25对应剪切腔室40的侧面作为剪切腔室40的侧壁，且旋转球体7内开设有位于中心实体25上下两侧的空腔，所述空腔与进料口21或出料口13连通，且剪切腔室40与相应侧的空腔之间均通过通料口26连通。

在本实施例中，如图3所示，所述第一研磨体27的内侧面上固定有与固定球体22外表面接触的清扫毛刷23。清扫毛刷23可占据第一研磨体27的内侧与固定球体22之间的空间，有利于防止石墨料进入该间隙内，且在第一研磨体27的转动过程中，清扫毛刷23随之转动，与固定球体22的外表面之间发生相对移动，可对固定球体22的外表面进行清扫，从而可高效防止石墨料停留在该间隙内。

在本实施例中，如图2所示，所述固定环体9的顶部固定有与进料通口31连通的鼓风机构10，所述固定环体9的底部固定有与出料通口2连通的引风机构34。通过鼓风机构10将混有石墨干粉原料的气流引入旋转球体7，剪切处理后，通过引风机构34将混有石墨烯的气流导出，通过气流代替传统溶剂来分散石墨烯，不需要借助溶剂。

在本实施例中，如图1所示，所述固定壳体14上连接旋转空心轴5的位置和旋转球体7上供连接杆穿过的位置处均设有第一轴承11，如图5所示，所述旋转球体7上供转动轴19穿过的位置处设有第二轴承20。

在本实施例中，如图1所示，所述中心实体25的上下端面均为外凸的弧形面，所述第一研磨体27连接外套筒38所在侧的端面和所述第二研磨体30的上下端面均为斜面。使得进入旋转球体7的石墨料能够完全通过通料口26进入剪切腔室40，使得进入剪切腔室40的石墨片能统一沿第一研磨体27的斜面进入用于进行横向剪切的工作腔，使得经过横向剪切落在第二研磨体30上的石墨料能统一沿第二研磨体30的斜面进入用于进行纵向剪切的工作腔。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：

在本实施例中，如图3所示，所述剪切腔室40的侧壁对应第一研磨体27所在区域固定有横向固定齿圈24，所述第一研磨体27的环周侧固定有与横向固定齿圈24相互卡合的横向转动齿圈28；如图6所示，所述第二研磨体30的内侧面固定有纵向转动齿圈32，所述固定球体22的外侧面上均匀遍布有与纵向转动齿圈32相适配的纵向固定齿圈33。横向转动齿圈28可随第一研磨体27的转动而转动，而横向固定齿圈24在横向方向上相对固定不动，通过横向固定齿圈24与横向转动齿圈28的适配作用，可强化对石墨片的横向剪切能力；纵向转动齿圈32可与第二研磨体30一起随旋转球体7的转动而转动，而纵向固定齿圈33保持位置不动，通过纵向固定齿圈33与纵向转动齿圈32的适配作用，可强化对石墨片的纵向剪切能力。

其它同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：

在本实施例中，如图1及图2所示，所述固定球体22的内部中空形成冷却腔体29，所述固定球体22和相应的连接杆内穿设有连通冷却腔体29并贯通至固定壳体14外侧的冷却液输入管12。预先通过冷却液输入管12向冷却腔体29内充入冷却水体或液氮，在装置的工作过程中可对石墨料和研磨部件进行吸热降温，防止石墨料受热粘结，保障石墨剥离效果，并有利于防护研磨部件。

其它同实施例1。

上述石墨烯多级剥离装置的具体作用原理为：

先启动鼓风机构10和电机4，电机4通过其输出轴和传动齿轮6带动一侧的旋转空心轴5转动，从而带动旋转球体7和另一侧的旋转空心轴5转动，当进料口21(或出料口13)与进料通口31连通时，鼓风机构10将混有石墨干粉原料的气流送入旋转球体7内，石墨干粉原料先进入位于上方的空腔，然后通过相应的通料口26进入两侧的剪切腔室40，在剪切腔室40内，石墨干粉原料先进入位于上方的第一研磨体27的周侧对应的工作腔内，由于在旋转球体7转动的过程中，会载着其内部的部件(除固定球体22外)及外套筒38随之在纵向方向上转动，而固定环体9和环形凸缘16固定不动，外套筒38带动行走锥形齿轮18沿固定锥形齿圈17移动，由于行走锥形齿轮18与固定锥形齿圈17啮合，使得行走锥形齿轮18和外套筒38在水平方向上发生绕转动轴19轴线的转动，并通过花键连接结构39带动转动轴19转动，转动轴19可带动第一研磨体27转动，横向转动齿圈28随之转动，配合横向固定齿圈24的适配作用，能较好的对该工作腔内的石墨料进行横向剪切；给所有的电磁铁36通电后，当连接圆板8移动至与某个电磁铁36对齐时，其内部的永磁铁37就能受到电磁铁36的磁吸作用向该电磁铁36靠近，即通过转动轴19带动相应的第一研磨体27向背向固定球体22的一侧移动，使得对石墨料进行横向剪切的工作腔的间隙缩小，则在工作过程中，对石墨料进行横向剪切的工作腔能够适应于对不同粒度的石墨料进行横向剪切，起到随着剪切进程改变剪切机构的剪切精度的效果，从而能够保证剪切质量，提升剪切效率；

之后，经过横向剪切的石墨料进入第二研磨体30的内侧面对应的工作腔内，由于第二研磨体30随旋转球体7发生在纵向方向上的转动，纵向转动齿圈32随之转动，而纵向固定齿圈33随固定球体22保持不动，并且纵向转动齿圈32和纵向固定齿圈33相适配，则能较好的对该工作腔内的石墨料进行纵向剪切；经过纵向剪切的石墨料可进入位于下方的第一研磨体27的周侧对应的工作腔内，可再次进行横向剪切；在旋转球体7的转动过程中，石墨料由高处向低处移动，可进行至少两次横向剪切和至少一次纵向剪切，最终，石墨料从下方的通料口26进入位于下方的空腔内，当出料口13(或进料口21)与出料通口2连通时，石墨料就能接触滤网3，在滤网3的孔径限定下，只有精度达标的石墨料能够进入出料通口2内并通过引风机构34的作用导出，精度未达标的石墨料停留在该空腔内，当该空腔随旋转球体7转动至上方时，精度未达标的石墨料就能重新通过通料口26进入剪切腔室40内进行二次剪切，直至精度达标才能穿过滤网3排出。

由上述内容可知，本发明能够实现对石墨料的横向剪切和纵向剪切，并能循环对石墨料进行剪切处理，且能随着剪切进程改变剪切机构的剪切精度，剪切效率较高，还能及时将精度未达标的石墨料送返至剪切工作腔内进行再次剪切，保障出料即为精度达标的物料。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

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