亚高速纳米流体分散器的制作方法

本发明涉及分散器领域，特别涉及一种亚高速纳米流体分散器。

背景技术：

药品生产、化工原料、涂料、锂离子电池制造等，普遍需要采用粉体与溶液混合制浆工艺，粉体制浆工艺是否将粉体中团聚颗粒分散，关系到产品质量优劣。

随着纳米粉体广泛应用，纳米粉体制浆工艺的分散环节成了瓶颈性的难点。特别是纳米锂离子电池正极、负极材料在制浆工艺中，团聚的颗粒未能达到分散目的时，对产品性能造成严重影响，现有的搅拌式分散技术，以剪切、扰动原理，按照下列六个阶段完成：

第一阶段，固液混料，在混料过程，固体粉末以团聚形式粉体团聚干球形成；

第二阶段，团聚干球在溶液中，团聚干料球表面被溶液浸润；

第三阶段，团聚干球在搅拌桨的剪切和扰动下团聚干料球被破碎；

第四阶段，搅拌机的剪切和扰动下，破碎的团聚体干料球在溶液中进一步分散；

第五阶段，分散的团聚干料球在搅拌机的扰动下混合，成为颗粒悬浮混合溶液；

第六阶段，搅拌机的继续扰动搅拌作用下，破碎的团聚干料球颗粒进一步均匀分散于溶液中，成为分散均匀的锂电池涂布浆料。

图1为现有技术中纳米制浆工艺的示意图。图2为现有技术中高剪切设备的示意图。

如图1和图2所示，现有的固液混合制浆工艺，几乎所有搅拌方式制浆，都需要按上述六个阶段才能达到充分分散，分散均匀目的，一旦粉体团聚干料球未能破碎，团聚干料球分散就不能实现。

另外，现有的纳米材料团聚体分散大多数采用了高速剪切技术、砂磨机的锆球挤压与剪切作用，高压均质机均质原理，这些设备都存在热效应突出，能耗大、效率低等缺陷。这些技术都是基于扰动剪切原理达到分散纳米团聚体的目的。

扰动剪切原理，要达到对所有的团聚颗粒得到搅拌机桨叶的剪切破碎，就必须使每一个个体团聚干料球都通过搅拌机浆叶的剪切，而现有的搅拌机的浆叶是以螺旋运动的方式推动固液混合浆液做螺旋运动。在搅拌机浆叶与固液混合浆液的相对运动下，使搅拌机桨叶剪切浆液中的团聚干料球，使团聚干料球破碎，而搅拌机浆叶与固液混合浆液的相对运动，对团聚干料球剪切存在几率机会性，未能与搅拌机浆叶接触发生剪切的团聚干料球，很难在团聚干料球与团聚干料球之间的挤压作用破碎。

因此，现有的搅拌机制备锂离子电池制浆工艺的时间长达6小时，有的锂电池材料甚至需要更长时间，通过长时间反复的搅拌增加搅拌机浆叶对团聚干料球剪切的机会，有些锂离子电池采用了纳米粉体材料，这些纳米粉体形成的微纳米团聚干料球，使用现有的搅拌机剪切扰动方式，团聚干料球充分的被剪切破碎更为困难。

现采用的纳米制桨工艺：将粉体和液体投入容器中，依靠容器中安装的搅拌设备使粉液进行初步的混合与分散。固体粉末由团聚形式下被破碎掉。在搅拌机的剪切和扰动下，破碎的团聚体干料球在溶液中进一步分散、混合成为颗粒悬浮混合溶液。再将粉液悬浮混合溶液通过底部高剪切机进行进一步的分散与破碎。最终成为分散均匀的纳米粉体浆料。

要达到最终所需的纳米粉体浆料需要很长的搅拌、高剪切时间。对于一些纳米材料，在长时间搅拌的热效应下，会破坏其原本的特性，且工艺复杂，从而增加能耗，增加劳动强度，效率低下。

传统的高剪切设备只有一个电机，主要工作部件分为定子和转子。定子为固定不动形式，转子为转动部件，物料的分散破碎依靠转子带动物料旋转，与固定的定子进行撞击产生正压力，并从定子的缝隙中被剪切、破碎掉。

传统的高剪切设备电机的转速固定，物料受到的正压力也固定。物料受到的正压力越大，团聚干料球被分散效率就会越显著。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中纳米制浆工业能耗高、劳动强度大且效率低下等缺陷，提供一种亚高速纳米流体分散器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种亚高速纳米流体分散器，其特点在于，所述亚高速纳米流体分散器包括内分散环、外分散环、内分散环驱动电机和外分散环驱动电机，所述内分散环安装在所述外分散环的内圆孔中，所述外分散环的外径方向安装有分散池；

所述内分散环驱动电机与所述内分散环连接，所述外分散环驱动电机与所述外分散环连接，使得所述内分散环和所述外分散环相向运动形成剧烈的液液摩擦力效应。

根据本发明的一个实施例，所述内分散环驱动电机带动所述内分散环逆时针旋转，所述外分散环驱动电机带动所述外分散环顺时针旋转。

根据本发明的一个实施例，所述内分散环和所述外分散环相互垂直且同心安装。

根据本发明的一个实施例，所述分散池的下方设置有多个进料口，所述分散池的上方设置有多个出料口。

根据本发明的一个实施例，所述内分散环上开设有若干第一锥形孔，所述第一锥形孔的小径端为进液口，所述第一锥形孔的大径端为出液口。

根据本发明的一个实施例，所述内分散环包括第一中心轴和第一环形壁，所述第一环形壁沿所述第一中心轴向上延伸。

根据本发明的一个实施例，所述第一锥形孔均匀地分布在所述内分散环的第一环形壁上。

根据本发明的一个实施例，所述外分散环上开设有若干第二锥形孔，所述外分散环包括第二中心轴和第二环形壁，所述第二环形壁沿所述中心轴向下延伸，所述第二锥形孔均匀地分布在所述外分散环的第二环形壁上。

根据本发明的一个实施例，所述第一环形壁和所述第二环形壁相互内外交叠，所述第一中心轴和所述第二中心轴上下对齐。

本发明的积极进步效果在于：

本发明亚高速纳米流体分散器能够有效地节约能耗，提高生产效率。纳米材料制浆的时间显著缩短不仅节约大量能耗，对于一些纳米材料在长时间搅拌的热效应还会破坏其原本特性。而液—液摩檫分散器克服了现有纳米分散技术的主要缺陷。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中纳米制浆工艺的示意图。

图2为现有技术中高剪切设备的示意图。

图3为本发明亚高速纳米流体分散器的结构示意图。

图4为本发明亚高速纳米流体分散器中外分散环的主视图。

图5为图4中沿a-a线剖开的剖视图。

图6为本发明亚高速纳米流体分散器中外分散环的俯视图。

图7为本发明亚高速纳米流体分散器中内分散环的主视图。

图8为图7中沿b-b线剖开的剖视图。

图9为本发明亚高速纳米流体分散器中内分散环的俯视图。

图10为本发明亚高速纳米流体分散器中进料口/出料口的方位示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图3为本发明亚高速纳米流体分散器的结构示意图。图4为本发明亚高速纳米流体分散器中外分散环的主视图。图5为图4中沿a-a线剖开的剖视图。图6为本发明亚高速纳米流体分散器中外分散环的俯视图。图7为本发明亚高速纳米流体分散器中内分散环的主视图。图8为图7中沿b-b线剖开的剖视图。图9为本发明亚高速纳米流体分散器中内分散环的俯视图。图10为本发明亚高速纳米流体分散器中进料口/出料口的方位示意图。

如图3至图10所示，本发明公开了一种亚高速纳米流体分散器10，其包括内分散环11、外分散环12、内分散环驱动电机13和外分散环驱动电机14。其中，内分散环11安装在外分散环12的内圆孔中，外分散环12的外径方向安装有分散池15。内分散环驱动电机13与内分散环11连接，外分散环驱动电机14与外分散环12连接，使得内分散环11和外分散环12相向运动形成剧烈的液液摩擦力效应。

优选地，内分散环驱动电机13带动内分散环11逆时针旋转，外分散环驱动电机14带动外分散环12顺时针旋转。此处的内分散环11和外分散环12相互垂直且同心安装。

另外，在分散池15的下方设置有多个进料口16，分散池15的上方设置有多个出料口17。

优选地，内分散环11上开设有若干第一锥形孔111，这里的第一锥形孔111的小径端为进液口，第一锥形孔111的大径端为出液口。

同时，内分散环11还包括第一中心轴112和第一环形壁113，第一环形壁113沿第一中心轴112向上延伸。第一锥形孔111均匀地分布在内分散环11的第一环形壁113上。

同理，外分散环12上开设有若干第二锥形孔121，外分散环12包括第二中心轴122和第二环形壁123，第二环形壁123沿中心轴122向下延伸，第二锥形孔121均匀地分布在外分散环12的第二环形壁123上。

特别地，第一环形壁113和第二环形壁123相互内外交叠，且第一中心轴112和第二中心轴122上下对齐。

本发明亚高速纳米流体设备由内分散电机带动内分散环逆时针旋转，外分散环电机带动外分散环顺时针旋转。内分散设备和外分散设备垂直且同心安装。内分散环安装于外分散环的内圆孔中，物料通过位于内分散池下方的两个进料口进入，内环水平出液口为锥形形式且进液口为小径端。出液口是内环向心角进液锥形孔的大径端。由于锥度扩压效应，使得物料受到了更大的正压力和摩擦力，摩擦力越大团聚干料球分散的作用越明显。

这里的内分散环与外分散环分别由不同的电机带动相向运动，可以形成剧烈的液-液摩擦力效应，且内分散环与外分散环相向旋转速度越高，物料受到的正压力越大，团聚干料球被分散效率就会越显著。团聚干料球被破碎、分散得越彻底从而纳米粉体浆料混合更加均匀。

根据上述结构描述，本发明亚高速纳米流体分散器旨在提供一种能实现定子和转子都能做相对运动的亚高速纳米流体分散设备。

本发明亚高速纳米流体分散器针对现有的搅拌机扰动剪切原理的缺陷，提出一种液-液摩檫的分散器。

液-液摩檫分散器是基于动摩檫理论，依据动摩檫力公式：

ff动＝uk·fn

式中

ff动—动摩檫力

uk—动摩檫因素

fn—正压力

液-液摩檫力与正压力存在正比关系。

本发明亚高速纳米流体分散器主要由内分散环安装于外分散环的内圆孔中，外分散环的外径方向安装分散池，内分散环与外分散环相向运动形成剧烈的液-液摩檫力效应。

当纳米浆料进入内环之后，浆料以加速度的势能在内分散环的环内迅速形成环流，分布于内分散环的环内的内壁。高速旋转的内分散环形成的离心力作用下，分布在内分散环的环内壁面的浆料通过内环水平出液锥形孔向内分散环环外喷射，喷射出的浆料与相向旋转的外分散环的环内壁撞击，撞击的瞬间，浆料中的团聚干料球与外分散环的旋转速度的相互作用形成液-液摩檫力。

内分散环旋转速度越高，浆料对外分散环的环内壁撞击的压力越大，浆料中的团聚干料球受到的正压力和摩檫力就越大。

外分散环的旋转速度越高，浆料中团聚干料球受到正压力和摩檫力也就越大，浆料中团聚干料球受到正压力和摩檫力越大，团聚干料球被分散的效果就会越显著。

内环水平出液锥形孔的小径端口是进液入口方向，出液口是内环向心角进液锥形孔的大径。浆料在锥孔内流动，由于锥度扩压效应，浆料在锥形孔内产生加速度向外分散环的环内壁撞击。这种加速度效应增大了浆料中团聚干料球受到的正压力和摩檫力。液-液摩檫力越大，团聚干料球分散的作用越明显。

依据动摩檫力公式，uk(动摩擦因素)与两个相向运动接触表面之间的物理性质有关，粗糙度越大的接触表面uk(动摩擦因素)越大。在浆料制备工艺中，团聚干料球粒径越大与粗糙度越大特征极为相似，团聚干料球越大，uk(动摩擦因素)越大。相反，团聚干料球被破碎、分散得越彻底，uk(动摩擦因素)越小。也就是说，分散完成之后uk(动摩擦因素)会随之减小。

fn(正压力)与两个相向运动的运动速度有关，本发明亚高速纳米流体分散器的技术方案中，浆料流体喷射压力取决于内分散环与外分散环相向旋转速度，内分散环与外分散环相向旋转速度越高，fn(正压力)也会越大。调节外分散环驱动电机和内分散环驱动电机的速度可以获得最佳分散效果。

与现有的搅拌机浆叶剪切破碎团聚体干球相比，固液混合浆液中团聚体干球由内分散环与外分散环相向运动形成动摩檫破碎，团聚体干球分散效率显著高于现有的搅拌机浆叶剪切破碎，纳米材料制浆的时间显著缩短。

纳米材料制浆的时间显著缩短不仅节约大量能耗，对于一些纳米材料在长时间搅拌的热效应还会破坏其原本特性。本发明亚高速纳米流体分散器克服了现有纳米分散技术的主要缺陷。

本发明亚高速纳米流体分散器适应于纳米颗粒材料、亚微米颗粒材料在各种液相抗团聚分散流体的制备。其符合大工业批量生产，达到每小时处理流体100～500升。而且，与现有砂磨机和高剪切机比较，其具有节能、高效的优势。

综上所述，本发明亚高速纳米流体分散器能够有效地节约能耗，提高生产效率。纳米材料制浆的时间显著缩短不仅节约大量能耗，对于一些纳米材料在长时间搅拌的热效应还会破坏其原本特性。而液—液摩檫分散器克服了现有纳米分散技术的主要缺陷。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。