一种粉体材料的振动分散设备的制作方法

本发明属于粉体材料领域的一种特殊设备。

技术背景

粉体材料，尤其是纳米粉体材料，超微颗粒尺寸在1～100nm，理论上它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。但是截至目前为止，纳米材料的实际应用还是很有限。纳米粉体材料，由于其纳米颗粒的粒径小，比表面积很大，因此特别容易团聚。形成的团聚体后，在实际应用中难以有效地分散开来，从而严重影响了纳米材料应有的性能发挥。

对于粉体材料的粉碎、解理和分散，目前干法使用的设备有：机械粉碎机、气流粉碎机、球磨机、振动球磨机。这些设备对于初级粒子只有几十纳米的纳米粒子团聚体，是难以有效地将其分散开来。振动球磨机，它需要加研磨介质(如氧化锆球)，通过氧化锆球与氧化锆球之间的碰撞、挤压、滑动来粉碎物料。干法振动球磨，如采用φ5氧化锆球，对纳米粉体的团聚体，是无法有限分散的。

对于粉体材料的粉碎、解理和分散，目前湿法使用的设备有：搅拌磨、砂磨机、超声波分散机，需要加入液体分散剂。湿法研磨和湿法超声分散能够将纳米团聚体打开，得到浆料，但是如果要将这浆料烘干，则纳米粒子又重新严重团聚起来了。

湿法砂磨机，如采用φ1的氧化锆研磨球，对浆料中的颗粒实行无差别研磨粉碎，对于想获得大薄片状形貌，是无法实现的。湿法超声波分散，其超声波频率≥20khz。目前使用超声分散设备只能制造实验室小样，难以工业化应用，因为超声波发生器所发出的高频振荡讯号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质(如分散液水)中，超声波在分散液如水中疏密相间地向前辐射。换能器只能做得较小，超声波分散的效能很低，无法实现工业化大生产。况且得到的分散浆料干燥后，粉体将再次严重团聚。

对于目前的碳纳米管产业，生产制造出的碳纳米管严重团聚缠绕在一起，特别难以分散。气流粉碎，无法让缠绕的碳纳米管分散开来。

石墨烯产业也是面临同样的问题，通过氧化-还原法或者二氧化碳插层膨胀解理法，制造出的石墨烯薄片，一是石墨烯层解理不完全，仍然还是多层结构；二是解理后的薄层石墨烯片缠绕团聚在一起，干法无法将其分散开来。

目前工业上使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)为分散剂，加入聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)或其它物质作为表面活性剂，使用砂磨机(用φ1mm左右的氧化锆球)湿法研磨得到导电浆料。湿法砂磨，主要是研磨粉碎作用，得到的碳纳米管浆料，碳纳米管的长径比将减小很多，碳纳米管被研磨断了碎了。砂磨后得到的石墨烯浆料，粒径2um左右，石墨烯片被严重磨碎了，石墨烯片上缺陷很多，无法得到大片、薄层状优质石墨烯片。

由于受工业化设备的限制，纳米粉体、碳纳米管、石墨烯等材料的应有性能没有充分发挥出来，工业化应用很有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计制造一种高效的粉体材料振动分散设备。它没有研磨介质(如氧化锆研磨球)，所以它没有振动球磨机内研磨球与研磨球之间的接触研磨作用，完全不同于振动球磨机的粉碎原理。也没有产生超声波发生源，所使用的振动频率在5khz以下，远低于超声波(20kh以上)的频率范围，完全不同于超声波的分散机理。

本发明一种高效的粉体材料振动分散设备，它包括特殊设计的料桶、振动电机、弹簧机座。料桶内设置有多层弹力线，料桶为卧式圆柱体结构，内涂有机涂层，料桶被固定在弹簧基座上。弹簧基座下面安装有振动电机。料桶上设置有进料口和出料口，进料口位于料桶的上部中间位置，出料口位于料桶的侧端面下部，多层弹力线由料桶外侧的张紧装置严格张紧。

借助于振动电机(电机+偏心块)的驱动，本发明设备产生高频振动。振动频率最高可以达到5000hz，振幅0.05-20mm。料桶内设置有多层张紧的弹力线。这弹力线是高弹性的锦纶(尼龙)线、不锈钢线、其它高分子纤维线和其它金属线。弹力线的截面直径是0.01mm-10mm。弹力线与设备一起高频振动。粉料在密闭的料桶内由于高频振动而被激荡漂浮起来，遇到高频振动的弹力线，粉料颗粒受到强大的剪切作用。粉体颗粒在多层布置的高频振动弹力线间来回反复被激荡剪切，从而发生粉体颗粒团聚体的有效分散、层状结构的解理，甚至是粉碎。在粉料定时高频分散完成后，打开出料阀放料。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图中：1、料桶；2、多层弹力线；3、振动电机；4、弹簧基座；5、进料口；6、出料口；7、多层弹力线的张紧装置；8、密封层。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例的粉体材料振动分散设备，包括特殊设计的料桶1，料桶内设置有多层弹力线2，振动电机3，料桶被固定在弹簧4基座上。料桶内涂聚氨酯，料桶上设置有进料口5和出料口6，进料口位于料桶的上部中间位置，出料口位于料桶的侧端面下部。料桶内设置的多层弹力线由料桶外侧的张紧装置7严格张紧。料桶两侧内壁有密封层8。

选用四级电机，转速1450r/m。调整振动电机内的偏心块，使得设备的振幅8mm。以多层布置的尼龙线为弹力线，线截面直径0.8mm，多层平行线交叉布置，平行线间的距离10mm。选用青岛超碳新材料科技公司的石墨烯纳米片，振动分散45分钟。比表面积由原来的35m²/g，增大到345m²/g。以此高度分散的石墨烯片代替ks6导电剂用以18650电池制造，两引线法测出正极极片的电阻率由8.5ω.cm降低至1.2ω.cm。

实施例2：

如图1所示，本实施例的粉体材料振动分散设备，包括特殊设计的料桶1，料桶内设置有多层弹力线2，振动电机3，料桶被固定在弹簧4基座上。料桶内涂聚氨酯，料桶上设置有进料口5和出料口6，进料口位于料桶的上部中间位置，出料口位于料桶的侧端面下部。料桶内设置的多层弹力线由料桶外侧的张紧装置7严格张紧。料桶两侧内壁有密封层8。

选用六级电机，转速980r/m。调整振动电机内的偏心块，使得设备的振幅10mm。以多层布置的不锈钢线为弹力线，线截面直径0.6mm，多层平行线交叉布置，平行线间的距离12mm。选用市场销售的纳米二氧化钛粉体，振动分散50分钟。分散前，其纳米二氧化钛粉体严重团聚，虽然初级粒子只有25nm，但是因为纳米粒子团聚，激光粒度仪测出d50＝2.3um，d90＝5.6um。经过50分钟的振动分散后，再次测试其粒径分布，d50＝52nm，d90＝123nm。分散效果非常显著。