一种石墨烯自动喷料设备及喷料工艺的制作方法

本发明涉及一种石墨烯加工设备，尤其是涉及一种石墨烯自动喷料设备及喷料工艺。

背景技术：

随着世界能源紧缺及环境的恶化，可再生能源及清洁能源渐受青睐，这也使得镍氢、锂离子、太阳能电池等新型能源及储能方式得到迅速发展。

石墨烯(graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。

由于石墨烯的特殊结构，研究人员一直关注对石墨烯相关产品的开发，石墨烯的多种用途也日益显现。这其中，具有导热能力的石墨烯导热膜，又称导热石墨烯片，成为近年来新兴的一种新型的导热散热材料，已经广泛被应用于电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域。

目前在导热膜的生产，一般是采取石墨烯油墨的丝印方法制作，具体是将石墨烯的油墨丝印到pet(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸类塑料)膜或铜箔的表面，再经过干燥设备烘干。

另外的一种做法是石墨烯浆料涂布方法，具体是将石墨烯浆料滚涂到pet膜或铜箔的表面，再经过烘干设备进行表面干燥。

但是，上述两种制作方法主要缺点是石墨烯油墨或石墨烯浆料里面含有溶剂及其它物料，导致整个喷料设备存在耗电量大，运行成本高，及导热参数及指标达不到等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高导热膜导热参数的石墨烯自动喷料设备及喷料工艺。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种石墨烯自动喷料设备包括石墨烯供料装置、铜箔输送装置、喷料装置和抽风过滤装置，

所述石墨烯供料装置与喷料装置相连，用于给喷料装置内输送石墨烯粉料；

所述铜箔输送装置与喷料装置相连通，用于将铜箔原料输送到喷料装置内；

所述喷料装置用于将石墨烯粉料喷涂到穿过进入其内部的铜箔表面；

所述抽风过滤装置也与喷料装置相连，用于将喷料腔体内喷涂多余的粉料吸走过滤、回收；

且所述喷料装置、抽风过滤装置和石墨烯供料装置之间连接形成一闭环的粉料内部循环回收系统，所述抽风过滤装置内回收的粉料再依次输送到石墨烯供料装置和喷料装置内进行循环利用。

优选地，所述石墨烯供料装置包括储存料筒、输料装置和供料筒，所述储存料筒内加有石墨烯粉料，其通过输送装置与供料筒相连；所述输送装置用于将储存料筒内的石墨烯粉料输送到供料筒内；所述供料筒与喷料装置相连，用于提供喷料装置喷涂所需的石墨烯粉料。

优选地，所述供料筒的底部设计为圆锥体形状，且所述供料筒的底部还设置粉料搅拌装置，用于对供料筒内的石墨烯粉料进行搅拌。

优选地，所述输料装置内设置用于对石墨烯粉料的输送流量进行控制的硫量控制仪。

优选地，所述喷料装置包括空气压缩料泵和喷料腔体，所述空气压缩料泵设置在供料筒上或者与供料筒相通，用于将供料筒内的石墨烯粉料喷送到喷料腔体内。

优选地，所述喷料腔体的截面分为呈上窄下宽的梯形状上部和呈锥形状的下部，所述喷料腔体的上部用于铜箔喷涂，下部作为石墨烯粉料回收料仓。

优选地，所述铜箔输送装置包括铜箔输送机架和设置在铜箔输送机架上的铜箔放卷装置、复数个导向托辊、自动揭膜装置和自动纠偏装置，所述导向托辊在铜箔输送机架上沿铜箔输送的方向分布，所述自动纠偏装置设置在自动揭膜装置的下方，铜箔依次经过铜箔放卷装置放卷，再经过导向托辊导向到自动揭膜装置上揭膜，揭膜的同时自动纠偏装置摆正铜箔放卷位置，揭膜后的铜箔输送给喷料装置。

优选地，所述抽风过滤装置包括抽风机和与抽风机相连通的至少两级粉料过滤装置。

优选地，所述粉料过滤装置包括过滤腔体、滤芯、脉冲反吹电磁阀和脉冲反吹装置，所述滤芯设置在过滤腔体内，所述脉冲反吹装置设置在滤芯上，所述脉冲反吹电磁阀与脉冲反吹装置连接，用于控制脉冲反吹装置的启动与关闭。

优选地，所述设备还包括电控箱和电控箱排热过滤装置，所述电控箱为全封闭结构，所述电控箱排热过滤装置与电控箱及抽风过滤装置均相连，用于将电控箱内部的热量排出去，并送过滤风进入电控箱，对电控箱进行散热。

本发明还提供了另外一种技术方案：一种石墨烯自动喷料工艺，包括：

s1，向石墨烯供料装置内输送石墨烯粉料，及将铜箔输送到喷料装置内；

s2，铜箔输送的同时，将石墨烯粉料喷涂到穿过喷料装置的铜箔表面；

s3，将喷料腔体内喷涂多余的粉料吸走过滤、回收，并将回收后的石墨烯粉料重新输送到石墨烯供料装置内进行循环利用。

优选地，所述s1包括：

s11，将石墨烯粉料加入储存料筒内；

s12，将储存料筒内的石墨烯粉料经输料装置输送到供料筒内，提供喷料装置喷涂所需的石墨烯粉料。

优选地，所述s3包括：喷料腔体内喷涂多余的粉料依次经过第一级粉料过滤装置和第二级粉料过滤装置过滤、回收，并将过滤洁净后的气体外排，将回收后的石墨烯粉料重新输送到石墨烯供料装置内进行循环利用。

本发明的有益效果是：

1、实现将剥离好最轻、最小、最硬的石墨烯纳米粉状材料经过本发明设计的石墨烯自动喷料机，用喷的方法将石墨烯粉料均匀喷涂到铜箔或其他物体表面，可作为生产导热膜的专用喷料设备，与现有石墨烯油墨涂布方法和石墨烯浆料滚涂方法相比，解决了导热膜的导热参数低问题，提高了大量导热参数；而且由于省掉加热烘干设备，节约大量的用电能耗，且解决了生产车间设备大面积的占用车间场地问题。

2、另外，通过形成一个粉料内部循环回收的系统，将喷出去的粉料进行回收后重新利用，节约成本且环保节能。

3、供料筒、喷料腔体、粉料过滤装置的结构设计，使得粉料不易积累，且采用双极抽风过滤，脉冲反吹装置等装置定时给粉料滤芯吹气，让抽风顺畅，能保证喷涂过程的顺利进行。

4、电控系统按照全封闭的结构设计，使得石墨烯粉料进不去电控系统内部，避免短路等现象发生，提高了设备整体的安全性能。且电控系统采用排热过滤装置，将电控箱内部的热量排出去，并送过滤风进入电控箱，对电控箱进行散热，进一步延长了电控箱的使用寿命。

5、石墨烯粉料输送流量控制采用硫量控制仪控制流量，实现了粉料流量精密控制。

附图说明

图1是本发明喷料设备的剖视示意图；

图2是本发明喷料设备的侧视示意图；

图3是本发明喷料设备的设备机架和铜箔输送装置的立体结构示意图；

图4是本发明喷料设备的俯视示意图；

图5是本发明铜箔输送装置的前视示意图；

图6是本发明铜箔输送装置的侧视示意图；

图7是本发明铜箔输送装置的俯视示意图；

图8是本发明喷料工艺的流程示意图。

附图标记：

1、设备机架，2、铜箔输送装置，21、铜箔输送机架，211、放卷气涨轴，212、磁粉离合器，22、导向托辊，23、自动纠偏装置，24、自动揭膜装置，3、供料筒，4、电机，5、搅拌棒，6、喷料腔体，61、上部，62、下部，7、抽风机，8、第一级粉料过滤装置，9、第二级粉料过滤装置，10、过滤腔体，11、滤芯，12、脉冲反吹电磁阀，13、脉冲反吹装置，14、储气罐，15、抽风消音器，16、袋式过滤装置，17、电控箱排热过滤装置，18、观察窗，19、腔体门，20、电控箱门，25、空气管道。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的一种石墨烯自动喷料设备及喷料工艺，利用石墨烯粉料属于纳米材料的特性，采用喷涂的方法将石墨烯粉料喷到铜箔表面上，制作导热膜；且本设备能够将喷出去的石墨烯粉料回收再循环利用。主要解决了现有导热膜导热参数低的问题，大大提高了导热参数；且因省掉了加热烘干设备，节约了大量的用电能耗，也解决了生产车间设备大面积的占用车间场地的问题。

结合图1～图4所示，本发明所揭示的一种石墨烯自动喷料设备，包括一设备机架1、石墨烯供料装置、喷料装置、铜箔输送装置2、抽风过滤装置和电控箱(图未示)，设备机架1用于支撑设备除铜箔输送装置2外的其他结构。

石墨烯供料装置与喷料装置相连，用于给喷料装置内输送石墨烯粉料。具体地，石墨烯供料装置包括储存料筒(图未示)、输料装置(图未示)和供料筒3，其中，储存料筒内加有石墨烯粉料，其通过输送装置与供料筒3相连，输送装置将储存料筒内的石墨烯粉料输送到供料筒3内；供料筒3设置在设备机架1上，用于提供喷料装置喷涂所需的石墨烯粉料原材料。

优选地，供料筒3的底部设计为圆锥体形状，使得供料筒3内不易积累石墨烯粉料。另外，更优选地，供料筒3的底部还设置粉料搅拌装置，粉料搅拌装置包括电机4和与电机4相连的搅拌棒5，搅拌棒5从供料筒3的底部伸入到供料筒3内，搅拌棒5在电机4的驱动下对供料筒3内的石墨烯粉料进行搅拌，使其供料均匀，同时也使得供料筒3内不易积累石墨烯粉料。

且优选地，输料装置内采用硫量控制仪(图未示)对石墨烯粉料的输送流量进行精确控制，从而精确控制石墨烯粉料的喷料量。

喷料装置具体包括空气压缩料泵(图未示)和喷料腔体6，空气压缩料泵设置在供料筒3上或者与供料筒3相通，用于利用压缩空气及配合喷料腔体6内负压的条件，将供料筒3内的石墨烯粉料均匀喷送到喷料腔体6内。本实施例中，喷料腔体6设置在设备机架1内，喷料腔体6的截面分为呈上窄下宽的梯形状上部61和呈锥形状的下部62，喷料腔体的上部61用于铜箔喷涂，下部62作为石墨烯粉料回收料仓。喷料腔体6的该结构设计是根据石墨烯粉料又轻又小的原理来设计的，一方面可以使粉料均匀喷涂，另一方面也便于收集粉料，达到循环利用。

铜箔输送装置2设置在设备机架1的一侧且与喷料腔体6相通，用于将铜箔原料输送到喷料腔体6内喷涂上石墨烯粉料。具体地，结合图5～图7所示，铜箔输送装置2包括铜箔输送机架21和设置在铜箔输送机架21上的铜箔放卷装置、复数个导向托辊22、自动揭膜装置24和自动纠偏装置23，其中，铜箔放卷装置包括安装在铜箔输送机架21上的放卷气涨轴211和与放卷气涨轴211相连的磁粉离合器212，铜箔原料安装到放卷气涨轴211上，在磁粉离合器212提供扭矩的情况下带动铜箔向靠近自动揭膜装置方向输送。导向托辊22在设备机架1上沿铜箔输送的方向(即自铜箔放卷装置往自动揭膜装置的方向)依次分布；自动揭膜装置用于揭去铜箔表面的离型纸，并将揭膜后的铜箔输送到喷料腔体6内部；自动纠偏装置23设置在自动揭膜装置的下方，用于在揭膜的同时自动的摆正铜箔放卷位置，做到有序的铜箔放卷。

可选地，铜箔放卷装置还可包括设置在铜箔输送机架21上的放卷张力控制系统(图未示)，放卷张力控制系统包括张力驱动装置和与张力驱动装置相连的张力传感感应装置，张力传感感应装置用于感应铜箔放卷的力度，根据检测到的力度驱动张力驱动装置对铜箔放卷的力度进行调整。

经喷料后的铜箔穿过喷料腔体6继续输送。抽风过滤装置与喷料腔体6相连通，用于将喷料腔体6内回收到的石墨烯粉料及铜箔表面上多余的粉料吸走过滤。具体地，抽风过滤装置包括抽风机7和与抽风机7相连通的至少两级粉料过滤装置，本实施例中，设置了第一级和第二级8、9两级粉料过滤装置。其中，第一级粉料过滤装置8设置在设备机架1内部，且与喷料腔体6相通，用于对喷料腔体6内多出的粉末进行一级过滤。第二级粉料过滤装置9与第一级粉料过滤装置8级联，用于对经喷料腔体6内多出的粉末进行二级过滤。抽风机7与第二级粉料过滤装置9相通，用于对喷料腔体6进行抽风，将喷料腔体6内多出的粉末分别抽到第一级和第二级粉料过滤装置8、9内过滤。喷料腔体6被抽风后，内部形成负压状态。

本实施例中，第一级和第二级粉料过滤装置8、9结构相同，均具体包括过滤腔体10、滤芯11、脉冲反吹电磁阀12和脉冲反吹装置13，滤芯11设置在过滤腔体10内，脉冲反吹装置13设置在滤芯11上，脉冲反吹电磁阀12与脉冲反吹装置13连接，用于控制脉冲反吹装置12的启动与关闭。经抽风机抽进粉料过滤装置的石墨烯粉料贴附到滤芯11上。脉冲反吹装置13在脉冲反吹电磁阀12的控制下定时给滤芯11吹气，吹掉滤芯11上的粉料，保证抽风顺畅。且设置双级过滤装置，保证抽吸干净喷料腔体内多余的粉料。

优选地，第一级粉料过滤装置8的过滤腔体10的底部也设置为圆锥体状，使得过滤腔体10内不易积累石墨烯粉料。另外，第一级粉料过滤装置8的过滤腔体10和喷料腔体6的底部均可设置粉料搅拌装置，粉料搅拌装置的结构与上述供料筒上设置的相同，这里便不再赘述。

抽风过滤装置还包括储气罐14，储气罐14通过空气管道25与两级粉料过滤装置8、9均相连，用于提供抽吸所需的空气。

抽风过滤装置还与储存料筒相连，即喷料装置、抽风过滤装置和石墨烯供料装置之间连接形成一闭环的粉料内部循环回收系统，抽风过滤装置将抽吸回收的粉料再输送到储存料筒内，供循环利用。储存料筒内部的石墨烯材料再输送到供料筒内部之后进行喷料装置喷料，这样，石墨烯材料在设备内部形成一个循环回收利用工艺。

另外，可选地，抽风过滤装置还包括抽风消音器15和袋式过滤装置16，其中，抽风消音器15设置在与抽风机7相通的抽风机管道上，用于减小抽风过程中的声音，避免噪声污染；袋式过滤装置16设置在抽风机管道底部，用于回收抽风机抽风过程掉落的粉料。袋式过滤装置16也可以与储存料筒相连，将收集的粉料回收给储存料筒重新利用。

电控箱用于控制整个设备在生产过程中的运行。在运行期间、电控元器件会产生过多热量，这样电控元器件会受到损坏。优选地，本发明在该设备上加装一套与电控箱及抽风过滤装置均相连的电控箱排热过滤装置17，用于将电控箱内部的热量排出去，然后送过滤风进入电控箱，对电控箱进行散热。需要说明的是，由于石墨烯粉料是导电材料，电控箱内部是不允许进入一点石墨烯粉尘，否则就会造成损坏或短路，因此本发明中，整套电控电控箱设为全封闭形式。

除上述结构外，在设备机架上还可设置一些附加结构，如在喷料腔体上设置观察窗18和腔体门19，及在电控箱上开设电控箱门20等等。

本发明还揭示了一种石墨烯自动喷料工艺，结合图8所示，包括以下步骤：

s1，向石墨烯供料装置内输送石墨烯粉料，及将铜箔输送到喷料装置内。

具体地，将石墨烯粉料加入储存料筒内，然后再将储存料筒内的石墨烯粉料经输料装置输送到供料筒3内，提供喷料装置喷涂所需的石墨烯粉料。

s2，铜箔输送的同时，将石墨烯粉料喷涂到穿过喷料装置的铜箔表面；

具体地，铜箔穿过喷料腔体6连续输送，在输送的过程中，喷料装置将石墨烯粉料均匀喷涂到铜箔表面上，喷涂好的铜箔继续连续输送出去。

s3，将喷料腔体内喷涂多余的粉料吸走过滤、回收，并将回收后的石墨烯粉料重新输送到石墨烯供料装置内进行循环利用。

具体地，喷料腔体内喷涂多余的粉料在抽风机7的抽吸作用下，依次经过第一级粉料过滤装置和第二级粉料过滤装置过滤、回收，并将过滤洁净后的气体外排，将回收后的石墨烯粉料重新输送到石墨烯供料装置内进行循环利用。

本发明设备能将剥离好最轻、最小、最硬的石墨烯”纳米材料，结合粉状材料空气送料原理、抽风内部循环原理、供料装置、石墨烯材料内部循环过滤回收装置、电控系统、料筒搅拌装置及铜箔素材辅料放卷自动纠偏系统等能够将石墨烯材料均匀的喷到铜箔及辅助材料表面输送出去，进行后续压延机设备的碾压。

经本发明设备制备出的铜基导热膜的用途及领域至少包括：新能源汽车、储能系统、海洋装备、发射电源、复合材料、电子产品、半导体、超级电容、led照明、飞机零部件、柔性触摸屏、手机、船舶、风力发电等相关设备中。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。