一种蒙烯纤维材料制备装置及其制备方法与流程

本发明涉及石墨烯材料制备，具体涉及一种蒙烯纤维材料制备装置及其制备方法。

背景技术：

1、蒙烯纤维材料是在纤维布表面生长上石墨烯制成的复合材料，该材料既能够作为电加热材料应用风电叶片防除冰、工业烘干等民用领域，也能应用于透波隐身等特种领域。

2、蒙烯纤维材料的宽幅尺寸主要受限于纤维布基材的宽幅及其制备工艺。对于纤维布基材，包括玻璃纤维布、石英纤维布、氧化铝纤维布、碳化硅纤维布等，其中传统玻璃纤维布的常规宽幅为1米左右，特殊需求下能扩展到2.6米。

3、对于制备工艺，目前常规的蒙烯纤维材料一般采用动态工艺或静态工艺，动态工艺需要将纤维布平铺于反应腔室内，因此反应腔室的宽幅尺寸直接决定了该工艺下蒙烯纤维材料宽幅制造能力。制造大宽幅的反应腔，不但涉及反应腔宽幅方向温场均匀性及流场均匀性技术难题，还涉及到反应腔内腔材质选型和结构设计，因为内腔将经历高温、真空获得等严苛环境，材质选型和结构设计不合理不但会影响工艺实现效果，甚至涉及设备和人员安全。

4、静态工艺通常将纤维布材料裁切成固定尺寸或者盘绕、卷绕成特定形状后放置于反应腔内生长，其中采用裁切方式明显会限制材料的尺寸规格，而采用盘绕、卷绕方式会因在腔室内的位置以及工艺气流方向与生长过程造成制造出的蒙烯纤维材料性能不均匀。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种蒙烯纤维材料制备装置及其制备方法，以解决现有技术中采用静态工艺制备蒙烯纤维材料时，出现性能不均，制备效率低下的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种蒙烯纤维材料制备装置，包括：壳体、吸气旋转基座和阻气件，所述壳体内形成用于容纳基材的反应腔，所述基材的中部呈中空结构且两端开口；所述吸气旋转基座与所述壳体的底部密封连接，所述基材的下端置于所述吸气旋转基座上随所述吸气旋转基座转动，所述吸气旋转基座的中部设有吸气通道，所述基材的底部开口与所述吸气通道连通；所述阻气件设于所述壳体的顶部，所述阻气件的下端与所述基材的上端抵接以适于将所述基材固定在所述吸气旋转基座上，所述阻气件适于封堵所述基材的顶部开口；所述反应腔内反应气体透过所述基材，依次流经所述中空结构和所述吸气通道。

4、具有如下优点：

5、通过将中部中空且两端开口的基材设置于壳体内的反应腔中，并通过吸气旋转基座的驱动使基材在反应过程中持续转动，有利于实现反应气体在基材表面均匀沉积，提升纤维材料的质量一致性；在吸气旋转基座中设置吸气通道，能够持续地引导气流穿过基材的中空结构并排出，在壳体顶部的阻气件与基材上端密封抵接，一方面使得基材固定在吸气旋转基座上以随吸气旋转基座转动，另一方面可避免反应气体从顶部开口进入中空结构内，以保证反应气体经过基材进入中空结构后，通过吸气通道排出，有效提升气体在基材中空结构中的通过率，从而增强反应气体与基材之间的接触效率，以保证生产石墨烯性能的均衡性。

6、根据本发明的第一方面实施例，蒙烯纤维材料制备装置还包括进气组件，所述进气组件设于所述壳体的上端，所述进气组件适于向所述反应腔通入反应气体。

7、根据本发明的第一方面实施例，所述进气组件包括进气法兰和进气管路，所述进气管路的一端与所述进气法兰连通以适于向所述进气法兰输送所述反应气体，所述进气法兰设有多个进气单元，所述壳体上端与所述进气法兰密封连接以与任一所述进气单元连通，所述阻气件的上端与进气法兰连接。

8、根据本发明的第一方面实施例，所述进气单元包括多个匀气孔，所述匀气孔以所述阻气件为圆心沿周向均匀分布，所述匀气孔与所述反应腔连通。

9、根据本发明的第一方面实施例，蒙烯纤维材料制备装置还包括加热组件，所述加热组件套设于所述壳体的外周，以适于加热所述反应腔。

10、根据本发明的第一方面实施例，所述加热组件包括套设于所述壳体外周的石墨环，以及套设于所述石墨环外周的加热件，所述石墨环和所述加热件可沿所述壳体的轴线方向同步往复滑移。

11、根据本发明的第一方面实施例，蒙烯纤维材料制备装置还包括排气组件，所述排气组件的一端与所述吸气通道连通，所述排气组件的另一端与气泵连通，所述反应气体经所述吸气通道，通过所述排气组件排出。

12、根据本发明的第一方面实施例，所述吸气通道靠近所述中空结构的一端设有导流件，所述导流件的一端与所述吸气旋转基座连接，所述导流件的另一端朝向且延伸至所述中空结构内部，所述导流件自下而上呈锥度设计，所述导流件的内部设有流腔，流腔连通所述中空结构和所述吸气通道。

13、根据本发明的第一方面实施例，所述流腔自上而下包括相连通的等径段和扩口段，所述等径段的各截面直径相等，所述扩口段自上而下呈喇叭口状。

14、第二方面，本发明还提供了一种蒙烯纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

15、将基材卷绕呈卷，卷内呈中空结构，放置在反应腔内；

16、将阻气件的下端与所述基材的上端抵接，以使得所述阻气件封堵所述基材的顶部开口并将所述基材固定在吸气旋转基座上；

17、打开排气组件，通过排气组件将所述反应腔抽气至真空状态；

18、向反应腔内通入反应气体；

19、驱动吸气旋转基座带动基材转动，加热组件沿壳体的轴向方向移动，加热反应腔，反应气体透过基材并在高温下裂解，沉积在基材表面形成石墨烯层，剩余反应气体流经中空结构、吸气通道排出。

1.一种蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，还包括进气组件(4)，所述进气组件(4)设于所述壳体(1)的上端，所述进气组件(4)适于向所述反应腔(11)通入反应气体。

3.根据权利要求2所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，所述进气组件(4)包括进气法兰(41)和进气管路(42)，所述进气管路(42)的一端与所述进气法兰(41)连通以适于向所述进气法兰(41)输送所述反应气体，所述进气法兰(41)设有多个进气单元(411)，所述壳体(1)上端与所述进气法兰(41)密封连接以与任一所述进气单元(411)连通，所述阻气件(3)的上端与进气法兰(41)连接。

4.根据权利要求3所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，所述进气单元(411)包括多个匀气孔(4111)，所述匀气孔(4111)以所述阻气件(3)为圆心沿周向均匀分布，所述匀气孔(4111)与所述反应腔(11)连通。

5.根据权利要求1所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，还包括加热组件(7)，所述加热组件(7)套设于所述壳体(1)的外周，以适于加热所述反应腔(11)。

6.根据权利要求5所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，所述加热组件(7)包括套设于所述壳体(1)外周的石墨环(71)，以及套设于所述石墨环(71)外周的加热件(72)，所述石墨环(71)和所述加热件(72)可沿所述壳体(1)的轴线方向同步往复滑移。

7.根据权利要求1所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，还包括排气组件(5)，所述排气组件(5)的一端与所述吸气通道(21)连通，所述排气组件(5)的另一端与气泵连通，所述反应气体经所述吸气通道(21)，通过所述排气组件(5)排出。

8.根据权利要求7所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，所述吸气通道(21)靠近所述中空结构(61)的一端设有导流件(22)，所述导流件(22)的一端与所述吸气旋转基座(2)连接，所述导流件(22)的另一端朝向且延伸至所述中空结构(61)内部，所述导流件(22)自下而上呈锥度设计，所述导流件(22)的内部设有流腔(221)，流腔(221)连通所述中空结构(61)和所述吸气通道(21)。

9.根据权利要求8所述的蒙烯纤维材料制备装置，其特征在于，所述导流件(22)的内部设有流腔(221)，所述流腔(221)自上而下包括相连通的等径段和扩口段，所述等径段的各截面直径相等，所述扩口段自上而下呈喇叭口状。

10.一种蒙烯纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：