[发明专利]一种石墨烯/导电炭黑复合材料的制备方法及其装置和应用

说明书

一种石墨烯/导电炭黑复合材料的制备方法，目的是防止出现团聚现象和自燃现象；方法是将固态石墨烯或石墨烯水系悬浮液在石墨烯配置罐中与水配制成质量百分比为10%‑15%的石墨烯悬浮液，通过机械搅拌或超声波分散形成稳定的悬浮液；将稳定的石墨烯悬浮液加入导电炭黑造粒水中，混合均匀形成混合液；加入到湿法造粒机中，包覆吸附到粉状导电炭黑的表面形成石墨烯/导电炭黑复合材料湿粒子；在滚筒干燥机中干燥脱去水分，形成石墨烯/导电炭黑复合材料；这种材料可用于生产电缆用半导电屏蔽料；制备装置包括石墨烯悬浮液系统、造粒水系统、混合器、湿法造粒机、粉状炭黑储罐、滚筒干燥机和尾气燃烧炉。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/导电炭黑复合材料制备方法及其装置，以及该复合材料应用。

背景技术

中高压电缆用半导电屏蔽料主要采用在高分子聚合物中均匀分散加入导电炭黑等材料的方式制成，受导电炭黑导电性及热稳定性不佳的影响，导致半导电屏蔽料的体积电阻率指标偏高，因而对电缆屏蔽效果不够理想，为提高导电炭黑导电性能及热稳定性能，需添加石墨烯以改善导电性能。目前在电缆生产厂家或半导电屏蔽料生产厂家将石墨烯、导电炭黑及其它材料加入混合器，通过机械作用将各种材料混合，石墨烯由于其较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，难以均匀分散，造成导电性能改善不佳，同时固态的各种材料高速搅拌生热高，易出现自燃现象，形成浪费和安全隐患。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可防止出现团聚现象和自燃现象的石墨烯/导电炭黑复合材料制备方法及其装置，以及复合材料应用。

一种石墨烯/导电炭黑复合材料制备方法，其特征是：

(1)将固态石墨烯或石墨烯水系悬浮液在石墨烯配置罐中与水配制成质量百分比为10%-15%的石墨烯悬浮液，通过机械搅拌或超声波分散形成稳定的悬浮液；石墨烯悬浮液配置用水的硬度≤3µmol/l、碱度≤3µmol/l；

(2)将稳定的石墨烯悬浮液加入导电炭黑造粒水中，通过混合器混合均匀形成混合液；所述导电炭黑造粒水的硬度≤3µmol/l、碱度≤3µmol/l；石墨烯占混合液质量百分比为1%-6%；优选的石墨烯占比为1%-5%。

(3)将上述混合液加入到湿法造粒机中，包覆吸附到粉状导电炭黑的表面，在湿法造粒机搅齿的作用下，形成石墨烯/导电炭黑复合材料湿粒子；粉状导电炭黑由粉状炭黑储罐通过气密阀加入，粉状导电炭黑与造粒水之比为1：1。

所述搅齿位于造粒机内部，通过其高速旋转的机械搅拌力，使细粉状物料在机内连续旋转，实现混合，成粒、球化、致密等，从而达到造粒的目的。

(4)炭黑湿粒子在滚筒干燥机中干燥脱去水分，最后形成石墨烯/导电炭黑复合材料；石墨烯占该复合材料的质量百分比为1%-6%；

在石墨烯与水混合形成的悬浮液中，按照悬浮液总的质量百分比0.1%-0.5%的比例加入分散剂，提高悬浮液稳定性。石墨烯悬浮液通过定量泵及流量计加入到导电炭黑造粒水中，再通过造粒水流量调节阀以及造粒水流量计定量加入石墨烯到导电炭黑中。

石墨烯/导电炭黑复合材料湿粒子在滚筒干燥机中与来自尾气燃烧炉的热烟气进行换热而脱去水分，滚筒干燥机炭黑出口温度150-300℃。优选的炭黑出口温度150-250℃。

所述的质量百分比为10%-15%的石墨烯悬浮液优选的浓度为10%-13%。所述的配制石墨烯悬浮液用水优选软化水。通过机械搅拌或超声波分散形成稳定的悬浮液，可以添加一定比例的分散剂，优选的分散剂为阴离子表面活性剂，添加比例为0.1-0.5%。

所述的混合液通过水枪加入造粒机进料段，均匀包覆吸附到粉状炭黑的表面，形成石墨烯/导电炭黑复合材料，石墨烯/导电炭黑复合材料在造粒机搅齿的作用下，形成炭黑湿粒子。本发明所用原料均市售可得。