[發明專利]一種金屬基石墨烯復合線材的加工設備及工藝

有效

• 申請號: 201810790831.1
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109003742B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 李雷;劉光林;封存利;陳玉奇;朱利媛
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏

本發明公開了一種金屬基石墨烯復合線材的加工設備及工藝，包括：石墨烯分散液預處理容器、超聲振動器、放線裝置、儲液槽、涂覆滾筒、拉圓毛氈、惰性氣體保護烘干和冷卻裝置、收線裝置；經石墨烯分散液預處理、放線、線材表面涂覆石墨烯和后處理、收線工序制備金屬基石墨烯復合線材，該裝置簡單易行、加工工藝簡單，適用于各種金屬及合金線材，可連續化大規模生產，獲得的金屬基石墨烯復合線材導電率高、耐腐蝕性強和導熱性好。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，特別是一種金屬基石墨烯復合線材的加工設備及工藝。

背景技術

金屬線材在工業和日常生活領域應用廣泛，如輸變電線纜用銅線材或鋁線材、電腦和手機等消費類電子產品用銅及銅合金線材、各類電機用銅或鋁電磁線、各類鋼絲繩用鋼絲、真空電子元器件用鎳絲、線切割用鉬絲等。銅導電率高，一般用作導電、信號傳輸或散熱材料如電機用電磁線，電機工作時由于電磁感應及渦流效應，產生大量熱量如不及時散出，造成電機燒壞，高溫下銅易氧化腐蝕。如：長距離高壓電輸送用架空導線一般采用鋼芯鋁合金裸線纜，不用絕緣層包覆，由于電壓極高，即使包覆絕緣層也會被擊穿，極易老化失效；而且包覆絕緣層不利于散熱，增加成本和重量。由于鋁導電率低，輸電過程中功率損失大，沒有絕緣層保護的裸鋼芯鋁導線在自然環境中被氧化和腐蝕，耐腐蝕性能差。另外電子元器件用鎳絲存在導電率低等問題。

石墨烯(Graphene)是由碳原子按照六邊形排列連接而成的二維薄膜材料，單層石墨烯只有一個碳原子的厚度即0.335nm，其拉伸強度和彈性模量可達125GPa和1.1TPa，結構穩定，耐腐蝕，耐氧化，電子遷移率可達到2×10⁵cm²/V·s，約為硅中電子遷移率的140倍，電導率可達100MS/m，大于純銅的58MS/m，比表面積大(2630m²/g)，熱導率(室溫下5000W·m^-1·K^-1)是硅的36倍，是銅(室溫下401W·m·K)的十倍多，具有優異散熱性能，且石墨烯只吸收2.3％的光，具有良好的透光性。

涂覆石墨烯能提高散熱性、線材耐腐蝕性和耐氧化性，從而大幅度提高電機性能。但石墨烯是非金屬，與金屬表面結合難度大、結合力低，現有技術通過氣相沉積或涂覆氧化石墨烯再還原制備石墨烯。其中，氣相沉積法成本高，只能在實驗室使用，尚不具備大規模生產條件，且石墨烯層與金屬表面結合力仍很低；氧化石墨烯還原法工藝復雜，需先涂覆氧化石墨烯，再用加熱法或化學法還原成石墨烯，難以全部還原，殘留有大量功能團，嚴重影響石墨烯性能。

發明內容

為克服現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種金屬基石墨烯復合線材的加工設備及工藝，該裝置簡單易行，適用于各種金屬及合金線材，可連續化大規模生產，不需要真空等工作環境，也不需要還原氧化石墨烯，制備的金屬基石墨烯復合線材導電率高、耐腐蝕性強和導熱性好。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種金屬基石墨烯復合線材的加工設備，包括：石墨烯分散液預處理容器、超聲振動器、放線裝置、儲液槽、涂覆滾筒、拉圓毛氈、惰性氣體保護烘干和冷卻裝置和收線裝置；其中，

所述石墨烯分散液預處理容器置于所述超聲振動器上方或內部，用于超聲分散石墨烯分散液；

所述涂覆滾筒外表面均勻分布有周向凹槽，且所述涂覆滾筒軸線以下浸漬于所述儲液槽內的石墨烯分散液中，金屬線材可繞所述周向凹槽轉動。

進一步地，上述金屬基石墨烯復合線材的加工設備還包括定量泵、惰性氣體保護在線退火裝置和金屬線材表面預處理裝置；其中，

所述定量泵進口端與所述石墨烯分散液預處理容器連接，出口端與所述儲液槽連接；

所述惰性氣體保護在線退火裝置包括若干根通過電阻或電磁感應加熱的退火管，所述退火管為耐高溫不銹鋼管或陶瓷管，惰性氣體可沿正向或逆向流動；