碳微球高剪切分散机

上海依肯机械设备有限公司  钟英

1. 碳微球是由石墨片层在玻璃相的石墨结构间断分布而构成，由于其具有高比表面，优异的化学稳定性及热稳定性等，可以制备高强度高密度C／C复合材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面积活性炭材料、锂离子电池负极材料等一系列高性能碳材料。而作为碳微球的制备，经过近几年的研究，已经有较大的进展。总体看来，根据制备环境的不同，主要分为缩聚法，液相法及气象沉积法三种。 

1）缩聚法

缩聚法主要用于中间相碳微球的制备。利用原料沥青经过热缩聚得到中间相沥青后分离得到中间相沥青微球，再通过预氧化和炭化过程即得到产物。Esumi等[2]对煤沥青QS进行热缩聚后经分离得到C/H为2.314，直径为2-15μm的碳微球，从而得到从沥青得到碳微球的工业方法。今年以来，各国科学家分别以不同来源的沥青，包括煤焦油沥青等。缩聚法条件简单，操作容易，易于工业化连续生产。但也存在球径分布广，形状和尺寸不均匀，收得率低的问题。尽管如此，缩聚法仍是现代工业生产碳微球的主要方法。

2）液相法

液相法是指反应体系初始主要相态为液态的一类制备方法。使用液相法制备中间相碳微球的方法是乳化法、悬浮法等，此后又有使用不同体系的制备方法的研究的报道。乳化法是由Kondama等[3]提出的，主要以喹啉可溶性中间相沥青在磨碎后悬浮于硅油，加热搅拌形成乳状液，在低于软化温度下形成分散胶体，在表面张力作用下形成微球，有机溶剂清洗，干燥后炭化即可得碳微球。乳化法工艺复杂，因此应用有限。悬浮法由于类似于缩聚物工业中制备缩聚物微球所采用的方法而得名。具体方法是把中间相沥青溶于有机溶剂中，

利用表面活性剂与水或其他溶剂组成悬浮液，在一定温度下强力搅拌，使中间相沥青成球。然后加热除去有机溶剂，冷却、滤析、预氧化、炭化后得到中间相碳微球。对于此法的机理研究[4]表明，悬浮法由于使用了表面活性剂，能够有效防止中间相沥青小球的团聚和融并。此法工艺复杂，需进一步研究。除此之外，近年来又对不同溶液体系的中间相碳微球的制备进行了广泛研究。150-600nm的中空碳微球；Wang等[6]以热解石墨为原料，以超声波分散于去离子水中得到10到100nm的碳微球。Yang等[7]利用线性酚醛树脂加入添加剂在甲醇体系中制备了孔径为3-5nm的活性碳微球。Wang等[8]利用糖溶液在高压中脱水后炭化得到一定碳微球。Yoshio等[9] 将NSF树脂溶于水中经喷雾器喷射于热环境中，产物经炭化后扥到球形碳微球。Wurmer等[10]

利用聚合物小球螯合Ni后加入NaCl进一步螯合，干燥炭化得到核为Ni的磁性球。Konno等[11]利用相似方法得到核为Co的磁性碳微球。

碳微球高剪切分散机

2.碳微球 的分散效果  

影响分散乳化结果的因素有以下几点

1 ）分散头的形式（批次式和连续式）（连续式比批次好）

2 ）分散头的剪切速率 （越大，效果越好）

3 ）分散头的齿形结构（分为初齿，中齿，细齿，超细齿，约细齿效果越好）

4 ）物料在分散墙体的停留时间，乳化分散时间（可以看作同等的电机，流量越小，效果越好）

5） 循环次数（越多，效果越好，到设备的期限，就不能再好）

线速度的计算

剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。

– 剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s) 
g 定-转子 间距 (m)

由上可知，剪切速率取决于以下因素：

– 转子的线速率

– 在这种请况下两表面间的距离为转子-定子 间距。
IKN 定-转子的间距范围为 0.2 ~ 0.4 mm

速率V=3.14 X D（转子直径）X 转速 RPM / 60

 高的转速和剪切率对于获得超细微悬浮液是***重要的。根据一些行业特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基础上又开发出ERX2000超高速剪切乳化机机。其剪切速率可以超过200.00 rpm，转子的速度可以达到66m/s。在该速度范围内，由剪切力所造成的湍流结合专门研制的电机可以使粒径范围小到纳米级。剪切力更强，乳液的粒经分布更窄。由于能量密度极高,无需其他辅助分散设备,可以达到普通的高压均质机的400BAR压力下的颗粒大小.

3.碳微球高剪切分散机：  

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