高導(dǎo)電型石墨烯粉體——作業(yè)指導(dǎo)書SOP

1、深圳市前海展旺新能源科技有限公司生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書SOP/ZWLiNK 001A-2019高導(dǎo)電型石墨烯粉體生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書文件編號：SOP/ZWLiNK 001A-2019版 次：A修訂狀況：0保密等級：公司級保密文件編 希9： 曾凡耳聰審 核：批 準(zhǔn)：2019-08-01 發(fā)布2019-09-01 實(shí)施深圳市前海展旺新能源科技有限公司發(fā)布1目的規(guī)范高導(dǎo)電型石墨烯粉體生產(chǎn)操作規(guī)程，保障生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量 2適用范圍高導(dǎo)電型石墨烯粉體生產(chǎn)工藝全過程。3工藝流程4操作流程 4.1制備膨脹石墨（工序號001）1）將可膨脹石墨放置于鼓風(fēng)干燥箱中，打開鼓風(fēng)干燥箱電源開關(guān)，啟動(dòng)“加熱”和 “鼓風(fēng)

2、”按鈕，將溫度設(shè)置為80C，干燥24h備用。2） 檢查微波膨化系統(tǒng)各設(shè)備是否運(yùn)作正常，然后稱取60g烘干后的可膨脹石墨放入 微波膨化系統(tǒng)的進(jìn)料斗中，打開微波膨化系統(tǒng)的電源開關(guān)，進(jìn)入控制系統(tǒng)“參數(shù)設(shè)置”頁面，參數(shù)設(shè)置為：功率1設(shè)置為“ 100%”，時(shí)間段1設(shè)置為“ 50”秒；功率2設(shè)置為“ 0%”，時(shí)間段0設(shè)置為“0”秒；功率3設(shè)置為“ 0%”，時(shí)間段3設(shè)置為“0”秒；進(jìn)料時(shí)間設(shè)置為“11”秒，鼓風(fēng)時(shí)間“ 40”秒，預(yù)通氣時(shí)間“ 0”秒；設(shè)置完成后，依 次點(diǎn)擊“存盤”、“下載”按鍵，完成設(shè)置。3）點(diǎn)擊“自動(dòng)控制”按鈕進(jìn)入自動(dòng)控制系統(tǒng)，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕進(jìn)入膨脹石墨自動(dòng) 化生產(chǎn)制備過程。4）待一次生

3、產(chǎn)過程運(yùn)行完畢后，可立即再次點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，進(jìn)入下一次微波膨 化制備過程；重復(fù)進(jìn)行 5 次微波膨化過程后，將收料袋中的膨脹石墨倒入雙層大號防潮自 封袋中，并再次稱量 60g 可膨脹石墨放入進(jìn)料斗中，繼續(xù)進(jìn)行膨化生產(chǎn)；如此循環(huán)重復(fù)操 作。5）當(dāng)進(jìn)料斗中殘余的可膨脹石墨量不足以進(jìn)行一次膨化生產(chǎn)時(shí)，將收料袋中膨脹石 墨全部收集完畢后，點(diǎn)擊“手動(dòng)控制”按鈕進(jìn)入手動(dòng)控制系統(tǒng)，點(diǎn)擊“進(jìn)料開”按鈕將進(jìn) 料斗中的余料全部加入膨化腔內(nèi)，然后點(diǎn)擊“收料開”按鈕將余料吹出，再點(diǎn)擊“復(fù)位” 按鈕關(guān)閉風(fēng)門，并將余料清理干凈。6）最后關(guān)閉系統(tǒng)電源開關(guān)，將設(shè)備及周圍衛(wèi)生清理干凈，拉下設(shè)備電閘。4.2 制備 NMP 相膨脹

4、石墨混合液（工序號 002）1） 按配方表比例，用電子天平稱量相應(yīng)質(zhì)量的N-甲基吡咯烷酮（NMP）、聚乙烯吡 咯烷酮K90（PVP-K90）、膨脹石墨，備用。2）將 NMP 溶劑加入高速分散機(jī)的攪拌罐中，啟動(dòng)高速分散機(jī)，將其轉(zhuǎn)速設(shè)置為 200rpm，然后將PVP-K90加入溶劑中，將分散機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為 400rpm,攪拌分散30min； 再緩慢加入膨脹石墨，然后將分散機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為 600rpm，攪拌分散1h，即得到NMP相膨 脹石墨混合液，并將制備的NMP相膨脹石墨混合液倒入PE塑料桶中存放。3）重復(fù)上述1）、2）操作，將制備得到的NMP相膨脹石墨混合液存放24h,備用。4）最后關(guān)閉高速分散機(jī)電

5、源，將設(shè)備及周圍環(huán)境清理干凈，拔下設(shè)備電源插頭。4.3 制備 NMP 相石墨烯漿料（工序號 003）1）用高速分散機(jī)將上述 4.2（工序號 002）制備的 NMP 相膨脹石墨混合液攪拌 15min， 轉(zhuǎn)速為 600rpm。2）用電子天平稱量5kg上述1）分散均勻后的NMP相膨脹石墨混合液；開啟超聲剝 離系統(tǒng)的磁力循環(huán)泵，將 NMP 相膨脹石墨混合液加入超聲剝離系統(tǒng)中；加料完畢后關(guān)閉 系統(tǒng)進(jìn)料閥。3） 開啟超聲剝離系統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，將冷卻水溫度設(shè)置為 15C，待水溫達(dá)到設(shè) 定溫度后，打開超聲剝離系統(tǒng)換能器電源，將超聲剝離系統(tǒng)的功率設(shè)置為100%，然后按 下“啟動(dòng)”按鈕，進(jìn)行大功率超聲剝離過程

6、。4）連續(xù)進(jìn)行大功率超聲剝離過程 6-8h，要求每隔1-2h打開一次系統(tǒng)進(jìn)料閥開關(guān)，排 除系統(tǒng)中制備過程產(chǎn)生的氣體，降低系統(tǒng)壓力，并通過取樣口，取少量樣品，測試其粒徑 分布情況。5） 大功率超聲剝離過程結(jié)束后，打開系統(tǒng)出料閥，將物料裝入PE塑料桶中，即得到 NMP 相石墨烯漿料。6）重復(fù)進(jìn)行上述 1 ） 5）操作。7）最后關(guān)閉超聲剝離系統(tǒng)換能器和冷水機(jī)電源，將設(shè)備和周圍環(huán)境清理干凈，關(guān)閉 磁力循環(huán)泵電源，拔下設(shè)備電源插頭。4.4 制備石墨烯濾料（工序號 004）1）將濾紙放入空氣壓濾器底部，并擰緊空氣壓濾器底部的連接螺絲，打開壓濾器底 部排水閥，并在排水閥下放置 PE塑料桶。2）將上述 4.3

7、（工序號 003）制備的 NMP 相石墨烯漿料倒入空氣壓濾器的罐體內(nèi)，要 求物料體積不超過空氣壓濾器罐體體積的 3/4，蓋上并鎖緊空氣壓濾器的頂蓋。3）通入壓縮空氣，將空氣壓力調(diào)節(jié)為 0.3-0.4MPa,物料在空氣壓力和濾紙的作用下， 固液分離，石墨烯濾料留在壓濾器內(nèi)的濾紙上， NMP 溶液通過壓濾器底部排水閥流入 PE 塑料桶中。4）過濾完畢后，關(guān)閉壓縮空氣進(jìn)氣閥，打開空氣壓濾器，取出濾紙上的石墨烯濾料，放入不銹鋼盤中備用。5）重復(fù)上述 1） 4）操作。6）最后關(guān)閉壓縮空氣進(jìn)氣閥，將設(shè)備及周圍環(huán)境清理干凈。4.5 制備石墨烯濾餅（工序號 005）1）將上述 4.4（工序號 004）制備的石

8、墨烯濾料放入真空干燥箱中，打開真空干燥箱 電源開關(guān)，將干燥箱的真空度抽至 O.IMPa,溫度設(shè)置為120C，真空干燥12h,即得到石 墨烯濾餅。4.6 制備石墨烯粉體半成品（工序號 006）1）將上述 4.5（工序號 005）制備的石墨烯濾餅放入打粉機(jī)中，打開打粉機(jī)電源，啟 動(dòng)打粉機(jī)工作20s，即得到石墨烯粉體半成品。4.7 制備水性石墨烯混合液（工序號 007）1 ）按配方表比例，用電子天平稱量相應(yīng)質(zhì)量的去離子水、石墨烯粉體半成品、分散 劑、消泡劑，備用。2）將去離子水加入砂磨機(jī)系統(tǒng)的攪拌缸 A 中，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)閥調(diào)整其轉(zhuǎn)速至合適范 圍（中間旋渦直徑約20cm左右），然后將分散劑加入去離子水

9、中，攪拌 5-10min，再緩慢 加入石墨烯粉體半成品，攪拌10-15mi n；再加入消泡劑，攪拌1-2min，即得到水性石墨烯 混合液。4.8 制備水性石墨烯漿料（工序號 008）1 ）檢查砂磨機(jī)系統(tǒng)是否正常，打開冷水機(jī)電源開關(guān)，啟動(dòng)冷水機(jī)，將冷卻循環(huán)水溫 度設(shè)置為15C。2）待冷卻循環(huán)水溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，打開砂磨機(jī)主機(jī)電源開關(guān)，進(jìn)入砂磨機(jī)運(yùn)行 監(jiān)控系統(tǒng)， 點(diǎn)擊“主機(jī)啟動(dòng)” 按鍵，再點(diǎn)擊“點(diǎn)動(dòng)加速” 按鍵，將主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為 1400rpm； 然后點(diǎn)擊“上料泵啟動(dòng)” 按鍵，氣動(dòng)隔膜泵開始啟動(dòng)供料， 將上料泵的上流流量調(diào)至最大； 再點(diǎn)擊“點(diǎn)動(dòng)加速”按鍵，將主機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至最大，當(dāng)上料泵指示燈熄滅后

10、，點(diǎn)擊“出料泵 啟動(dòng)”按鍵，并將其上流流量調(diào)至最大；待物料流動(dòng)正常后，調(diào)節(jié)上料泵和出料泵流量至 合適流量。3）點(diǎn)擊“循環(huán)研磨”按鍵，進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)研磨控制模式，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄研磨的時(shí) 間，根據(jù)前幾次記錄的研磨時(shí)間分別設(shè)置每一個(gè)缸的最佳研磨時(shí)間，則砂磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入最 佳的穩(wěn)定研磨狀態(tài)。4） 連續(xù)進(jìn)行研磨操作直至漿料粒徑分布達(dá)到 D90W0ym;研磨期間每隔1h，取小量 樣品，測試其粒徑分布情況；同時(shí)，研磨期間應(yīng)關(guān)注漿料的溫度情況，當(dāng)漿料溫度50C 時(shí)，可適當(dāng)加大上料泵和出料泵的流量，并相應(yīng)地調(diào)整每一個(gè)缸的最佳研磨時(shí)間。5）當(dāng)漿料粒徑分布達(dá)到要求后， 點(diǎn)擊“點(diǎn)動(dòng)減速” 按鍵，將主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為 1400

11、rpm，并轉(zhuǎn)動(dòng)上料泵的三通閥至出料位置，進(jìn)行出料；再點(diǎn)擊“手動(dòng)研磨”按鍵，進(jìn)入手動(dòng)控制 模式，根據(jù)物料所在料缸位置選擇“ A 缸研磨”或“ B 缸研磨”，直至漿料全部放出時(shí)， 點(diǎn)擊“料泵全?！卑存I，并點(diǎn)擊“點(diǎn)動(dòng)減速”按鍵，將主機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至“0rpm”。6）重復(fù)上述 1） 5）操作。7）最后往攪拌缸中倒入清水，并設(shè)置主機(jī)轉(zhuǎn)速為 1000rpm，進(jìn)行循環(huán)研磨，重復(fù)幾次 清洗設(shè)備；設(shè)備清洗完畢后，關(guān)閉冷水機(jī)和砂磨機(jī)電源，將設(shè)備和周圍環(huán)境清理干凈，拉 下設(shè)備電閘。4.9 制備石墨烯粉體（工序號 009）1 ）檢查噴霧干燥系統(tǒng)各設(shè)備及管路連接是否正常，確認(rèn)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門處于打開位置， 打開設(shè)備電源開關(guān)，進(jìn)入設(shè)

12、備控制系統(tǒng)頁面，參數(shù)設(shè)置為：進(jìn)風(fēng)溫度320 E、霧化電機(jī)頻率320Hz、報(bào)警溫差10C、氣錘動(dòng)作時(shí)間1.0秒、氣錘間隔時(shí)間10.0秒。2）打開霧化器冷卻循環(huán)水水泵電源，給霧化噴嘴通冷卻循環(huán)水，冷卻水溫度不得低于10C;點(diǎn)擊“風(fēng)機(jī) 開”、“加熱 開”、“霧化 開”按鍵，啟動(dòng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)、加熱器 和霧化器。3）當(dāng)出風(fēng)溫度達(dá)到135C時(shí)，點(diǎn)擊“加料 開”、“氣錘 開”按鍵，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵和壓 縮空氣氣錘；泵送流量剛開始時(shí)不宜過大，使出風(fēng)溫度控制在 135C± 10C以內(nèi)為宜；隨 著進(jìn)風(fēng)溫度的提高緩慢調(diào)節(jié)泵送流量，使出風(fēng)溫度控制在 135C± 10C以內(nèi)，直至進(jìn)風(fēng)溫 度設(shè)定值后，達(dá)到穩(wěn)定

13、工作狀態(tài)；壓縮空氣壓力調(diào)節(jié)為 0.3-0.4MPa。4）開始泵送物料后，每隔半小時(shí)收集一次收料罐中的物料，收料時(shí)應(yīng)先關(guān)閉料罐上 方的風(fēng)閥，避免冷空氣進(jìn)入系統(tǒng)。5）物料泵送完畢后，待所有物料收集完畢后，泵入少量去離子水清洗霧化噴嘴；然 后點(diǎn)擊“加料 關(guān)”、“加熱關(guān)”關(guān)閉泵送和加熱系統(tǒng)；10min后點(diǎn)擊“氣錘 關(guān)”；待溫 度降低至100C時(shí)，點(diǎn)擊“霧化 關(guān)”；待溫度降低至50C時(shí)，點(diǎn)擊“風(fēng)機(jī) 關(guān)”；最后關(guān) 閉霧化器冷卻循環(huán)水泵電源，并拉下系統(tǒng)電閘，將設(shè)備和周圍環(huán)境清理干凈。5關(guān)鍵工序5.1關(guān)鍵工序確認(rèn)表工序號工序名稱工序號工序名稱001制備膨脹石墨008制備水性石墨烯漿料003制備NMP相石墨烯漿

14、料關(guān)鍵工序分析工序001:制備膨脹石墨工序主要是通過微波膨化瞬間高溫加熱的方式使可膨脹石墨片層間 的物質(zhì)瞬間氣化，大量的推力使石墨片層間距快速擴(kuò)張，體積膨脹至原來的幾百倍，最終形 成蠕蟲狀的膨脹石墨。膨脹石墨的層間距越大，即膨脹倍數(shù)越大，其層間作用力越小，越容 易被剝離成石墨烯?；谝陨峡紤]，將制備膨脹石墨工序（001 ）定為關(guān)鍵工序。工序003:制備NMP相石墨烯工序主要是通過大功率超聲波粉碎機(jī)在液相介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈空 化效應(yīng)，產(chǎn)生剝離力，從而將膨脹石墨的片層逐步剝開，最終得到單層、雙層或少層石墨烯，對石墨烯片層厚度有重要影響?；谝陨峡紤]，將制備NMP相石墨烯工序（003 ）定為關(guān)鍵工序。工

15、序008:制備水性石墨烯漿料工序主要是通過在砂磨機(jī)系統(tǒng)研磨缸中裝入硬質(zhì)鋯珠，在高 速電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，鋯珠之間產(chǎn)生劇烈的撞擊和摩擦作用力，由于鋯珠與流經(jīng)研磨缸的料流 之間的質(zhì)量比較大，能量密度極高，物料在短時(shí)間內(nèi)受到巨大的撞擊和摩擦力，使物料的粒 徑迅速減小，片層厚度進(jìn)一步降低，對石墨烯產(chǎn)品性能指標(biāo)有重要影響?；谝陨峡紤]，將 制備水性石墨烯漿料工序（008）定為關(guān)鍵工序。5.2關(guān)鍵工序SOP521制備膨脹石墨工序SOP工作流程準(zhǔn)備工作1. 設(shè)備準(zhǔn)備：微波膨化系統(tǒng)各設(shè)備調(diào)試運(yùn)行；粉末電阻率測試儀工作正常；2. 原料準(zhǔn)備：可膨脹石墨（鼓風(fēng)干燥箱中80C烘干 24h）;3. 電路狀態(tài)檢查；4. 大號

16、防潮自封袋；5. 500ml 量杯。操作步驟1. 提前將可膨脹石墨原料放入鼓風(fēng)干燥箱中80 C烘干24h，備用；2. 打開微波膨化系統(tǒng)電源，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置”頁面 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；3. 進(jìn)入“自動(dòng)控制”頁面，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鍵，進(jìn) 行微波膨化操作。過程控制1. 可膨脹石墨必須提前進(jìn)行烘干處理；2. 按膨化工藝參數(shù)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)；3. 物料收集過程應(yīng)盡量避免粉塵飛揚(yáng)；4. 及時(shí)用吸塵器清理飄落在周圍的石墨粉塵，防止出現(xiàn)電路短路等現(xiàn)象；5. 及時(shí)記錄及反饋設(shè)備異常情況。制表制備膨脹石墨工序SOP作業(yè)內(nèi)容制備膨脹石墨設(shè)備微波膨化系統(tǒng) 操作石墨膨化原料檢測電阻率：w 2.0m Q 20MPa工序產(chǎn)品檢測電阻率

17、：w 0.5m Q 20MPa安全控制1.生產(chǎn)過程中有大量膨脹石墨粉塵和煙氣，對呼吸系統(tǒng)有刺激，穿戴好防護(hù)用品、勞保用品。審核日期2019.8.1522制備NMP相石墨烯漿料工序 SOP工作流程制備NMP相石墨烯漿料工序SOP準(zhǔn)備工作1. 設(shè)備準(zhǔn)備：超聲剝離系統(tǒng)各設(shè)備調(diào)試；激光粒 度儀分布儀設(shè)備工作正常；2. 冷水機(jī)準(zhǔn)備與調(diào)試；3. 原料準(zhǔn)備：NMP相膨脹石墨混合液；4. 水、電路狀態(tài)檢查；5. 物料容器準(zhǔn)備。作業(yè)內(nèi)容制備NMP相石墨烯漿料設(shè)備原料檢測超聲剝離系統(tǒng)操作超聲剝離1. NMP相膨脹石墨混合液應(yīng)攪拌均勻，無沉淀。工序產(chǎn)品檢測粒徑分布：D50W 40卩m安全控制1. 因混合液中含有 N

18、MF溶劑，對皮膚及呼吸道有刺 激，穿戴好防護(hù)用品、勞保用品；2. 設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生高溫，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要確 保冷卻循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常；3. 超聲過程中產(chǎn)生噪音，對聽力有影響，穿戴好防 護(hù)用品。操作步驟1. 打開冷水機(jī)，設(shè)置溫度15C；2. 稱量5kgNMP相膨脹石墨混合液；3. 打開磁力循環(huán)泵，打開超聲系統(tǒng)加料斗閥門， 將物料倒入系統(tǒng)內(nèi)；4. 關(guān)閉加料閥門，開啟換能器電源開關(guān)，設(shè)置超 聲功率參數(shù)為“ 100%'開啟超聲系統(tǒng)；5. 超聲8h后，關(guān)閉超聲系統(tǒng)；6. 將加料閥門打開泄壓，用磁力循環(huán)泵將物料由 下部出料孔打出，將閥門關(guān)閉，電源關(guān)閉，冷水機(jī) 關(guān)閉。過程控制1. 冷水機(jī)運(yùn)行中要求 15 C 士 5C；2. 原料應(yīng)保持流動(dòng)狀態(tài)，無結(jié)塊；3. 物