CN105271206B - 一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法。利用连续旋转的同向啮合螺杆机，将石墨预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，通过啮合螺纹元件定向的方向剪切剥离，这种剥离是同向啮合的双螺杆机、三螺杆机、四螺杆机，或者更多螺杆的同向啮合螺杆机，在螺杆同向旋转过程中螺杆啮合螺纹元件间界面产生高剪切应力，从而形成了大尺寸面积的石墨烯。这种通过螺杆机剥离制备石墨烯，不但对石墨层的冲击压力极小，而且以平行于石墨层面的方向被剪切剥离。进一步，在连续螺杆机中可以实现碳原料的连续碳化、还原和剪切剥离，不仅最大限度的保留了石墨烯的层面结构，而且可以连续稳定制备石墨烯，进一步推动了石墨烯的大规模量产，具有显著的市场应用价值。

Description

一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，具体涉及通过机械法制备石墨烯，特别是涉及一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法。

背景技术

2004 年，英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现了石墨烯，并于2010 年获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯为一种单一原子厚度且具有sp2 键结的碳原子的平板结构，理论上，具有完美六角网状构造，呈现优异的电子稳定性、导热性、光性能、力学性能等。自从石墨烯被发现以后，由于其优异的性能和巨大的市场应用前景引发了物理和材料科学等领域的研究热潮。石墨烯是目前最薄也是最坚硬的纳米材料，同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，未来有望在电极、电池、晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域广泛应用，是最有前景的先进材料之一。然而,目前还没有有效的方法可量产高质量石墨烯。

石墨烯的制备方法主要包括化学气相沉积法、氧化插层再还原法、液相剥离法、机械剥离法。其中化学气相沉积法可以获得高质量的石墨烯，然而产率低，对衬底要求高，转移存在极大的困难；氧化插层再还原法可以实现批量生产石墨烯，但是由于氧化过程中石墨烯的结构遭到破坏，难以得到高质量的石墨烯产品；液相剥离法是在合适的溶剂中，利用超声能量对石墨片层进行解离，然而，溶剂剥离法制备石墨烯存在难以去除残留溶剂的问题，而且溶剂剥离产率一般很低。相比之下，机械剥离法是一种能以低成本制备出高质量石墨烯的简单易行的方法。

中国发明专利申请号201410286173.4公开了一种石墨烯的制备方法，将氧化石墨用机械剪切或球磨的方式破碎成小碎片，通过气流碰撞研磨剥离得到石墨烯。该发明基于小碎片氧化石墨在低氢浓度下和低温的还原和剥离，提供了一种安全、低成本氢还原制备石墨烯的方法。然而这种强力的碰撞损伤了石墨烯的层结构，且得到的石墨烯尺寸面积小。

中国发明专利申请号201280019582.7公开了一种制备石墨烯的方法，通过研磨、球磨、气流磨等借助离子液体研磨4个小时获得石墨烯。借助离子液促进了石墨的剥离，但采用长时间的研磨获得的石墨烯晶体尺寸小，而且借助离子液会使石墨烯层晶格受到影响。

中国发明专利申请号201310411516.0 公开了一种石墨烯材料的球磨制备方法，该发明将石墨碳与烷基六元芳环或稠环聚醚型非离子表面活性剂的质量体积比为1：2～1：15和去离子水混合装于球磨罐，固定于球磨机以200-500rpm的转速球磨5-30小时，制得不同浓度石墨烯水溶液。

中国发明专利申请号201510073825.0公开了一种吨级生产石墨烯的类机械剥离装置及其生产方法，其通过一个磨盘似的转子，转子转动时，转子的外表面与物料仓的内表面研磨，从而使得石墨被剥离减薄获得石墨烯。

根据上述，通过机械方式反复地研磨尽管获得了石墨烯，但是由于受到研磨压应力的作用，研磨撞击对石墨晶格造成一定的破坏，由于研磨对石墨施加压力，对剥离的石墨产生巨大的冲击力，这种冲击力会使石墨烯层产生结构缺陷，极易造成石墨烯层结构晶格缺陷，降低剥离后石墨烯的尺寸，使得制得的石墨烯产品晶体尺寸小，难以获得大尺寸高质量石墨烯，无论是机械式球磨研磨还是机械式气流研磨，均是牺牲了石墨烯尺寸和晶格完整性；另外，研磨介质的强大压力会导致石墨层结构变得更加紧密反而会导致剥离效果降低，造成研磨时间长、成本非常高昂；再者，目前研磨生产石墨烯属于间歇式，在对石墨进行剥离的同时，对已剥离的石墨烯无法及时筛选出，因而难以进行连续稳定的量产，难以进行大规模产业化生产。

发明内容

针对目前球磨、气流研磨等机械剥离制备石墨烯易造成石墨晶格破坏、二维尺寸面积小、耗时长、成本高、无法连续稳定大规模生产的缺陷，本发明提出一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，从而实现连续稳定制备大尺寸面积石墨烯，进一步推动了石墨烯的量产化生产。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于采用同向啮合螺杆机通过高剪切应力的剥离来制备石墨烯，具体方法如下：

（1）将石墨原料与淀粉、聚乙烯醇、多元醇、分散剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；预混物的质量之和以100% 的质量分数计，其中石墨原料质量分数为80~90%，淀粉质量分数为5-10% ，聚乙烯醇质量分数为3-8%，多元醇质量分数为1.5-3%，分散剂质量分数为0.5-1%；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入同向啮合螺杆机中，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，螺杆以100-1200rpm的转速旋转时，在分散取向段，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂，在还原气氛中淀粉、聚乙烯醇、多元醇被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切应力，在这一剪切剥离过程中，使石墨剥离形成单层或多层大尺寸面积的石墨烯；

所述的同向啮合螺杆机是同向啮合双螺杆机、同向啮合三螺杆机、同向啮合四螺杆机或者更多螺杆的同向啮合螺杆机；

所述的同向啮合螺杆机是由螺纹元件在芯轴上组合而成，通过设置不同的螺纹元件，使石墨在螺杆旋转时沿纵向和横向方向连续取向、碳化、剪切剥离从而获得大尺寸面积的石墨烯；

所述的分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；

所述的剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成；

所述的剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；

所述混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃。

同向啮合螺杆机是一种在材料加工领域使用的常规设备，将不同的螺纹元件以积木方式组合在螺杆上，物料从加料口进入螺杆后，在螺纹元件摩擦剪切拖拽下，沿着螺杆向前输送物料，在啮合螺纹元件设置区物料将受到强力的剪切作用，由于啮合同向螺杆机的螺杆在啮合区间隙处的方向相反，它使得在啮合区间隙处有更优的切面取向，啮合同向螺杆啮合区因为边界转动方向相反，只有靠边界的一小部分物料能通过径向间隙。因此利用同向啮合螺杆机在其啮合区的定向剪切，通过设置不同的螺纹元件组合实现了将石墨连续剥离得到石墨烯。其突出的特点是螺杆两两之间同向旋转时产生切面剪切，减小对石墨层的冲击压力。

优选的，所述的同向啮合螺杆机为长径比大于25/1、螺杆直径为20-180mm的同向啮合双螺杆机、同向啮合三螺杆机、同向啮合四螺杆机、或者同向啮合的四螺杆以上螺杆机中的一种。

优选的，所述同向啮合螺杆机为三角型同向啮合六螺杆机。

优选的，所述同向啮合三螺杆机为一字型同向啮合三螺杆机。

优选的，所述同向啮合三螺杆机为品字型同向啮合三螺杆机。

优选的，所述的石墨原料为石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种。

优选的，所述的淀粉为粒径小于10微米的醚化淀粉、酯化淀粉、预糊化淀粉、交联淀粉、氧化淀粉、酸化淀粉中的至少一种。

优选的，所述的多元醇为乙二醇、季戊四醇、山梨醇、甘油中的至少一种。

优选的，所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、1-吡啶酸中的至少一种。

优选的，所述还原剂为乙醇、柠檬酸、酒石酸、草酸、尿素中的至少一种。

现有通过机械剥离获得的石墨烯尺寸小的原因是球磨、气流研磨过程中尽管产生剪切获得了石墨烯，甚至单层石墨烯，然而这种剥离是通过石墨被粉碎成更小的尺寸而获得，研磨过程对石墨层产生巨大的冲击力，不但使石墨烯的尺寸面积变小，而且石墨烯的层晶格也受到影响。鉴于此，本发明一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，利用连续旋转的同向啮合螺杆机，将石墨预制物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，通过啮合螺纹元件定向的方向剪切剥离，这种剥离是同向啮合的双螺杆机、三螺杆机、四螺杆机，甚至更多螺杆的同向啮合双螺杆机在螺杆同向旋转过程中螺杆啮合螺纹元件间界面高剪切应力，从而形成了大尺寸面积的石墨烯。这种通过螺杆剥离制备石墨烯，不但对石墨层的冲击压力极小，而且通过设定剪切螺纹块，以平行于石墨层面的方向被剪切剥离。进一步，在连续螺杆中可以实现碳原料的连续碳化、还原和剪切剥离，不仅最大限度的保留了石墨烯的层面结构，而且可以连续稳定制备石墨烯，进一步推动了石墨烯的量产化生产。

将本发明采用同向啮合螺杆机剪切剥离制备的石墨烯与采用球磨研磨、磨盘研磨、气流研磨、制备的石墨烯相比，在石墨烯质量、产量、成本、投入等方面具有明显优势，如表1所示。

表1：

本发明一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用同向啮合螺杆机通过高剪切剥离制备石墨烯的方法。

2、通过同向啮合螺杆机剪切剥离制备石墨烯，在连续通过螺杆过程中，石墨形成片形的取向，并通过剪切剥离的啮合块螺纹元件在定向的方向被剪切剥离，从而形成了径向大尺寸面积的高质量石墨烯，克服了传统球磨研磨、气流研磨等机械剥离对石墨烯层晶格的冲击，确保了石墨烯完整的晶格结构。

3、通过同向啮合螺杆机作为制备石墨烯的反应器，实现了连续、稳定、规模化制备石墨烯，将进一步推动了石墨烯的大规模产业化发展。

4、本发明方法制备石墨烯，投入小、成本低、无环境污染、产量高，具有显著的市场应用价值。

附图说明

为进一步明确利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，通过附图进行说明。

附图1：一字形型同向啮合三螺杆机外形示意图。1-螺杆驱动机；2-主加料口；3-还原剂加料口；4-分散取向段；5-剪切碳化段；6-剪切剥离段。

附图2：一字形型同向啮合三螺杆机螺杆示意图。4-分散取向段；5-剪切碳化段；6-剪切剥离段；7-啮合螺纹元件。

附图3：一字形型同向啮合三螺杆机截面剪切示意图。7-啮合螺纹元件。

附图4：同向啮合螺杆机斜角为45°的啮合螺纹元件间剪切示意图。同向旋转的啮合螺纹元件，在剪切接触处方向相反，石墨将受到强力的剪切作用，啮合螺纹元件定向的方向剪切剥离，从而获得高质量大尺寸面积的石墨烯。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将质量分数为85%的石墨粉，质量分数为8%的醚化淀粉 ，量分数为4%的聚乙烯醇，质量分数为2.5%的甘油，质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠在高速混合机中以800rpm的转速混和分散10min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入一字型同向啮合三螺杆机的主加料口，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃，螺杆以500rpm的转速旋转时，在分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂酒石酸，在还原气氛中醚化淀粉、聚乙烯醇、甘油被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切切片，在动态反应中使石墨剥离形成厚度在0.3-5nm,90%径向大小为10-15μm 的大尺寸面积石墨烯。

实施例2

（1）将质量分数为40%的鳞片石墨，质量分数为40%的高取向石墨，质量分数为10%的酯化淀粉 ，质量分数为7.5%的聚乙烯醇，质量分数为1.5%的乙二醇，质量分数为1%的十二烷基苯磺酸钠在高速混合机中以1000rpm的转速混和分散15min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入品字型同向啮合三螺杆机的主加料口，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，螺杆机为长径比大于30/1、螺杆直径为65mm，混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃，螺杆以800rpm的转速旋转时，在分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂柠檬酸，在还原气氛中酯化淀粉、聚乙烯醇、乙二醇被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切切片，在动态反应中使石墨剥离形成厚度在0.3-5nm,90%径向大小为10-15μm 的大尺寸面积石墨烯。

通过测试，产量达到80kg/小时。

实施例3

（1）将质量分数为90%的膨胀石墨，质量分数为3%的预糊化淀粉，质量分数为2%的醚化淀粉，质量分数为3%的聚乙烯醇，质量分数为1.5%的季戊四醇，质量分数为0.5%的聚乙烯吡咯烷酮在高速混合机中以1200rpm的转速混和分散25min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入同向啮合双螺杆机的主加料口，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃，螺杆以1000rpm的转速旋转时，在分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂尿素，在还原气氛中预糊化淀粉、聚乙烯醇、季戊四醇被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切切片，在动态反应中使石墨剥离形成厚度在0.3-5nm,90%径向大小为10-15μm 的大尺寸面积石墨烯。

实施例4

（1）将质量分数为82%的氧化石墨，质量分数为7%的交联淀粉，量分数为8%的聚乙烯醇，质量分数为2%的山梨醇，质量分数为1%的1-吡啶酸在高速混合机中以800rpm的转速混和分散15min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入同向啮合四螺杆机的主加料口，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃，螺杆以500rpm的转速旋转时，在分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂草酸，在还原气氛中交联淀粉、聚乙烯醇、山梨醇被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切切片，在动态反应中使石墨剥离形成厚度在0.3-5nm,90%径向大小为10-15μm 的大尺寸面积石墨烯。

实施例5

（1）将质量分数为90%的热裂解石墨，质量分数为5%的酸化淀粉 ，质量分数为3%的聚乙烯醇，质量分数为1.5%的甘油，质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠在高速混合机中以1000rpm的转速混和分散25min，得到预混物；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入同向啮合三角型排列的六螺杆机的主加料口，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，螺杆机为长径比大于20/1、螺杆直径为120mm，混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃，螺杆以1200rpm的转速旋转时，在分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂乙醇，在还原气氛中酸化淀粉、聚乙烯醇、甘油被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切切片，在动态反应中使石墨剥离形成厚度在0.3-5nm,90%径向大小为10-15μm 的大尺寸面积石墨烯。

Claims (10)

1.一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于采用同向啮合螺杆机通过高剪切应力的剥离来制备石墨烯，具体方法如下：

（1）将石墨原料与淀粉、聚乙烯醇、多元醇、分散剂在高速混合机中以600-1200rpm的转速混和分散10-25min，得到预混物；预混物的质量之和以100% 的质量分数计，其中石墨原料质量分数为80~90%，淀粉质量分数为5-10% ，聚乙烯醇质量分数为3-8%，多元醇质量分数为1.5-3%，分散剂质量分数为0.5-1%；

（2）将步骤（1）得到的预混物加入同向啮合螺杆机中，螺杆机由进料端向出料端依次设置分散取向段、剪切碳化段、剪切剥离段，螺杆以100-1200rpm的转速旋转时，在分散取向段，预混物沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；

（3）步骤（2）的物料连续通过剪切碳化段，在剪切碳化段设置还原剂加料口，通过加料口泵入还原剂，在还原气氛中淀粉、聚乙烯醇、多元醇被剪切碳化；

（4）步骤（3）通过剪切碳化段的物料连续通过剪切剥离段，利用剪切剥离段啮合螺纹元件边界转动方向相反产生的剪切应力，在这一剪切剥离过程中，使石墨剥离形成单层或多层大尺寸面积的石墨烯；

所述的同向啮合螺杆机是同向啮合双螺杆机、同向啮合三螺杆机、同向啮合四螺杆机或者更多螺杆的同向啮合螺杆机；

所述的同向啮合螺杆机是由螺纹元件在芯轴上组合而成，通过设置不同的螺纹元件，使石墨在螺杆旋转时沿纵向和横向方向连续取向、碳化、剪切剥离从而获得大尺寸面积的石墨烯；

所述的分散取向段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；

所述的剪切碳化段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成；

所述的剪切剥离段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；

所述混炼段设置温度为100-200℃，剪切碳化段设置温度为300-500℃，剪切剥离段设置温度为100-300℃。

2.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述的同向啮合螺杆机为长径比大于25/1、螺杆直径为20-180mm的同向啮合双螺杆机、同向啮合三螺杆机、同向啮合四螺杆机中的一种。

3.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述同向啮合螺杆机为三角型同向啮合六螺杆机。

4.根据权利要求2所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述同向啮合三螺杆机为一字型同向啮合三螺杆机。

5.根据权利要求2所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述同向啮合三螺杆机为品字型同向啮合三螺杆机。

6.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述的石墨原料为石墨粉、鳞片石墨、膨胀石墨、高取向石墨、热裂解石墨、氧化石墨中的至少一种。

7.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述的淀粉为粒径小于10微米的醚化淀粉、酯化淀粉、预糊化淀粉、交联淀粉、氧化淀粉、酸化淀粉中的至少一种。

8.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述的多元醇为乙二醇、季戊四醇、山梨醇、甘油中的至少一种。

9.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、1-吡啶酸中的至少一种。

10.根据权利要求1所述一种利用螺杆机剪切连续制备石墨烯材料的方法，其特征在于：所述还原剂为乙醇、柠檬酸、酒石酸、草酸、尿素中的至少一种。