CN108905912B

CN108905912B - 气凝胶复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN108905912B
Application number: CN201810865515.6A
Authority: CN
Inventors: 姜法兴; 马娜; 熊风; 姚献东; 张利明
Original assignee: Nano Tech Co ltd
Current assignee: Nano Tech Co ltd
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2038-08-01
Also published as: CN108905912A

Abstract

本发明涉及一种气凝胶复合材料的制备方法，包括：将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；对凝胶复合材料进行干燥处理。该方法压制时在凝胶复合材料表面形成具有凹陷和/或凸起的纹路，纹路可以使得复合材料卷材在轴向方向上满足流体扩散运动的需求，避免在后续工艺处理时使用隔层。

Description

气凝胶复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及气凝胶制备领域，具体涉及一种气凝胶复合材料的制备方法。

背景技术

气凝胶是一种无机纳米非金属材料，其具有多孔三维网络结构，具有极低的导热系数和很高的比表面积。气凝胶的种类很多，目前应用最为广泛的是二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶较其他传统保温材料，具有更好的保温隔热效果。但二氧化硅气凝胶本身骨架易碎，强度低，使得其应用受到限制。

将二氧化硅气凝胶与增强材料进行复合弥补了上述缺陷，例如US 5306555 A将短纤维加入到二氧化硅凝胶前体中，混合均匀经凝胶后形成纤维-凝胶复合物，再经超临界干燥得到纤维增强的二氧化硅复合物；US 6068882 A将具有单个纤维-纤维相连接的纤维基质浸渍到制备好的凝胶溶液中，使其凝胶后再超临界干燥得到由气凝胶连接纤维-纤维的复合材料；US 7078359 B2是将凝胶溶液倒入一个装有纤维垫的模具中，经超临界干燥得到柔软、轻质的气凝胶复合材料。这几篇专利展示的均是实验室里或小批量的气凝胶复合材料制作过程，工艺上难以满足批量生产需求。

现有技术中也有连续生产工艺，如US 7399439 B2提供了连续生产气凝胶复合材料的的工艺，其中工艺过程为：将凝胶前体和催化剂分别以一定的时间和用量混合后注入经传送带传送的逐渐展开的卷状纤维垫上，经复合后，再卷成卷状，其中最后成卷后的纤维垫有隔层。该生产气凝胶复合材料的工艺可以节省生产的时间，可用于工业化生产，但是该工艺是凝胶前体和催化剂边混合边与移动的纤维垫进行复合，这对凝胶的时间和原料配比用量的把握要求很高，不容易控制。

US 6989123 B2是将卷好的纤维垫放入一个圆柱形的容器中，然后倒入经催化好的凝胶溶液，其中用不渗透的隔层分离复合材料，然后将卷再次打开用渗透的隔层分离复合材料，将其进行进一步的化学处理。该工艺虽然可以制造凝胶复合材料，但是将卷状的纤维垫与凝胶复合后再展开换掉当中的隔层，再卷成卷状进行下一步的操作，工艺复杂且浪费时间。

US 7780890 B2的工艺也是将凝胶前体和催化剂分别以一定的量经一个混合装置后注入经传送带传送的由卷状逐渐展开的纤维垫上，经一个将能量转化到溶胶或凝胶中以改变其性质的装置后，卷成有隔层的卷。该工艺的前体和催化剂的混合装置设计的较不合理，有可能出现混合不均匀的情况，将会对最后产品的性能和工艺的效率造成影响。

此外，上述的三种气凝胶生产工艺均需要有隔层随复合好的纤维垫一起成卷，隔层老化后废弃，重新换新的，将会对资源造成一定的浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种气凝胶复合材料的制备方法，压制时在凝胶复合材料表面形成具有凹陷和/或凸起的纹路，纹路可以使得复合材料卷材在轴向方向上满足流体扩散运动的需求，避免在后续工艺处理时使用隔层。

本发明所提供的技术方案为：

气凝胶复合材料的制备方法，包括：将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；对凝胶复合材料进行干燥处理。

本发明中对浸润吸收溶胶前体后的多孔基材进行压制时，不仅能够对复合材料的厚度进行控制，而且可以使得溶胶前体更好地进入多孔基材内部，减少多孔基材内部的气体残留；此外在复合材料表面形成凹陷和/或凸起的纹路，即使没有隔层的参与，在后续的置换、萃取或干燥过程中，复合材料卷材的轴向方向仍可满足流体的扩散运动需求，可以完成相应的置换、萃取或干燥过程。

本发明中所述纹路的厚度为凝胶复合材料厚度的1/20～1/4。纹路的厚度是相对于凝胶复合材料来说的，如果是凸起的纹路则是高出凝胶复合材料的距离，如果是凹陷的纹路则嵌入凝胶复合材料的深度。纹路的厚度对于卷材的轴向方向是否可以满足流体扩散运动需求具有重要的影响，选择上述的范围不仅可以保持气凝胶复合材料的强度，也可以保证对流体扩散运动的需求。

本发明中所述纹路的总面积占凝胶复合材料被压制表面面积的1/15～2/3。纹路的总面积是指凝胶复合材料上所有纹路的面积之和，包括凹陷的纹路和凸起的纹路。当进行单面压制时，被压制表面是指纹路所在的面；当进行双面压制时，被压制表面是指上下两个面。选择上述的范围不仅可以保持气凝胶复合材料的强度，也可以保证对流体扩散运动的需求。

本发明中纹路可以为直线，折线、曲线，或者由几条线形成的图案，或者特定的几何图案，或者不规则的几何图案，或者不规则的图案。纹路可以是特定的图案规则或者不规则排列，也可以是不特定的图案规则或者不规则排列。作为优选，所述纹路为线条型纹路和/或网格型纹路。

本发明中对浸润吸收后的多孔基材进行压制，一方面是为了控制复合材料的厚度，使其更加平整，让溶胶前体更好地进入多孔基材内部；另一方面是为了在复合材料表面形成凹陷和/或凸起的纹路。根据生产产品厚度的不同进行调整，压制装置可以将凝胶复合材料的厚度控制在1～15mm。

本发明中多孔基材包括纤维材料或发泡材料，多孔基材可以选用毯或毡的形式。作为优选，所述纤维材料包括玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、碳纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或多种。所述发泡材料包括聚氨酯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃泡沫、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯-乙酸乙烯共聚物、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛中的一种或多种。

本发明中所述溶胶前体含有氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛、甲酚甲醛、聚氰酸酯、聚丙烯酰胺中的一种或多种组分。

本发明中所述干燥处理包括二氧化碳超临界干燥、酒精超临界干燥或常压气体干燥。

本发明中的制备方法还可以包括：在所述干燥处理前或后，通过液相或气相改性剂对凝胶复合材料或气凝胶复合材料进行表面修饰处理。例如可以采用六甲基二硅氮烷，三甲基氯硅烷，三甲基乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷等含活性基团的有机硅化合物对复合材料进行表面修饰，实现复合材料的疏水化处理。

本发明中的制备方法还可以包括：在所述干燥处理前对凝胶复合材料进行老化处理。即通过加温和延长静置时间，以获得更高的凝胶强度，加温和延长静置时间取决于先前凝胶的强度、密度等情况。

本发明中的制备方法还可以包括：在所述凝胶化形成凝胶复合材料后进行溶剂置换。如果溶胶中含有大量水份，在凝胶后，则需要进行适当的溶剂置换，以减少干燥前复合材料中的水含量。溶剂可以选择乙醇、甲醇、丙酮等常用的有机溶剂。

本发明中压制工艺采用机械结构对复合材料进行挤压，一方面控制复合材料的厚度，另一方面可以在复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路。作为优选，所述机械结构对复合材料进行压制时，停留时间控制在2～120min。进一步优选为20～40min，合理地控制压制停留时间用于形成稳定、完整的纹路。

作为优选，所述压制采用带有相应纹路的平面或箱体压制机构。通过在压制机构与复合材料的接触面上设置相应的纹路，便可以实现纹路的压制。

作为其中一种优选，所述的气凝胶复合材料的制备方法包括：

1)将多孔基材平铺于模具上，将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

2)采用压制机构对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；所述压制机构包括：带有相应纹路的平面压制机构、箱体压制机构或辊筒压制机构；

3)将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理。

3)将凝胶复合材料剪切后进行干燥处理。

作为进一步优选，所述模具和/或压制机构具有加热功能。

作为优选，所述压制采用带有相应纹路的辊筒压制机构，或者采用带有相应纹路的辊筒与履带组合的压制机构。通过在压制机构与复合材料的接触面上设置相应的纹路，便可以实现纹路的压制。

1)将多孔基材设置在履带上，随着履带移动，并将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

2)采用履带与辊筒压制机构对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；

3)将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理。

作为优选，所述辊筒压制机构包括若干个辊筒，在多孔基材移动的方向上依次设置。若干个辊筒可以交错设置在多孔基材移动方向上的两侧面，也可以设置在同一个侧面上。

作为优选，所述辊筒压制机构具有加热功能。通过滚筒加热的方式，有效加热区域的长度是直线型加热长度的π/2倍，可以有效缩短加热装置的空间占用。

作为优选，所述履带和/或辊筒压制机构与多孔基材相接触的面上设有相应的压制纹路。

将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

对浸润吸收后的多孔基材进行压制并控制厚度，并凝胶化形成凝胶复合材料；

对凝胶复合材料进行干燥处理。

根据生产产品厚度的不同进行调整，压制装置可以将凝胶复合材料的厚度控制在1～15mm。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明提供了一种生产气凝胶复合材料的的工艺，压制时在凝胶复合材料表面形成具有凹陷和/或凸起的纹路，避免在后续工艺处理时使用隔层，减少了工艺成本，且省去了隔层加入与去除的步骤，简化工艺，提高了产品的整体厚度均匀性。

附图说明

图1为气凝胶复合材料的制备装置进行压制工艺时的示意图；

图2为气凝胶复合材料的制备装置进行喷涂工艺时的示意图；

图3为气凝胶复合材料的制备装置进行另一种压制工艺时的示意图；

图4为气凝胶复合材料的制备装置进行打卷工艺时的示意图；

图5为气凝胶复合材料的制备装置进行连续生产的示意图；

图6为实施例中纹路的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明不限于以下的实施方式。

根据本发明的一个实施方式，如图1～2，气凝胶复合材料的制备装置包括长条形模具1、模具1上部的压制机构3以及溶胶喷头4。

本实施例中的模具1的形状可以根据实际生产需要进行调整。本实施例中模具1的上表面为工作面，可设置挡边，起到防止液体过量溢流的作用。模具1的宽度、长度、挡边高度视具体需求而定，宽度可达2m，优选0.5～1.6m，长度可达50m以上，优选20～40m，挡边高度可达100mm以上，优选0.1～50mm。

本实施例中的压制机构3采用平面压制机构，平面压制机构的压制面上设有相应凹陷和/或凸起的纹路。当然平面压制机构也可以换成箱体压制机构或辊筒压制机构。平面压制机构或箱体压制机构通过垂直移动对多孔基材2进行压制，而辊筒压制机构可以沿着多孔基材2的长度方向来回滚动进行压制，均可以实现纹路的压制。此外，如图3所示，压制机构3也可以由辊筒5与履带6组成，若干的辊筒5沿着多孔基材2的长度方向依次设置，辊筒5带动履带6运动，履带6上设有相应凹陷和/或凸起的纹路。

本实施例中的溶胶喷头4可以沿着多孔基材2的长度方向移动，将溶胶前体均匀地喷淋在多孔基材2上。溶胶喷头4可以采用其他的现有的装置，实现溶胶前体均匀喷涂即可，并不做特殊要求。

本实施例中制备气凝胶复合材料卷材的方法包括：

1)如图2所示，将多孔基材2平铺于模具1上，将溶胶前体通过溶胶喷头4注入到多孔基材2上浸润吸收；

2)如图1所示，采用压制机构3对浸润吸收后的多孔基材2进行压制，压制时凝胶化形成凝胶复合材料；由于压制机构3的压制面上设有相应凹陷和/或凸起的纹路，使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；

3)如图4所示，将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理，即可得到气凝胶复合材料卷材。

本实施例中压制时在凝胶复合材料表面形成具有凹陷和/或凸起的纹路，避免在后续工艺处理时使用隔层，减少了工艺成本，且省去了隔层加入与去除的步骤，简化工艺。

本实施例中制备气凝胶复合材料片材的方法包括：

1)将多孔基材2平铺于模具1上，将溶胶前体通过溶胶喷头4注入到多孔基材2上浸润吸收；

2)采用压制机构3对浸润吸收后的多孔基材2进行压制，压制时凝胶化形成凝胶复合材料；由于压制机构3的压制面上设有相应凹陷和/或凸起的纹路，使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；

3)根据产品尺寸要求对凝胶复合材料进行剪切，之后干燥处理，即可得到气凝胶复合材料片材。

上述的两个种实施方式中模具和/或压制机构可以具有加热功能，加热温度控制在40～90℃，优选为50～70℃。

根据本发明的一个实施方式，如图5所示，气凝胶复合材料卷材的连续生产设备包括：辊筒组、履带6及溶胶喷头4组成。其中，辊筒组包括第一辊筒7，第二辊筒8，第三辊筒9，第四辊筒10，第五辊筒11以及第六辊筒12。履带6分别由第二辊筒8、第三辊筒9、第四辊筒10和第五辊筒11驱动。第六辊筒12和/或第一辊筒7上设有相应凹陷和/或凸起的纹路，当然也可以在履带6表面上设置相应凹陷和/或凸起的纹路。

本实施例中气凝胶复合材料卷材的连续生产方法包括：

1)将多孔基材2设置在履带6上，多孔基材2随着履带6移动，并将溶胶前体通过溶胶喷头4注入到多孔基材2上浸润吸收；

2)采用履带6与辊筒组对浸润吸收后的多孔基材2进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；由于履带6和/或辊筒组的压制面上设有相应凹陷和/或凸起的纹路，使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；

3)将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理，即可得到气凝胶复合材料卷材。

本实施例中辊筒压制机构可以具有加热功能。通过滚筒加热的方式，有效加热区域的长度是直线型加热长度的π/2倍，可以有效缩短加热装置的空间占用。

本实施例中压制工艺将凝胶复合材料的厚度控制在1～15mm。

本实施例中多孔基材2可以选用纤维材料或发泡材料，以毯或毡的形式平铺于模具1上。纤维材料可以选择玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、碳纤维、黏胶纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或多种。发泡材料可以选择聚氨酯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃泡沫、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯-乙酸乙烯共聚物、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛中的一种或多种。

本实施例中溶胶前体含有氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛、甲酚甲醛、聚氰酸酯、聚丙烯酰胺中的一种或多种组分，用于制备各种气凝胶材料。例如可以选硅溶胶前体，即为二氧化硅溶胶。

当在制备二氧化硅气凝胶时，溶胶前体为硅溶胶前体，可以采用现有的工艺和配方进行制备。当然也可以采用如下方式进行配制，用量较大时按比例放大即可：

(1)称取312g的TEOS、1184g的EtOH，127g的H₂O，依次倒入容器中并搅拌直至混合均匀；

(2)量取20mL的盐酸滴入搅拌中的容器，搅拌均匀后静置约1h；

(3)取第二个容器，加入定量的水及氨水，配制成1mol/L的氨水溶液；

(4)量取适量的氨水溶液，倒入第一个容器中，调节混合液pH值至6.5～7.0，混合均匀后得到二氧化硅溶胶。

本实施例中纹路可以为直线，折线、曲线，或者由几条线形成的图案，或者特定的几何图案，或者不规则的几何图案，或者不规则的图案。纹路可以是特定的图案规则或者不规则排列，也可以是不特定的图案规则或者不规则排列，如图6所示。

本实施例中纹路的厚度为凝胶复合材料厚度的1/20～1/4。纹路的厚度是相对于凝胶复合材料来说的，如果是凸起的纹路则是高出凝胶复合材料的距离，如果是凹陷的纹路则嵌入凝胶复合材料的深度。纹路的厚度对于卷材的轴向方向是否可以满足流体扩散运动需求具有重要的影响，选择上述的范围不仅可以保持气凝胶复合材料的强度，也可以保证对流体扩散运动的需求。

本实施例中纹路的总面积占凝胶复合材料被压制表面面积的1/15～2/3。纹路的总面积是指凝胶复合材料上所有纹路的面积之和，包括凹陷的纹路和凸起的纹路。当进行单面压制时，被压制表面是指纹路所在的面；当进行双面压制时，被压制表面是指上下两个面。选择上述的范围不仅可以保持气凝胶复合材料的强度，也可以保证对流体扩散运动的需求。

本实施例中干燥处理包括二氧化碳超临界干燥、酒精超临界干燥或常压气体干燥。常压气体干燥可以在110℃下进行5-10小时或250℃下进行2～4小时；酒精超临界干燥条件为240℃，压力10MPa，时间2～4小时；二氧化碳超临界干燥条件为40℃，压力10MPa，时间6～10小时。

本实施例中制备方法还可以包括：在干燥处理前或后，通过液相或气相改性剂对凝胶复合材料或气凝胶复合材料进行表面修饰处理。例如可以采用六甲基二硅氮烷，三甲基氯硅烷，三甲基乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷等含活性基团的有机硅化合物对复合材料进行表面修饰，实现复合材料的疏水化处理。

本实施例中制备方法还可以包括：在干燥处理前对凝胶复合材料进行老化处理。即通过加温和延长静置时间，以获得更高的凝胶强度，加温和延长静置时间取决于先前凝胶的强度、密度等情况。

本实施例中制备方法还可以包括：在凝胶化形成凝胶复合材料后进行溶剂置换。如果溶胶中含有大量水份，在凝胶后，则需要进行适当的溶剂置换，以减少干燥前复合材料中的水含量。溶剂可以选择乙醇、甲醇、丙酮等常用的有机溶剂。

以下对本发明实施方式的气凝胶复合材料的制备方法进行具体说明。

导热系数测试参照：标准GB/T10295《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》。

厚度测试方法参照：国标GB/T 34336-2017《纳米孔气凝胶复合绝热制品》。

实施例1

多孔基材采用玻璃纤维材料毡，初始高度为12mm，宽度为1.2m，长度为30m。溶胶前体为二氧化硅溶胶。

采用如图1～2所述的装置，将玻璃纤维材料毡平铺于模具1上，将硅凝胶前体通过溶胶喷头4注入到玻璃纤维材料上浸润吸收；利用平面压制机构进行压制，压制厚度控制为10mm，压制的纹路如图6中(2)，压制凸起的纹路，纹路的厚度为1mm，纹路的总面积占复合材料被压制表面面积的1/3；压制时平面压制机构停留30min，使得凝胶化反应完全形成凝胶复合材料；压制完成后继续进行老化5小时，之后将凝胶复合材料打卷，然后进行二氧化碳超临界干燥，最终得到二氧化硅气凝胶卷材。

针对实施例1制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，导热系数达到0.01450～0.0170W/m·K，厚度为10±1mm，厚度均匀性明显高于国标GB/T34336-2017要求。

针对实施例1制备的二氧化硅气凝胶卷材内圈取样，裁切长20cm，宽20cm的样品，测试残留溶剂含量y，具体方法为：将裁下的样品称重，记m₁，然后将样品在温度150℃烘2小时，再称重，记m₂，残留溶剂含量y＝(m₁-m₂)/m₁*100％。该实施例中，卷材样品的残留溶剂含量测试值为1.5％。

实施例2

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，压制的纹路如图6中(5)，压制凸起的纹路，纹路的厚度为0.6mm，纹路的总面积占复合材料被压制表面面积的1/13，压制时平面压制机构停留40min。

针对实施例2制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，其导热系数范围为0.01550～0.01850W/m·K，厚度为10±0.5mm，厚度均匀，符合国标GB/T34336-2017，残余溶剂含量测试值为4.3％。

实施例3

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，压制的纹路如图6中(12)，压制凹陷的纹路，纹路的厚度为1.5mm，纹路的总面积占复合材料被压制表面面积的1/5。

针对实施例2制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，其导热系数达到0.01500～0.01750W/m·K，厚度为10±1mm，符合国标GB/T34336-2017，残留溶剂含量测试值为2.8％。

实施例4

多孔基材采用陶瓷纤维毡，初始高度为8～9mm，宽度为0.9m，长度为35m。溶胶前体为二氧化硅溶胶。

采用如图5所述的装置，将陶瓷纤维材料毡设置在履带上，将硅凝胶前体通过溶胶喷头4注入到陶瓷纤维材料上浸润吸收；利用辊筒压制机构进行压制，压制完成后，凝胶化反应也完全形成凝胶复合材料；压制的纹路如图6中(15)，压制凸起的纹路，纹路的厚度为0.8mm，纹路的总面积占复合材料被压制表面面积的1/7；压制完成后继续进行老化3～4h；然后将凝胶复合材料打卷；之后进行二氧化碳超临界干燥，最终得到二氧化硅气凝胶卷材。

针对实施例4制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测试结果为，该方法制得的材料的导热系数范围为0.01600～0.01850W/m·K，厚度为

残留溶剂含量测试值为3.1％。

实施例5

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，压制的纹路如图6中(18)，压制凹陷的纹路，纹路的厚度为0.8mm，纹路的总面积占复合材料被压制表面面积的1/7.

针对实施例5制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.01600～0.01850W/m·K，厚度为

残留溶剂含量测试值为3.3％。

实施例6

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，多孔基材采用聚酯纤维材料毡。

针对实施例6制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.01400～0.01700W/m·K，厚度为

残留溶剂含量测试值为3.8％。

实施例7

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，多孔基材采用聚氨酯发泡材料毡。

针对实施例7制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.015-0.018W/m·K。厚度为

残留溶剂含量测试值为3.7％。

实施例8

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，没有压制纹路。

针对实施例8制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.019～0.042W/m·K，厚度为7.5～10.5mm，部分没有干燥彻底的材料，收缩明显，卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为12.8％。

实施例9

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，没有压制纹路。

针对实施例9制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.018～0.033W/m·K，厚度为6.8～8.5mm，部分没有干燥彻底的材料，收缩明显，卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为9.5％。

对比例1

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，没有进行压制。

针对对比例1制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，对比例1材料的导热系数波动大，导热系数范围0.0210～0.0460W/m·K，厚度为9～13mm。流体通道不足，材料大面积区域没有干燥彻底，导致材料性能不稳定，产品不合格。缺少压制环节，材料表面凹凸不均匀，厚度偏差大，卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为15.4％。

对比例2

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，不同之处在于，没有进行压制。

针对对比例2制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，对比例2的测试结果导热率为0.01862～0.02665W/m·K，厚度为7.3～11mm。对比例2与实施例4相比，导热系数偏高，部分材料干燥不完全，产品不合格。缺少压制环节，厚度均匀性差，卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为8.5％。

对比例3

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，压制的纹路如图6中(2)，压制凸起的纹路，不同之处在于，纹路的厚度为0.2mm。

针对对比例3制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.0160～0.0230W/m·K，厚度为

卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为5.1％。

对比例4

以与实施例1相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，压制的纹路如图6中(2)，压制凸起的纹路，不同之处在于，纹路的总面积占凝胶复合材料被压制表面面积的1/20。

针对对比例4制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，测得的导热系数范围为0.0170～0.0280W/m·K，厚度为

卷材内圈裁样，测得的残留溶剂含量为7.6％。

对比例5

以与实施例4相同的方式制造二氧化硅气凝胶卷材，压制的纹路如图6中(15)，压制凸起的纹路，不同之处在于，纹路的厚度为0.3mm。

针对对比例5制备的二氧化硅气凝胶卷材进行测试，该方法制得的材料的导热系数范围为0.01700～0.01950W/m·K，厚度为

卷材内圈裁样，残留溶剂含量测试值为3.5％。

Claims

1.气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；所述压制将凝胶复合材料的厚度控制在1~15 mm；

对凝胶复合材料进行干燥处理；

所述纹路的厚度为凝胶复合材料厚度的1/20~1/4；

所述纹路的总面积占凝胶复合材料被压制表面面积的1/15~2/3。

2.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述纹路为线条型纹路和/或网格型纹路。

3.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述多孔基材包括纤维材料或发泡材料。

4.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶胶前体含有氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛、甲酚甲醛、聚氰酸酯、聚丙烯酰胺中的一种或多种组分。

5.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述干燥处理包括二氧化碳超临界干燥、酒精超临界干燥或常压气体干燥。

6.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括在所述干燥处理前或后，通过液相或气相改性剂对凝胶复合材料或气凝胶复合材料进行表面修饰处理。

7.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括在所述干燥处理前对凝胶复合材料进行老化处理。

8.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括在所述凝胶化形成凝胶复合材料后进行溶剂置换。

9.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述压制采用带有相应纹路的平面或箱体压制机构。

10.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

1）将多孔基材平铺于模具上，将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

2）采用压制机构对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；所述压制机构包括：带有相应纹路的平面压制机构、箱体压制机构或辊筒压制机构；

3）将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理。

11.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

3）将凝胶复合材料剪切后进行干燥处理。

12.根据权利要求10或11所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述模具和/或压制机构具有加热功能。

13.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述压制采用带有相应纹路的辊筒压制机构，或者采用带有相应纹路的辊筒与履带组合的压制机构。

14.根据权利要求1所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

1）将多孔基材设置在履带上，随着履带移动，并将溶胶前体注入到多孔基材上浸润吸收；

2）采用履带与辊筒压制机构对浸润吸收后的多孔基材进行压制，并凝胶化形成凝胶复合材料；所述压制还使得凝胶复合材料的表面形成凹陷和/或凸起的纹路；

3）将凝胶复合材料打卷后进行干燥处理。

15.根据权利要求14所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述辊筒压制机构包括若干个辊筒，在多孔基材移动的方向上依次设置。

16.根据权利要求14所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述辊筒压制机构具有加热功能。

17.根据权利要求14所述的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述履带和/或辊筒压制机构与多孔基材相接触的面上设有相应的压制纹路。