CN111042360A - 气凝胶保温板的制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑保温材料领域，特别是涉及一种气凝胶保温板的制备装置及方法。制备装置包括底板、侧板以及顶板；侧板围设在底板的周向，顶板盖设在侧板的顶部以与底板以及侧板围设形成密闭空间；底板由导热材料制成，侧板和/或顶板由保温材料制成。该制备装置通过设置底板、侧板以及顶板，并通过调整侧板、顶板相对于底板的位置，能够保证制备的气凝胶保温板形状规整，可进行不同尺寸、不同形式的拼接，以适应不同应用需求。此外，由于使用了底板作为冷源的输入端，使得该制备装置可在冷源分布均匀的制冷设备中进行各项异性气凝胶保温板的制备，进而能够解决现有技术中定向制备气凝胶保温板时，对外界冷冻条件要求苛刻的问题。

Description

气凝胶保温板的制备装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑保温材料领域，特别是涉及一种气凝胶保温板的制备装置及方法。
背景技术
气凝胶是一种具有纳米级孔隙结构的固体材料，其具有质轻、密度低、孔隙率高以及保温效果好等优良特性，在冷链运输、建筑保温、电器高效节能等领域有广阔的应用前景。
然而，气凝胶材料的无序孔隙结构虽具备良好的保温性能，但在实际应用时，其无法适应不同领域的应用需求从而限制了其发展。例如，在建筑保温领域，保温材料一方面需要具有良好的隔热能力，另一方面还需要一定力学强度和一定的压缩回弹能力；在电器节能领域，保温材料需要良好的柔韧性以对形态各异器件的包覆。这就需要对气凝胶的结构进行调控来达到目的。
定向冷冻干燥技术是一种获得多孔有序气凝胶结构的常用方法，通过调控温度梯度使冰晶单向生长，将分散在溶剂中的固体颗粒挤压到溶剂晶体间，从而使干燥后的气凝胶得到有序的、有取向的多孔结构。
现有技术中常用的方式是通过将聚酰亚胺水凝胶单面接触液氮使冰晶单向生长以达到单向冷冻的目的；或通过楔形模块调控使冰晶在径向和轴向生长以达到双向冷冻的目的，实现了气凝胶结构调控的目的。
但是，上述方法只适用于液氮等小范围冷源和较大温度差的情况，在内部温度分布均匀的大范围冷源和较小温差的情况下并不适用，冷冻条件苛刻，难以实现实际生产和应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气凝胶保温板的制备装置，可在冷源分布均匀的制冷设备中进行各项异性气凝胶保温板的制备。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种气凝胶保温板的制备装置，包括底板、侧板以及顶板；所述侧板围设在所述底板的周向，所述顶板盖设在所述侧板的顶部以与所述底板以及所述侧板围设形成密闭空间；所述底板由导热材料制成，所述侧板和/或所述顶板由保温材料制成。
进一步地，所述顶板上设置有至少一个溢流孔。
进一步地，还包括隔板，所述隔板设置在所述密闭空间内以将所述密闭空间分隔成至少两个密闭空间。
进一步地，所述底板与冷源接触。
进一步地，所述隔板与所述侧板和/或相邻两个所述侧板之间通过紧固件可拆卸地连接。
根据本发明的另一方面，还提供一种气凝胶保温板的制备方法，所述制备方法通过如前所述的气凝胶保温板的制备装置实现，包括如下步骤：将所述侧板围设在所述底板的周向形成围设空间，将纤维素溶胶注入所述围设空间中；将所述顶板盖设在所述侧板的顶部形成所述制备装置；将所述制备装置置于冷冻装置中；经过第一预制时间后将所述制备装置转置于真空冷冻干燥装置中第二预制时间。
进一步地，注入的所述纤维素溶胶的体积大于或等于所述围设空间的体积的80％。
进一步地，所述冷冻装置中的温度小于或等于负20度；所述真空冷冻干燥装置中的温度小于或等于负40度，压强大于0.6帕斯卡且小于1帕斯卡。
进一步地，所述第一预制时间的取值范围为20分钟至6小时；所述第二预制时间的取值范围为大于或等于36小时。
进一步地，所述顶板上设置有至少一个溢流孔，在所述将所述顶板盖设在所述侧板的顶部形成所述制备装置的步骤之后，还包括如下步骤：将多余的所述纤维素溶胶由至少一个所述溢流孔排出并回收。
本发明提供的气凝胶保温板的制备装置，通过设置底板、侧板以及顶板，并通过调整侧板、顶板相对于底板的位置，能够保证制备的气凝胶保温板形状规整，可进行不同尺寸、不同形式的拼接，以适应不同应用需求。此外，由于使用了底板作为冷源的输入端，使得该制备装置可在冷源分布均匀的制冷设备中进行各项异性气凝胶保温板的制备，进而能够解决现有技术中定向制备气凝胶保温板时，对外界冷冻条件要求苛刻的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种气凝胶保温板的制备装置的示意性结构图；
图2为本发明实施例提供的另一种气凝胶保温板的制备装置的示意性结构图；
图3为本发明实施例提供的气凝胶保温板的一种拼接方式的示意性结构图；
图4为本发明实施例提供的气凝胶保温板的另一种拼接方式的示意性结构图。
附图标号说明：
100、底板；102、侧板；104、顶板；106、溢流孔；108、隔板；110、紧固件；112、固定块；114、通道结构。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
参见图1，本发明实施例提供一种气凝胶保温板的制备装置，包括底板100、侧板102以及顶板104；侧板102围设在底板100的周向，顶板104盖设在侧板102的顶部以与底板100以及侧板102围设形成密闭空间；底板100由导热材料制成，侧板102和/或顶板104由保温材料制成。
本发明提供的气凝胶保温板的制备装置，通过设置底板100、侧板102以及顶板104，并通过调整侧板102、顶板104相对于底板100的位置，能够保证制备的气凝胶保温板形状规整，可进行不同尺寸、不同形式的拼接，以适应不同应用需求。此外，由于使用了底板100作为冷源的输入端，使得该制备装置可在冷源分布均匀的制冷设备中进行各项异性气凝胶保温板的制备，进而能够解决现有技术中定向制备气凝胶保温板时，对外界冷冻条件要求苛刻的问题。
具体来说，参见图1和图2，底板100设置在底座上。本实施例中的底板100作为冷源的输入端，例如，可将该制备装置置于冰箱中，这样一来，在冰箱这一冷源分布均匀的制冷设备中，底板100就能够将冰箱中的冷量吸收并传递给该制备装置，使得其中的纤维素溶胶受冷形成气凝胶保温板。由此，本实施例中的底板100是由导热材料制成的，例如铜、铝等材质。
侧板102围设在底板100的周向，以与底板100配合形成一个顶部开口的容纳空间，由此，便可以向该容纳空间内注入纤维素溶胶。
为了保证注入前述容纳空间内的纤维素溶胶能够更好的与侧板102、底板100贴合以形成外表面平整的气凝胶保温板，该制备装置还包括顶板104。顶板104盖设在侧板102的顶板104上，这样一来，底板100、侧板102以及顶板104就形成了一个完整的密闭空间，进而能够保证在前述的密闭空间中形成的气凝胶保温板的外表面的平整。
由此，为了防止前述的密闭空间中的冷量流失，本实施例中的顶板104和/或侧板102是由保温材料制成的。优选地，顶板104以及侧板102均是由保温材料制成的。例如，聚四氟乙烯等材料。此外，使用聚四氟乙烯等材料制成顶板104和侧板102，还使得顶板104和侧板102具有良好的耐低温、耐腐蚀性能，而且，聚四氟乙烯这种材料还具有不沾性，具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质。这就使得在将气凝胶保温板从前述的密闭空间中脱出时，气凝胶保温板并不会与顶板104好侧板102发生粘连。
下面，以本发明实施例提供的制备装置分别制备两种规格的气凝胶保温板为例。
规格一：
如图1所示，在这种实施方式中，底板100与侧板102、顶板104拼接完成后，形成的制备装置的长度为10厘米，宽度为10厘米，高度为1.5厘米。其中，高度1.5里面中预留有0.5厘米的过盈量，这样设置的目的在于保证气凝胶保温板在高度方向上具有0.5厘米的弹性形变量，使得气凝胶保温板能够更好地与底板100、侧板102贴合。
如图3所示，通过该规格能够制备在竖直方向上的通道结构114相对较长的气凝胶保温板。
规格二：
如图2所示，在这种实施方式中，底板100与侧板102、顶板104拼接完成后，形成的制备装置的长度为1.5厘米，宽度为10厘米，高度为10厘米。其中，长度1.5里面中预留有0.5厘米的过盈量，这样设置的目的在于保证气凝胶保温板在长度方向上具有0.5厘米的弹性形变量，使得气凝胶保温板能够更好地与建筑墙体夹板贴合。
如图4所示，通过该规格能够制备在竖直方向上的通道结构114相对较短的气凝胶保温板。
参见图1和图2，在顶板104上设置有至少一个溢流孔106。通过在顶板104上设置至少一个溢流孔106，在向其中注入纤维素溶胶时，再将顶板104压紧在纤维素溶胶上时，能够将多余的纤维素溶胶从溢流孔106中排出，进而对该部分的纤维素溶胶进行收集以备再次利用。
进一步地，还包括隔板108，隔板108设置在密闭空间内以将密闭空间分隔成至少两个密闭空间。如图2所示，相应的，在底板100上设置有用以固定隔板108的固定块112。其中，隔板108与侧板102的宽度、高度相等，这样一来，就能够在前述的密封空间形成多个相互独立的空间，进而能够在一次制备过程中，同时生成多个气凝胶保温板。
此外，当隔板108为多个时，相邻连个隔板108之间的间距可以相等或不等，这样可以同时制备出等厚或不等厚的气凝胶保温板。
进一步地，隔板108与侧板102和/或相邻两个侧板102之间通过紧固件110可拆卸地连接。
参见图1和图2，隔板108与侧板102之间、以及相邻两个侧板102之间均是通过螺钉连接的。通过将隔板108与侧板102、相邻侧板102之间设置成可拆卸地连接方式，保证了该制备装置的结构尺寸灵活可调，便于使用者针对不同规格的气凝胶保温板相应的调整不同规格的侧板102、隔板108。
根据本发明的另一方面，还提供一种气凝胶保温板的制备方法，制备方法通过如前述的气凝胶保温板的制备装置实现，包括如下步骤：
S01、将侧板102围设在底板100的周向形成围设空间，将纤维素溶胶注入围设空间中；
在这一步骤中，首先将侧板102通过螺钉相互连接，再将侧板102固定到底板100上形成围设空间，然后将纤维素溶胶注入到该围设空间内；
需要说明的是，在这一步骤中，注入的纤维素溶胶的体积应当大于或等于围设空间的体积的80％，防止样品不能接触到顶板104，影响气凝胶保温板的塑型效果。
S02、将顶板104盖设在侧板102的顶部形成制备装置；
在这一步骤中，将顶板104盖设在侧板102的顶部以将纤维素溶胶压实在密闭空间内；
此外，在这一步骤中，还需要将多余的纤维素溶胶由顶板104上的溢流孔106排出并回收；换而言之，当有纤维素溶胶从溢流孔106内流出时，说明该密闭空间内的纤维素溶胶已经被压实；
S03、将制备装置置于冷冻装置中第一预制时间；
在这一步骤中，将制备装置置于冷冻装置中，例如冰箱中；
此外，这一步骤中，冷冻装置中的温度需要维持在小于或等于负20度之下，而且在冷冻过程中，需要保证冰箱中的环境温度恒定；
其中，第一预制时间的取值范围为20分钟至6小时；
相应的，以前述的两种规格的为例，针对第一种规格的制备装置，第一预制时间的取值范围为20分钟至40分钟；针对第二种规格的制备装置，第一预制时间的取值范围为4小时制6小时；换而言之，制备的气凝胶保温板的高度差越大，冷冻时间越长。
S04、经过第一预制时间后将制备装置转置于真空冷冻干燥装置中第二预制时间。
在这一步骤中，主要的作用在于：将冻结的纤维素溶胶升华除去，以减小表面毛细管张力，达到保证气凝胶保温板结构的完整。此外，真空冷冻干燥装置的温度需要维持在负40度之下，而且需要维持真空冷冻干燥装置内的压强处于大于0.6帕斯卡且小于1帕斯卡这一区间内；第二预制时间的取值范围大于或等于36小时。
需要说明的是，在这一步骤，针对不同规格的制备装置的冷冻干燥条件以及第二预制时间是相同的。
上述两种规格的气凝胶保温板经过上述制备方式制备后分别具有如下保温性能：
规格一：
沿厚度方向的导热系数为：0.076W/m·K，沿长度方向导热系数为：0.018W/m·K。
规格二：
沿厚度方向的导热系数为：0.035W/m·K，沿长度方向导热系数为：0.030W/m·K。
在制备完气凝胶保温板后，可以通过以下两种方式来完成对气凝胶保温板的拼接：
方式一：
如图3所示，气凝胶保温板中的通道结构114平行于气凝胶保温板的厚度方向；在这种拼接方式中，保温性能较优，但力学性能相对较弱。
方式二：
如图4所示，凝胶保温板中的通道结构114垂直于气凝胶保温板的厚度方向；在这种拼接方式中，力学性能相对较优，但保温性能相对较弱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气凝胶保温板的制备装置，其特征在于，包括底板(100)、侧板(102)以及顶板(104)；
所述侧板(102)围设在所述底板(100)的周向，所述顶板(104)盖设在所述侧板(102)的顶部以与所述底板(100)以及所述侧板(102)围设形成密闭空间；
所述底板(100)由导热材料制成，所述侧板(102)和/或所述顶板(104)由保温材料制成。
2.根据权利要求1所述的气凝胶保温板的制备装置，其特征在于，所述顶板(104)上设置有至少一个溢流孔(106)。
3.根据权利要求1所述的气凝胶保温板的制备装置，其特征在于，还包括隔板(108)，所述隔板(108)设置在所述密闭空间内以将所述密闭空间分隔成至少两个密闭空间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气凝胶保温板的制备装置，其特征在于，所述底板(100)与冷源接触。
5.根据权利要求3所述的气凝胶保温板的制备装置，其特征在于，所述隔板(108)与所述侧板(102)和/或相邻两个所述侧板(102)之间通过紧固件(110)可拆卸地连接。
6.一种气凝胶保温板的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过如权利要求1至5中任一项所述的气凝胶保温板的制备装置实现，包括如下步骤：
将所述侧板(102)围设在所述底板(100)的周向形成围设空间，
将纤维素溶胶注入所述围设空间中；
将所述顶板(104)盖设在所述侧板(102)的顶部形成所述制备装置；
将所述制备装置置于冷冻装置中；
经过第一预制时间后将所述制备装置转置于真空冷冻干燥装置中第二预制时间。
7.根据权利要求6所述的气凝胶保温板的制备方法，其特征在于，注入的所述纤维素溶胶的体积大于或等于所述围设空间的体积的80％。
8.根据权利要求6所述的气凝胶保温板的制备方法，其特征在于，所述冷冻装置中的温度小于或等于负20度；所述真空冷冻干燥装置中的温度小于或等于负40度，压强大于0.6帕斯卡且小于1帕斯卡。
9.根据权利要求6所述的气凝胶保温板的制备方法，其特征在于，所述第一预制时间的取值范围为20分钟至6小时；所述第二预制时间的取值范围为大于或等于36小时。
10.根据权利要求6所述的气凝胶保温板的制备方法，其特征在于，所述顶板(104)上设置有至少一个溢流孔(106)，在所述将所述顶板(104)盖设在所述侧板(102)的顶部形成所述制备装置的步骤之后，还包括如下步骤：
将多余的所述纤维素溶胶由至少一个所述溢流孔(106)排出并回收。
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