CN111635172A - 一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法及装置 - Google Patents

一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，属于隔热材料制备技术领域，包括：将硅前驱体、醇溶剂和水混合，在催化剂作用下于溶胶制备装置中制得硅溶胶，将纤维毡安装于自动收放卷传输装置上；所述硅溶胶通过自动复合装置均匀喷注入纤维毡的孔隙中，得到纤维/硅溶胶复合材料；所述纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后形成凝胶体，干燥后得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。该方法实现了不同材质、不同厚度、不同幅宽纤维毡与硅溶胶的均匀复合，减少了溶胶的浪费，降低了生产成本。本发明还提供了一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置。

Description

一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合 成型的方法及装置
技术领域
本发明属于隔热材料制备技术领域，涉及一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法及装置。
背景技术
二氧化硅气凝胶是一种具有纳米多孔轻质材料，具有优良的隔热性能。与传统保温隔热材料相比，具有密度小、导热系数低、耐热阻燃性好、疏水性能好、使用寿命长、施工和维护便捷等特点，最近几年二氧化硅气凝胶隔热材料在各个领域应用正呈快速扩展趋势。在二氧化硅气凝胶隔热材料的自动化大批量生产中，如何能够实现纤维和溶胶可控式地均匀复合成型，是最终得到均匀气凝胶隔热材料产品的关键核心技术保障。现有的二氧化硅气凝胶隔热材料生产工艺，通常采用将纤维毡浸入硅溶胶内的方式，无法控制复合材料中的气凝胶含量，易造成溶胶的浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，该方法实现了不同材质、不同厚度、不同幅宽纤维毡与硅溶胶的均匀复合，有效控制复合材料中的气凝胶含量，减少了溶胶的浪费，降低了生产成本。
本发明还提供了一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，包括：
将硅前驱体、醇溶剂和水混合，在催化剂一作用下于溶胶制备装置中搅拌2h以上后，再加入催化剂二反应制得硅溶胶，将纤维毡安装于自动收放卷传输装置上；
所述硅溶胶通过自动复合装置均匀喷注入纤维毡的孔隙中，得到纤维/硅溶胶复合材料；
所述纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后形成凝胶体，干燥后得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。
进一步的，所述硅前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧硅烷、甲基三乙氧硅烷、二甲基二甲氧硅烷、二甲基二乙氧硅烷、三甲基甲氧硅烷和三甲基乙氧硅烷中的任意一种或多种混合，所述醇溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种混合。
进一步的，所述硅前驱体、醇溶剂和水的质量比为1∶0.8～15∶0.25～0.6，所述催化剂一为盐酸、硝酸、醋酸和草酸中任意一种，所述催化剂二为氨水。
进一步的，所述纤维毡为无碱纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、石英纤维、高硅纤维、高硅氧纤维和氧化铝纤维中的一种或多种混合纤维，纤维毡幅宽为200～2500mm；所述自动收放卷传输装置的收卷速度为0.01～5m/min。
进一步的，所述硅溶胶的注胶量为纤维毡孔隙中饱和含胶量的50％～100％，所述自动复合装置的硅溶胶喷注方式包括单面喷注和双面喷注，纤维毡厚度＜12mm时采用单面喷注，纤维毡厚度为8～25mm则采用双面喷注。
进一步的，所述纤维/硅溶胶复合材料的干燥工艺采用常压干燥、醇类超临界干燥和二氧化碳超临界干燥中的任意一种。
一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，包括溶胶制备装置、自动收放卷传输装置和自动复合装置，所述溶胶制备装置用于制备和储存硅溶胶，自动收放卷传输装置用于安装和传送纤维毡，所述自动复合装置包括自动供胶系统和喷注机构，自动供胶系统分别与溶胶制备装置和喷注机构相连，喷注机构上设有喷头，所述自动收放卷传输装置上的纤维毡穿过喷注机构，喷注机构的喷头设置在纤维毡的一侧或两侧，溶胶制备装置中的硅溶胶在自动供胶系统驱动下从喷头喷注在纤维毡上。
进一步的，所述自动收放卷传输装置包括两根圆辊和数根导向辊，所述纤维毡安装在两根圆辊上并通过圆辊驱动和传送，数根导向辊设置于两根圆辊之间，所述圆辊与导向辊相互平行。
进一步的，所述自动复合装置设置于纤维毡上方，自动复合装置的喷注机构包括一个或多个喷头，喷头向下对准纤维毡表面，所述导向辊为两根且二者高度一致，两根导向辊分别设置在喷头下方两侧并使纤维毡水平通过喷头下方。
或者，所述喷注机构包括两块竖直的空心板和数个喷头，空心板顶部与自动供胶系统连通，数个喷头水平连接在两块空心板的内侧面，在单侧空心板上开设有一个水平的条形孔，条形孔宽度大于纤维毡宽度，所述纤维毡向上竖直穿过两块空心板的喷头间隙后从条形孔水平穿出喷注机构。
进一步的，所述喷头连接在空心板的中部和下部，所述条形孔高度大于喷头高度，所述纤维毡在喷注机构内的形状及走向通过数个导向辊调整。
进一步的，所述喷头喷出的液面呈扇形，扇形喷射角为10°～80°；喷射压力为0.1～0.6MPa；喷头距纤维毡表面距离为10～100mm。
进一步的，所述自动供胶系统包括储液箱和流量泵，所述自动收放卷传输装置的收卷速度及流量泵均通过一个控制器控制运行。
本发明中，采用的流量泵，控制器，溶胶制备装置，自动收放卷传输装置均为现有结构或设备，其结构和工作原理在此不再详述。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，采用硅溶胶喷注纤维毡的方式，实现不同材质、不同厚度、不同幅宽纤维毡与硅溶胶的均匀复合，凝胶后，进行干燥，得到均匀的纤维增强气凝胶复合材料，同时减少了溶胶的浪费，降低了生产成本。
2.本发明一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，采用自动收放卷传输装置传送纤维毡，纤维毡经过自动复合装置，自动复合装置内的喷注机构采用单面或双面喷注方式将硅溶胶喷涂在纤维毡内，通过调节自动收放卷传输装置的传输速度及喷头喷射角、喷头高度、喷射压力即可控制注胶量，实现不同材质、不同厚度、不同幅宽纤维毡与硅溶胶的均匀复合，减少了溶胶的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置示意图；
图2是本发明实施例1的自动复合装置示意图；
图3是本发明实施例2的自动复合装置示意图。
图中：1-溶胶制备装置，2-自动收放卷传输装置，21-圆辊，22-导向辊，3-自动复合装置，31-自动供胶系统，32-喷注机构，33-喷头，34-空心板，35-条形孔，4-纤维毡，5-控制器。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
为了减少对溶胶的浪费，达到根据需要调节复合材料溶胶含量，提高纤维毡与硅溶胶的复合均匀度，本发明提供一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法及装置，采用单面或双面喷涂的方式，可通过纤维毡收放卷速度、喷射压力、喷头喷射角及喷头高度、喷头运行速度的协调控制，实现不同材质、不同厚度、不同幅宽纤维毡与硅溶胶的均匀复合，操作简单方便，凝胶后，进行干燥，得到均匀的纤维增强气凝胶复合材料，同时减少了溶胶的浪费，降低了生产成本。
下面将结合实施例对本申请一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法及装置进行详细说明。
实施例1
一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，包括溶胶制备装置1、自动收放卷传输装置2和自动复合装置3，所述溶胶制备装置1用于制备和储存硅溶胶，自动收放卷传输装置2用于安装和传送纤维毡4，所述自动复合装置3包括自动供胶系统31和喷注机构32，自动供胶系统31分别与溶胶制备装置1和喷注机构32相连，喷注机构32上设有喷头33，所述自动收放卷传输装置2上的纤维毡4穿过喷注机构32，喷注机构32的喷头33设置在纤维毡4的一侧或两侧，溶胶制备装置1中的硅溶胶在自动供胶系统31驱动下从喷头33喷注在纤维毡4上。
进一步的，所述自动收放卷传输装置2包括两根圆辊21和数根导向辊22，所述纤维毡4安装在两根圆辊21上并通过圆辊21驱动和传送，数根导向辊22设置于两根圆辊21之间，所述圆辊21与导向辊22相互平行。
进一步的，所述自动复合装置3设置于纤维毡4上方，自动复合装置3的喷注机构32包括一个或多个喷头33，喷头33向下对准纤维毡4表面，所述导向辊22为两根且二者高度一致，两根导向辊22分别设置在喷头33下方两侧并使纤维毡4水平通过喷头33下方。
进一步的，所述喷头33喷出的液面呈扇形，扇形喷射角为10°～80°；喷射压力为0.1～0.6MPa；喷头33距纤维毡4表面距离为10～100mm。
进一步的，所述自动供胶系统31包括储液箱和流量泵，所述自动收放卷传输装置2的收卷速度及流量泵均通过一个控制器5控制运行。
实施例2
一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，包括溶胶制备装置1、自动收放卷传输装置2和自动复合装置3，所述溶胶制备装置1用于制备和储存硅溶胶，自动收放卷传输装置2用于安装和传送纤维毡4，所述自动复合装置3包括自动供胶系统31和喷注机构32，自动供胶系统31分别与溶胶制备装置1和喷注装置相连，喷注机构32上设有喷头33，所述自动收放卷传输装置2上的纤维毡4穿过喷注机构32，喷注机构32的喷头33设置在纤维毡4的一侧或两侧，溶胶制备装置1中的硅溶胶在自动供胶系统31驱动下从喷头33喷注在纤维毡4上。
进一步的，所述自动收放卷传输装置2包括两根圆辊21和数根导向辊22，所述纤维毡4安装在两根圆辊21上并通过圆辊21驱动和传送，数根导向辊22设置于两根圆辊21之间，所述圆辊21与导向辊22相互平行。
进一步的，所述喷注机构32包括两块竖直的空心板34和数个喷头33，空心板34顶部与自动供胶系统31连通，数个喷头33水平连接在两块空心板34的内侧面，在单侧空心板34上开设有一个水平的条形孔35，条形孔35宽度大于纤维毡4宽度，所述纤维毡4向上竖直穿过两块空心板34的喷头33间隙后从条形孔35水平穿出喷注机构32。
进一步的，所述喷头33连接在空心板34的中部和下部，所述条形孔高度大于喷头33高度，所述纤维毡4在喷注机构32内的形状及走向通过数个导向辊22调整。
进一步的，所述喷头33喷出的液面呈扇形，扇形喷射角为10°～80°；喷射压力为0.1～0.6MPa；喷头33距纤维毡4表面距离为10～100mm。
进一步的，所述自动供胶系统31包括储液箱和流量泵，所述自动收放卷传输装置2的收卷速度及流量泵均通过一个控制器5控制运行。
实施例3
将正硅酸乙酯、乙醇和水按比例1∶12∶0.5混合，总计500kg，加入35ml盐酸催化剂，在溶胶制备装置1中搅拌8h，后加入140g氨水制得硅溶胶；以无碱纤维针刺毡为增强纤维，幅宽500mm，厚度20mm；采用自动复合装置3将上述硅溶胶可控式地自动均匀喷注入纤维毡4的孔隙中；具体工艺参数：收卷速度为1m/min；控胶量为85％；双面喷注；喷头33数量共4个对称喷头33；喷头33喷出的液面呈扇形，扇形喷射角25°；喷射压力0.4MPa；喷头33距纤维毡4表面距离30mm；喷头33运行速度10.3m/min；所制得的纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后凝胶；后置于乙醇超临界干燥装置中干燥，得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。按标准GB/T17911-2006，取样测试所制得的气凝胶隔热材料密度均匀误差小于±5％。
实施例4
将正硅酸乙酯、甲基三乙氧硅烷、乙醇、甲醇和水按比例1∶0.1∶4.5∶1∶0.4混合，总计500kg，加入300g草酸催化剂，在溶胶制备装置1中搅拌4h，后加入300g氨水制得硅溶胶；以硅酸铝纤维针刺毡为增强纤维，幅宽1300mm，厚度8mm；采用自动复合装置3将上述硅溶胶可控式地自动均匀喷注入纤维毡4的孔隙中；具体工艺参数：收卷速度为3m/min；控胶量为60％；单面喷注；喷头33数量3个；喷头33喷出的液面呈扇形，扇形喷射角60°；喷射压力0.3MPa；喷头33距纤维毡4表面距离40mm；喷头33运行速度13.5m/min；所制得的纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后凝胶；后置于乙醇超临界干燥装置中干燥，得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。按标准GB/T17911-2006，取样测试所制得的气凝胶隔热材料密度均匀误差小于±5％。
实施例5
将正硅酸乙酯、甲基三乙氧硅烷、三甲基三甲氧硅烷、异丙醇和水按比例1∶0.1∶0.05∶2∶0.5混合，总计500kg，加入400ml醋酸作为催化剂，在溶胶制备装置1中搅拌6h，后加入400g氨水反应制得硅溶胶；以硅酸铝纤维针刺毡为增强纤维，幅宽500mm，厚度3mm；采用自动复合装置3将上述硅溶胶可控式地自动均匀喷注入纤维毡4的孔隙中；具体工艺参数：收卷速度为5m/min；控胶量为90％；单面喷注；喷头33数量5个；喷头33喷出的液面呈扇形，扇形喷射角70°；喷射压力0.1MPa；喷头33距纤维毡4表面距离80mm；喷头33运行速度8m/min；所制得的纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后凝胶；后置于乙醇超临界干燥装置中干燥，得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。按标准GB/T17911-2006，取样测试所制得的气凝胶隔热材料密度均匀误差小于±5％。
由实施例3-5可知：采用本发明的复合成型设备和方法，能够有效控制纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料的注胶量，且材料均匀度好，品质高。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，包括：
将硅前驱体、醇溶剂和水混合，在催化剂一作用下于溶胶制备装置(1)中搅拌，再加入催化剂二反应制得硅溶胶，将纤维毡(4)安装于自动收放卷传输装置(2)上；
所述硅溶胶通过自动复合装置(3)均匀喷注入纤维毡(4)的孔隙中，得到纤维/硅溶胶复合材料；
所述纤维/硅溶胶复合材料保持一段时间后形成凝胶体，干燥后得到纤维/二氧化硅气凝胶隔热材料。
2.根据权利要求1所述的一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，所述硅前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧硅烷、甲基三乙氧硅烷、二甲基二甲氧硅烷、二甲基二乙氧硅烷、三甲基甲氧硅烷和三甲基乙氧硅烷中的任意一种或多种混合，所述醇溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，所述硅前驱体、醇溶剂和水的质量比为1∶0.8～15∶0.25～0.6，所述催化剂一为盐酸、硝酸、醋酸和草酸中任意一种，所述催化剂二为氨水。
4.根据权利要求1所述的一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，所述纤维毡(4)为无碱纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、石英纤维、高硅纤维、高硅氧纤维和氧化铝纤维中的一种或多种混合纤维，纤维毡(4)幅宽为200～2500mm；所述自动收放卷传输装置(2)的收卷速度为0.01～5m/min。
5.根据权利要求1所述的一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，所述硅溶胶的注胶量为纤维毡孔隙中饱和含胶量的50％～100％，所述自动复合装置(3)的硅溶胶喷注方式包括单面喷注和双面喷注，纤维毡(4)厚度小于12mm时采用单面喷注，纤维毡(4)厚度为8～25mm则采用双面喷注。
6.根据权利要求1所述的一种气凝胶隔热材料生产中可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型的方法，其特征在于，所述纤维/硅溶胶复合材料的干燥工艺采用常压干燥、醇类超临界干燥和二氧化碳超临界干燥中的任意一种。
7.一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，其特征在于，包括溶胶制备装置(1)、自动收放卷传输装置(2)和自动复合装置(3)，所述溶胶制备装置(1)用于制备和储存硅溶胶，自动收放卷传输装置(2)用于安装和传送纤维毡(4)，所述自动复合装置(3)包括自动供胶系统(31)和喷注机构(32)，自动供胶系统(31)分别与溶胶制备装置(1)和喷注机构(32)相连，喷注机构(32)上设有喷头(33)，所述自动收放卷传输装置(2)上的纤维毡(4)穿过喷注机构(32)，喷注机构(32)的喷头(33)设置在纤维毡(4)的一侧或两侧，溶胶制备装置(1)中的硅溶胶在自动供胶系统(31)驱动下从喷头(33)喷注在纤维毡(4)上。
8.根据权利要求7所述的一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，其特征在于，所述自动收放卷传输装置(2)包括两根圆辊(21)和数根导向辊(22)，所述纤维毡(4)安装在两根圆辊(21)上并通过圆辊(21)驱动和传送，数根导向辊(22)设置于两根圆辊(21)之间，所述圆辊(21)与导向辊(22)相互平行。
9.根据权利要求8所述的一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，其特征在于，所述自动复合装置(3)设置于纤维毡(4)上方，自动复合装置(3)的喷注机构(32)包括一个或多个喷头(33)，喷头(33)向下对准纤维毡(4)表面，所述导向辊(22)为两根且二者高度一致，两根导向辊(22)分别设置在喷头(33)下方两侧并使纤维毡(4)水平通过喷头(33)下方。
10.根据权利要求8所述的一种可控式纤维和溶胶自动喷注复合成型装置，其特征在于，所述喷注机构(32)包括两块竖直的空心板(34)和数个喷头(33)，空心板(34)顶部与自动供胶系统(31)连通，数个喷头(33)水平连接在两块空心板(34)的内侧面，在单侧空心板(34)上开设有一个水平的条形孔(35)，条形孔(35)宽度大于纤维毡(4)宽度，所述纤维毡(4)向上竖直穿过两块空心板(34)的喷头(33)间隙后从条形孔(35)水平穿出喷注机构(32)。
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