CN114622346A - 一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法，涉及气凝胶制备技术领域，该装置包括立式注胶机构，立式注胶机构包括支撑座、卷筒和注胶针，卷筒沿竖向与支撑座转动连接，卷筒周向开设有限位通孔，注胶针穿设于限位通孔内且针头位于卷筒外，注胶针内部中空并连通胶液供给管道。该方法包括：S1、将纤维卷毡立式放卷，纤维毡与立式注胶机构的卷筒接触，注胶针刺入纤维毡的内部注胶，纤维毡通过注胶针带动卷筒沿纤维毡体滚动，纤维毡得到连续的浸渍处理；S2、浸渍处理后的湿纤维毡经过凝胶化形成凝胶毡。本发明实现了在纤维毡内部注胶，解决了立式卷绕浸胶不充分、胶液容易流失的问题，避免了平面浸渍多余胶液的溢出对产品造成外观不良的现象。

Description

一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，具体提供一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法。

背景技术

气凝胶是指将凝胶结构中的液体被气体取代后，没有坍塌的固体结构。二氧化硅气凝胶是一种纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，因其具有特殊的纳米级微孔和骨架结构而使其热导率效率、对流传热效率和辐射传热效率都得到了有效的限制，所以气凝胶具有非常低的导热系数，是目前世界上导热系数最低的固体材料。

通常，气凝胶通过二氧化硅前体如水玻璃或原硅酸四乙酯（TEOS）制备水凝胶并且在不破坏微观结构的情况下除去水凝胶中的液体成分而得到。二氧化硅气凝胶包括粉末、颗粒和整料三种常规形式。通过将二氧化硅气凝胶与纤维复合制得气凝胶毡或气凝胶片的形式，应用于工业保温等领域。

中国专利CN100540257C凝胶片的制造方法，公开了连续地结合溶胶与凝胶诱导剂以形成经催化的溶胶，将纤维材料以预定的速率分配经催化的溶胶于移动元件上来形成凝胶片，以预定速率使该经催化的溶胶于该移动元件上发生凝胶化。但实际生产中，经催化的溶胶于传送带上凝胶过程中会有凝胶滞留在传送带上，形成凝胶固体块（或粉末），会造成机械操作处理装置的工艺故障，传送带上的凝胶固体块也会部分黏附在凝胶毡上，连续化生产凝胶毡后会将凝胶毡进行收卷或者裁切成凝胶片叠置的方式进行批量化的老化、干燥等工艺，而黏附的凝胶固体块会导致有凝胶块区域的上下几层毡体出现褶皱、凹坑、破碎的情况出现，影响后续生产的气凝胶毡产品质量。

相应地，本领域需要一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法来解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置及方法，以竖直方向上立式卷绕浸胶的方式制备气凝胶毡，消除与纤维毡结合的催化溶胶于移动元件上凝胶化过程中，溶胶在传送带滞留结块对凝胶毡带来的外观不良的影响。

为了实现上述目的，本发明一方面提出了一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置，包括立式注胶机构，所述立式注胶机构包括支撑座、卷筒和注胶针，所述卷筒沿竖向设置，且所述卷筒绕自身中心轴线与所述支撑座转动连接，所述卷筒的周向均匀开设有限位通孔，所述注胶针穿设于所述限位通孔内，且所述注胶针的针头位于所述卷筒外，所述注胶针内部中空并连通有胶液供给管道。

本方案的技术效果是：纤维毡与卷筒接触并通过注胶针带动卷筒转动，卷筒上的注胶针插入纤维毡内部，在纤维毡内部注胶，使纤维毡毡体与溶胶充分结合，实现对纤维毡的浸胶处理，在竖直方向上实现纤维毡的浸渍及传送，避免常规制备方法中，因多余溶胶在水平设置的传送带上凝胶造成的毡体出现褶皱、凹坑、破碎等缺陷；立式卷绕的方式浸胶使胶液的浸渍更为充分，胶液不容易流失，还避免了平面浸渍多余胶液的溢出对产品造成不良外观的现象。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的优选技术方案中，所述卷筒内设置有胶液中转腔，所述胶液中转腔的周向设置有均匀分布的注胶管道，所述注胶管道沿竖向固定于所述卷筒内，且各所述注胶管道与所述胶液中转腔连通，所述限位通孔呈矩形阵列分布，位于同一条竖直线上的所述限位通孔对应一根所述注胶管道，所述限位通孔内的所述注胶针与对应的所述注胶管道连通，所述胶液中转腔与所述胶液供给管道转动连接。

本方案的技术效果是：由于卷筒能够相对支撑座发生转动，将胶液供给管道与胶液中转腔转动连接，避免了胶液供给管道发生缠绕，保证胶液的顺利供应。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的优选技术方案中，各所述注胶管道上设置有控制胶液供给与否的阀体。

本方案的技术效果是：纤维毡带动卷筒转动的过程中，只与卷筒的部分外壁接触，通过阀体控制与纤维毡毡体接触的注胶针注胶，减少胶液的浪费。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的优选技术方案中，所述卷筒内固定连接有套管，所述套管的中心轴线与所述卷筒的中心轴线重合，所述套管内设置有隔板，所述支撑座上固定连接有支撑柱，所述支撑柱穿设于所述套管内并与所述隔板相抵，位于所述隔板上方的套管部分与所述隔板形成所述胶液中转腔。

本方案的技术效果是：卷筒以支撑柱为转轴相对转动，使得卷筒转动过程稳定。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的优选技术方案中，所述支撑柱与所述隔板之间设置有推力滚子轴承，所述支撑柱与所述套管的内壁之间设置有向心轴承。

本方案的技术效果是：减少卷筒转动过程中的阻力，使得纤维毡能够顺利带动卷筒转动，保证注胶效果。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的优选技术方案中，所述立式卷绕制备气凝胶毡的装置包括纤维毡立式放卷机构、立式注胶机构和收卷机构，所述纤维毡立式放卷机构、所述立式注胶机构和所述收卷机构依次布设，所述立式注胶机构处设置有集液槽。

本方案的技术效果是：纤维毡立式放卷机构和收卷机构相配合，一放一收，实现纤维毡的顺利放卷和收卷；集液槽收集立式注胶机构下方滴落的胶液，方便对胶液进行回收处理。

另一方面，本发明还提供了一种立式卷绕制备气凝胶毡的方法，包括以下步骤：

S1、将纤维卷毡立式放卷，纤维毡与立式注胶机构的卷筒接触，注胶针刺入纤维毡的内部进行注胶，纤维毡通过注胶针带动卷筒沿纤维毡体滚动，纤维毡得到连续的浸渍处理；

S2、浸渍处理后的湿纤维毡经过凝胶化形成凝胶毡。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的方法的优选技术方案中，所述S1和所述S2之间还包括以下步骤：

对浸渍处理的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的方法的优选技术方案中，在S1中，还包括将制备好的二氧化硅溶胶与凝胶催化剂或者将经过凝胶催化剂催化的二氧化硅溶胶持续注入立式注胶机构内，二氧化硅溶胶按照硅源：乙醇：水=1mol：（2-60）mol：（0.05-30）mol混合制得。

在上述立式卷绕制备气凝胶毡的方法的优选技术方案中，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种或多种；所述烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述催化剂包括碱性催化剂或酸性催化剂，其中所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合。

所述立式卷绕制备气凝胶毡的方法的技术效果与上述立式卷绕制备气凝胶毡的装置的技术效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的俯视图；

图2为本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的卷筒与支撑座的装配剖视图；

图3为本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的套管的结构示意图；

图4为本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的注胶管道在卷筒内的分布图；

图5为本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的注胶管道与注胶针的装配示意图。

附图标记列表：1、纤维毡立式放卷机构；2、立式注胶机构；21、支撑座；211、支撑柱；22、卷筒；221、套管；222、隔板；223、推力滚子轴承；224、向心轴承；23、注胶针；24、注胶管道；25、胶液中转腔；26、胶液供给管道；27、可转动法兰；3、收卷机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置的具体实施例：

如图1至图5所示，一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置，设置有放卷区、浸胶区和凝胶区，其中放卷区设置有纤维毡立式放卷机构1，纤维毡在竖直方向上立式放置，将纤维卷毡放卷向浸胶区连续化供应展开的纤维毡体；浸胶区设置有立式注胶机构2，立式注胶机构2包括支撑座21、卷筒22和注胶针23，卷筒22沿竖向设置，且卷筒22绕自身中心轴线与支撑座21转动连接，卷筒22的周向均匀开设有限位通孔，注胶针23穿设于限位通孔内，且注胶针23的针头位于卷筒外侧，注胶针23内部中空并连通有胶液供给管道26，纤维毡与卷筒22接触，且接触处的注胶针23刺入纤维毡的内部进行注胶，卷筒22随纤维毡的运动而转动；凝胶区与浸胶区设置一定间距，使得经过浸胶区的湿纤维毡上的溶胶发生凝胶化，得到凝胶毡；凝胶区之后还设置有收卷机构3，收卷机构3对凝胶毡进行收卷，凝胶毡经干燥处理之后形成气凝胶毡。

立式注胶机构2处设置有集液槽（图中未示出），集液槽收集立式注胶机构2下方滴落的胶液，方便对胶液进行回收处理。

其中，立式注胶机构2的支撑座21上固定连接有支撑柱211，卷筒22内固定连接有套管221，套管221的中心轴线与卷筒22的中心轴线重合，套管221内设置有隔板222，支撑柱211穿设于套管221内，并与隔板222之间设置有推力滚子轴承223，支撑柱211与套管221的内壁之间设置有向心轴承224，减少卷筒22转动过程中的阻力；位于隔板222上方的套管部分与隔板222形成胶液中转腔25，胶液中转腔25通过可转动法兰27与胶液供给管道26转动连接，套管221的周向设置有均匀分布的注胶管道24，注胶管道24沿竖向焊接于卷筒22内，各注胶管道24与胶液中转腔25连通，限位通孔呈矩形阵列分布，位于同一条竖直线上的限位通孔对应一根注胶管道24，限位通孔内的注胶针23与对应的注胶管道24连通。

制备好的溶胶与凝胶催化剂或经凝胶催化剂催化的溶胶通过胶液供给管道进入胶液中转腔25，再由胶液中转腔25进入注胶管道24，最终注入注胶针23内，实现溶胶的顺利供给。

纤维毡带动卷筒22转动的过程中，只与卷筒22的部分外壁接触，若所有注胶针23持续出胶，会造成溶胶的浪费，本实施例中，各注胶管道24上设置有控制胶液供给与否的阀体，作为示例，阀体为电磁阀。电磁阀通过控制器控制开合，控制注胶管道24对与纤维毡体接触的注胶针23注胶。

上述实施例中，支撑座上设置有支撑杆，卷筒内固定连接有套筒，卷筒通过支撑杆和套筒的配合与支撑座转动连接，在其他实施例中，支撑座上设置有转盘，转盘与支撑座转动连接，卷筒的底部与转盘固定连接。

上述实施例中，套管顶部设置有胶液中转腔，胶液中转腔与胶液供给管道转动连接，套管的周向设置有均匀分布注胶管道，注胶管道与胶液中转腔连通，注胶针与注胶管道连通，在其他实施例中，还可不设注胶管道和胶液中转腔，卷筒顶部和底部设置封盖，卷筒内部形成胶液容纳腔，注胶针直接与胶液容纳腔连通，胶液供给管道设置于卷筒上方，与胶液容纳腔连通，胶液供给管道与顶部的封盖转动连接，通过胶液供给管道向胶液容纳腔内注胶，胶液容纳腔内的胶液从注胶针的孔道挤出。

本实施例还提供了一种立式卷绕制备气凝胶毡的方法，用到了上述实施例所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，该方法包括以下步骤：

S1、将纤维卷毡立式放卷，纤维毡与立式注胶机构2的卷筒22接触，注胶针23刺入纤维毡的内部进行注胶，纤维毡通过注胶针23带动卷筒22沿纤维毡体滚动，使得纤维毡得到连续的浸渍处理；

S2、浸渍处理后的湿纤维毡经过凝胶化形成凝胶毡。

其中，步骤S1具体包括以下步骤：将纤维卷毡安装到放卷区的纤维毡立式放卷机构1上进行放卷，纤维毡经过浸胶区的立式注胶机构2，与立式注胶机构2的卷筒22接触，通过控制器控制与纤维毡接触的注胶针23所连通的注胶管道24上的电磁阀打开，与纤维毡接触的注胶针23对纤维毡进行注胶，纤维毡得到浸渍处理。

在步骤S1中，还包括将制备好的二氧化硅溶胶与凝胶催化剂或者将经过凝胶催化剂催化的二氧化硅溶胶持续注入立式注胶机构2内，其中二氧化硅溶胶按照硅源：乙醇：水=1mol：（2-60）mol：（0.05-30）mol混合制得。

其中，硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种或多种；烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；催化剂包括碱性催化剂或酸性催化剂，其中碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合。

本实施例中，步骤S1和步骤S2之间还包括以下步骤：对浸渍处理的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶。使纤维毡体浸渍更加充分。

本实施例中，步骤S2之后，还包括以下步骤：采用收卷机构3对凝胶毡进行收卷，然后对凝胶毡进行干燥处理形成气凝胶毡。

本实施例的立式卷绕制备气凝胶毡的方法实现了在纤维毡内部注胶，解决了立式卷绕浸胶不充分、胶液容易流失的问题，还避免了平面浸渍多余胶液的溢出对产品造成外观不良的现象。

以上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)

1.一种立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，包括立式注胶机构，所述立式注胶机构包括支撑座、卷筒和注胶针，所述卷筒沿竖向设置，且所述卷筒绕自身中心轴线与所述支撑座转动连接，所述卷筒的周向均匀开设有限位通孔，所述注胶针穿设于所述限位通孔内，且所述注胶针的针头位于所述卷筒外，所述注胶针内部中空并连通有胶液供给管道。

2.根据权利要求1所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，所述卷筒内设置有胶液中转腔，所述胶液中转腔的周向设置有均匀分布的注胶管道，所述注胶管道沿竖向固定于所述卷筒内，且各所述注胶管道与所述胶液中转腔连通，所述限位通孔呈矩形阵列分布，位于同一条竖直线上的所述限位通孔对应一根所述注胶管道，所述限位通孔内的所述注胶针与对应的所述注胶管道连通，所述胶液中转腔与所述胶液供给管道转动连接。

3.根据权利要求2所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，各所述注胶管道上设置有控制胶液供给与否的阀体。

4.根据权利要求3所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，所述卷筒内固定连接有套管，所述套管的中心轴线与所述卷筒的中心轴线重合，所述套管内设置有隔板，所述支撑座上固定连接有支撑柱，所述支撑柱穿设于所述套管内并与所述隔板相抵，位于所述隔板上方的套管部分与所述隔板形成所述胶液中转腔。

5.根据权利要求4所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，所述支撑柱与所述隔板之间设置有推力滚子轴承，所述支撑柱与所述套管的内壁之间设置有向心轴承。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的立式卷绕制备气凝胶毡的装置，其特征在于，所述立式卷绕制备气凝胶毡的装置包括纤维毡立式放卷机构、立式注胶机构和收卷机构，所述纤维毡立式放卷机构、所述立式注胶机构和所述收卷机构依次布设，所述立式注胶机构处设置有集液槽。

7.一种立式卷绕制备气凝胶毡的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将纤维卷毡立式放卷，纤维毡与立式注胶机构的卷筒接触，注胶针刺入纤维毡的内部进行注胶，纤维毡通过注胶针带动卷筒沿纤维毡体滚动，纤维毡得到连续的浸渍处理；

S2、浸渍处理后的湿纤维毡经过凝胶化形成凝胶毡。

8.根据权利要求7所述的立式卷绕制备气凝胶毡的方法，其特征在于，所述S1和所述S2之间还可包括以下步骤：

对浸渍处理后的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶。

9.根据权利要求7所述的立式卷绕制备气凝胶毡的方法，其特征在于，在S1中，还包括将制备好的二氧化硅溶胶与凝胶催化剂或者将经过凝胶催化剂催化的二氧化硅溶胶持续注入立式注胶机构内，二氧化硅溶胶按照硅源：乙醇：水=1mol：（2-60）mol：（0.05-30）mol混合制得。

10.根据权利要求9所述的立式卷绕制备气凝胶毡的方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种或多种；所述烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述催化剂包括碱性催化剂或酸性催化剂，其中所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合。

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