CN114986943B - 一种气凝胶废料毡回收再利用的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气凝胶废料毡回收再利用的设备及方法，气凝胶废料毡回收再利用的设备包括机架和安装在机架上的牵引机构、浸胶机构和成型机构，浸胶机构包括分别用于对气凝胶废料毡进行针刺和浸胶的针刺结构和浸胶结构，成型机构包括顺序布置的加热板和压延结构；气凝胶废料毡回收再利用的方法包括先将气凝胶废料毡传送至包括针刺结构和浸胶结构的浸胶机构处，使气凝胶废料毡在浸胶结构中浸胶，并利用针刺结构对浸胶的气凝胶废料毡进行针刺，得到浸胶毡，然后将浸胶毡传送至成型机构进行预热、压合，成型出复合毡体。本发明能够对气凝胶废料毡进行大批量连续化处理，回收工艺简单，耗能少。
Description
技术领域
本发明涉及一种气凝胶废料毡回收再利用的设备及方法。
背景技术
气凝胶毡是以纳米二氧化硅气凝胶或金属类气凝胶为主体材料，通过特殊工艺同纤维毡等增强材料复合而成的柔性保温毡，其导热系数低，具备一定的抗拉、抗压强度，能够广泛应用于工业管道、工业炉体、储罐、电厂、新能源等领域。随着节能减排的要求，各行各业对隔热材料的性能要求愈加严格。
随着气凝胶毡产能的不断增大，生产过程中势必会产生废料。而气凝胶毡受到目前的生产工艺（超临界干燥等工艺步骤）的限制，气凝胶毡的不合格产品往往以成卷或捆等形态出现。常见的气凝胶毡的再回收利用方法如申请公布号为CN109433383A的中国发明专利申请所示，往往先将初步分拣后的废旧气凝胶材料投入到破碎机中进行一级破碎，得到碎块，然后对碎块通过机械方法进行强力撕扯，将废旧气凝胶碎块松解或粉碎成纤维状团簇；最后加入气凝胶粉、遮光剂等与团簇通过一定的工艺混合均匀制得复合粉体，之后再进行复合粉体的应用。现有的这种气凝胶毡再回首利用方法所需的产能较大，工艺繁琐，需破碎分解后再成型，不适用于大批量的毡形不合格产品。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种气凝胶废料毡回收再利用的设备，以进行大批量气凝胶废料毡的回收、减小耗能；本发明的目的还在于提供一种气凝胶废料毡回收再利用的方法，以解决现有技术中对气凝胶废料毡进行回收再利用时，耗能大、工艺繁琐、不适用于大批量回收的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种气凝胶废料毡回收再利用的设备，包括机架和安装在机架上的牵引机构、浸胶机构和成型机构；
牵引机构，用于将气凝胶废料毡展开并传送；
浸胶机构，包括针刺结构和浸胶结构，针刺结构包括针板座、固定在针板座底部的多根钢针以及用于驱动针板座在上下方向上移动的驱动组件，浸胶结构包括设置在针板座下方的用于盛放胶液的浸胶槽和设置在浸胶槽内的用于将经过预处理后的气凝胶废料毡压至胶液液位以下的压辊，钢针在驱动组件的驱动下对浸胶的气凝胶废料毡进行针刺；
成型机构，包括顺序布置的加热板和压延结构，加热板用于对浸胶针刺后的气凝胶废料毡预加热，压延结构用于对预热后的气凝胶废料毡进行压延成型。
上述技术方案的有益效果是：由于气凝胶废料毡作为负载有气凝胶的毡体，气凝胶填充至纤维毡毡体的缝隙及表面层上，气凝胶废料毡的毡体中并无供胶液浸渍的空间，而本发明对气凝胶废料毡进行回收时，利用针刺结构对气凝胶废料毡进行针刺，在气凝胶废料毡上形成可以供胶液渗入的孔洞，在浸胶结构内传送时，胶液通过针刺出的孔洞渗入在气凝胶废料毡内，胶液与气凝胶毡的结合力强，针刺后压延的过程还可对厚度、导热系数不匀类型的气凝胶废料毡进行匀化处理，制备出厚薄及隔热性能均匀的复合毡体；同时具备高剪切力和高保温性的性能，能够克服气凝胶毡本身掉粉的缺点，应用范围广泛。相比于现有技术，无需对气凝胶废料毡进行破碎后再利用，整个回收利用工艺流程简单，仅需对气凝胶废料毡的传送、针刺和成型消耗电能，降低了能耗，适用于大批量气凝胶废料毡的回收利用。
进一步的，牵引机构和浸胶机构之间还设置用于对气凝胶废料毡表面进行预处理的预处理机构；预处理机构包括用于设置于气凝胶废料毡上面和下面的风刀，风刀上具有用于吹扫的气口，和/或风刀上具有用于喷涂预处理试剂的喷口；气口和/或喷口均朝向牵引机构。
有益效果：将气凝胶废料毡经过预处理后再传送至浸胶机构中，风刀能够将压缩空气高速吹出而形成高强度、大气流的冲击风幕，有利于将气凝胶废料毡表面浮粉吹扫干净；在风刀具备上述功能的情况下，在风刀上设置喷口，有利于预处理试剂的快速喷出，以在气凝胶废料毡表面快速分散，对气凝胶废料毡表面进行处理。
进一步，压延结构包括高度可调的辊筒。
有益效果：能够同时对一层以上相互叠加在一起的气凝胶废料毡进行压延成型。
进一步的，针刺结构还包括固定在浸胶槽内且处于胶液液位上方的挡板，挡板上设置有与钢针一一对应的通孔。
有益效果：在钢针对气凝胶废料毡进行针刺时，挡板能够防止液面迸溅。
进一步的，所述浸胶槽内设置有液位控制器。
有益效果：液位控制器能够对浸胶槽内胶液的液位进行控制，保证气凝胶废料毡在传送至浸胶槽内时始终能够浸胶。
进一步的，机架上于浸胶机构与成型机构之间设置有用于传送经浸胶针刺后的气凝胶废料毡传送带。
有益效果：气凝胶废料毡经过浸胶机构后即通过传送带输送，防止更多浸润的胶液流失。
优选的，浸胶槽的槽底为倒锥形结构。
有益效果：便于含杂质的胶液的排出。
本发明的气凝胶废料毡回收再利用的方法的技术方案为：
气凝胶废料毡回收再利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、气凝胶废毡料于传送状态下在胶液中浸渍并针刺，得到浸胶毡；
步骤二、将步骤一中的浸胶毡传送至成型机构进行预热、压合，成型出复合毡体。
进一步的，所述胶液为树脂组合物。
步骤一中，针刺频率为600~1000刺/min，针刺密度为15~30刺/cm2，针刺深度为0.5~2mm；气凝胶废毡的传送速度小于等于3.0m/min。
本发明的气凝胶废料毡回收再利用的方法的有益效果：本发明对气凝胶废料毡进行回收时，将处于传送状态的气凝胶废料毡浸胶并针刺，在气凝胶废料毡上形成可以供胶液渗入的孔洞，胶液通过针刺出的孔洞渗入在气凝胶废料毡内，胶液与气凝胶毡的结合力强，针刺后压延的过程还可对厚度、导热系数不匀类型的气凝胶废料毡进行匀化处理，制备出厚薄及隔热性能均匀的复合毡体；同时具备高剪切力和高保温性的性能，能够克服气凝胶毡本身掉粉的缺点，应用范围广泛。相比于现有技术，无需对气凝胶废料毡进行破碎后再利用，整个回收利用工艺流程简单，仅需对气凝胶废料毡的传送、针刺和成型消耗电能，降低了能耗，适用于大批量气凝胶废料毡的回收利用。
附图说明
图1是本发明的气凝胶废料毡回收再利用的设备的示意图；
图2是本发明的气凝胶废料毡回收再利用的设备中针刺结构的示意图。
附图标记：1-牵引机构，2-预处理机构，3-浸胶机构，4-传送带，5-成型机构，6-牵引辊，7-气凝胶废料毡，8-针板座，9-钢针，10-浸胶槽，11-液位控制器，12-加热板，13-辊筒，14-胶液，15-压辊，16-挡板，17-转盘，18-连杆，19-回收管，20-风刀，21-传送辊。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的气凝胶废料毡回收再利用的设备的具体实施例：
如图1所示，气凝胶废料毡回收再利用的设备包括机架和依次按顺序安装在机架上的牵引机构1、预处理机构2、浸胶机构3、和成型机构5，机架上于牵引机构1与预处理机构2之间以及预处理机构2与浸胶机构3之间均设置有传送辊21，机架上于浸胶机构3与成型机构5之间设有传送带4。
气凝胶废料毡是指因导热系数、厚度不匀等的因素废弃的气凝胶毡料，能够通过针刺后压延匀化的方式进行再加工。其中的气凝胶废料毡为能够连续牵引的毡料，通常为卷状或捆状。牵引机构1包括一个能转动的牵引辊6，呈卷状或捆状的气凝胶废料毡7套设在牵引辊6上，随着牵引辊6的转动而展开并向前传送。
预处理机构包括设置在气凝胶废料毡7上面和下面的风刀20，风刀20可以以不锈钢为本体，吹扫的气口以以直拉铝合金经处理后作刃片，能够形成气流薄片，具备吹风除尘的效果。风刀20上具有用于吹扫的气口，以对气凝胶废料毡7表面的浮粉进行预处理。两个风刀20上的气口均朝向牵引机构1设置，使进入到浸胶机构中的气凝胶废料毡7表面能够处理干净。本实施例中，风刀20为现有技术，在此不再详细赘述风刀的具体结构。在具体应用时，从风刀20的气口吹出的气体采用氮气。
浸胶机构3包括针刺结构和浸胶结构两部分，其中，浸胶结构用于对经过预处理后的气凝胶废料毡浸胶，针刺结构则对浸胶的气凝胶废料毡进行针刺。具体的，如图1和图2所示，针刺结构包括针板座8、固定在针板座8底部的多根钢针9以及用于驱动针板座8在上下方向上移动的驱动组件。钢针9的针体预设有勾刺，驱动组件为现有针刺机上的曲柄-连杆机构，包括安装在机架上的驱动电机、与驱动电机的输出轴传动连接的转盘17以及铰接在转盘17上的连杆18，连杆18的另一端与针板座8铰接连接，驱动针板座8上下往复移动。浸胶结构包括设置在针板座8下方的用于盛放胶液14的浸胶槽10、设置在浸胶槽10内的液位控制器11以及设置在浸胶槽10内的两个间隔布置的压辊15。浸胶槽10内盛放胶液14时，两个压辊15部分位于胶液的液位下方，经过风刀20后的传送辊21的传送，气凝胶废料毡7进入到浸胶槽10内且位于压辊15的下方。针刺结构还包括固定在浸胶槽10内的挡板16，挡板16处于胶液液面以上，挡板16上设有与钢针9一一对应的通孔，针板座8上下移动的过程中，钢针9穿过对应的通孔以对浸胶后的气凝胶废料毡7进行针刺，在气凝胶废料毡7上针刺出供胶液14渗入的孔洞。针刺的过程中，挡板16能够防止液面迸溅。针刺的具体参数根据实际情况进行设定，本实施例中，针刺频率为600~1000刺/分钟，针刺密度为15~30刺/平方厘米，针刺深度（超出气凝胶废料毡厚度）为0.5~2mm，动程40~60mm。刺针侧棱上的勾刺数量不超过2。气凝胶废毡传送速度小于等于3.0m/min。气凝胶废料毡的传送速度与钢针的上下运动速度相配合，可以间歇步进，也可连续运动。
为便于含杂质的胶液的排出，本实施例中，浸胶槽10的槽底为倒锥形结构。在实际工作中，浸胶槽10的胶液持续注入和排出，液位控制器11则实时监测并控制胶液液位。浸胶槽10的槽底连接有回收管19，两根回收管19相互连通。
成型机构包括顺序布置的加热板12和压延结构，加热板12用于对浸胶针刺后的气凝胶废料毡7预加热，可以蒸发溶剂（热固性胶液）或促使聚合（单体或低聚物配置的热塑性胶液）。本实施例中，压延结构包括设置在气凝胶废料毡7上面的高度可调的辊筒13和设置在气凝胶废料毡7下面的输送辊，辊筒13和输送辊之间的距离可调，从而调整辊筒与输送辊之间的压延间隙，可同时对一层、两层或多层叠加的气凝胶废料毡进行压合，并对预热后的气凝胶废料毡7进行压延成型。从回收管19中携带气凝胶粉尘的胶液可在过滤后重复使用，也可以涂布于加热板12处的浸胶毡体上。当然，在其他实施例中，若只对一层气凝胶废料毡进行压延成型，辊筒13与输送辊之间的距离也可以设置成固定距离。在其他实施例中，压延结构也可以为设置在气凝胶废料毡7上面的高度可调的辊筒13和气凝胶废料毡7下面的压延平台，辊筒13与压延平台之间的压延间隙可调，可同时对一层、两层或多层叠加的气凝胶废料毡进行压合，对浸胶针刺后的气凝胶废料毡7进行压延成型。
成型后，未固化的复合毡体可以卷绕为卷毡或裁切为片状，固化的复合毡体可裁切为片状。复合毡体的上下面还可覆光滑薄膜防止粘连，薄膜可以包括聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚氨酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜。
所用的胶液为树脂组合物，树脂组合物为包含树脂的胶液，树脂组合物还可包括除树脂外的其他助剂和溶剂。本实施例中，胶液包括树脂、增韧剂、固化剂和稀释剂。其中，胶液的固含量为20%~95%。树脂采用热固性的环氧树脂，此时胶液在制作时，分别将环氧树脂溶于丙酮中，得到环氧树脂溶液，再向水中加入上述改性环氧树脂中加入气相二氧化硅、双氰胺固化剂和促进剂，高速混合，制备固含量为35%的胶液。环氧树脂、气相二氧化硅、双氰胺固化剂和有机脲类促进剂1-(4-氟苄基)-4-(2-羟乙基)哌嗪的质量比为100:（5-15）:（1-10）:（0.5-2）。气凝胶废料毡浸渍环氧树脂胶液后还在70~80℃除去部分溶剂，再通过130℃的辊筒13压延。
由于气凝胶废料毡作为负载有气凝胶的毡体，气凝胶填充至纤维毡毡体的缝隙及表面层上，气凝胶废料毡的毡体中并无供胶液浸渍的空间，而本发明对气凝胶废料毡进行回收时，将气凝胶废料毡经过预处理后传送至浸胶槽内浸胶，利用钢针对气凝胶废料毡进行针刺，在气凝胶废料毡上形成可以供胶液渗入的孔洞，钢针上的勾刺同时能够切断若干纤维毡上的纤维，使气凝胶废料毡上有更多浸胶空间；在浸胶结构内传送时，胶液与气凝胶毡的结合力强，胶液通过针刺出的孔洞渗入在气凝胶废料毡内，针刺后压延的过程还可对厚度、导热系数不匀类型的气凝胶毡废料进行匀化处理，制备出厚薄及隔热性能均匀的复合毡体，同时复合毡体还具备高剪切力和高保温性的性能，能够克服气凝胶毡本身掉粉的缺点，应用范围广泛。相比于现有技术，无需对气凝胶废料毡进行破碎后再利用，整个回收利用工艺流程简单，仅需对气凝胶废料毡的传送、针刺和成型消耗电能，降低了能耗，适用于大批量气凝胶废料毡的回收利用。
当然在其他实施例中，也可以采用其他种类的热固性树脂，比如酚醛树脂、聚酯树脂中的一种或多种。采用酚醛树脂制成的酚醛树脂胶液包括A阶酚醛树脂、六亚甲基四胺固化剂、硼酸（协同固化剂）和丙酮，按照质量份数45：9：6：100的比例配置，制备固含量为60%。此时，气凝胶废料毡浸渍酚醛树脂胶液后还在70~80℃除去溶剂，再通过120℃的辊筒压延。
当然，在其他实施例中，也可以采用热塑性树脂，此时胶液中不含有固化剂，热塑性树脂可采用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚砜、聚苯硫醚中的一种或多种。以聚己内酰胺胶液为例，聚己内酰胺胶液包括己内酰胺单体或己内酰胺低聚物或两者混合、催化剂（己内酰胺钠）、活化剂(磷酸乙二胺)，按照质量分数100:4:1的比例添加，胶液固含量为90%。此时，辊筒压延的温度范围约为120℃，（己内酰胺聚合温度为120℃~220℃）。己内酰胺单体或己内酰胺低聚物可聚合以形成热塑性的聚己内酰胺。
在其他实施例中，预处理机构的风刀也可以不设置风口，而是设置可喷涂预处理试剂的喷口。预处理试剂以硅烷偶联剂为例，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，促进界面融合，其实质是对气凝胶废毡的表面处理，改善纤维和树脂的粘合性能。在制作时，将硅烷偶联剂配成溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面的分散，溶剂是水和醇配置成的溶液，溶液一般为硅烷20%，醇72%，水8%，醇可以选择为乙醇（对乙氧基硅烷）、甲醇（对甲氧基硅烷）及异丙醇（对不易溶于乙醇、甲醇的硅烷）；硅烷水解速度与PH值有关，除氨基硅烷外、其他硅烷可加入少量醋酸，调节PH值至4~5。预处理试剂最好现配现用，适宜在一小时用完。所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560和KH570。
本发明的气凝胶废料毡回收再利用的方法的实施例：
气凝胶废料毡回收再利用的方法包括以下步骤：
步骤一、气凝胶废毡料于传送状态下在胶液中浸渍并针刺，得到浸胶毡；气凝胶废料毡气凝胶废料毡气凝胶废料毡；
步骤二、将步骤一中经过针刺和浸胶的浸胶毡传送至成型机构进行预热、压合，成型出复合毡体。
复合毡体在成型后可进行卷绕或裁切。
在具体实施时，通过牵引机构进行气凝胶废料毡的传送，通过具有针刺结构和浸胶结构的浸胶机构对气凝胶废毡料分别进行针刺和浸胶。
为保证复合毡体的质量，在浸胶机构之前设置预处理机构，以在气凝胶废料毡浸胶之前，对气凝胶废料毡表面的浮粉进行预处理；同时在浸胶机构与成型机构之间设置传送带，来减少胶液的流失。
本发明的气凝胶废料毡回收再利用的方法中所用的牵引机构、预处理机构、浸胶机构、传送带和成型机构与上述凝胶毡废料回收再利用的设备中所描述的牵引机构、预处理机构、浸胶机构、传送带和成型机构对应相同，在此不再详细赘述。
同样的，本发明的气凝胶废料毡回收再利用的方法中所用的胶液与上述凝胶毡废料回收再利用的设备中所采用的胶液相同，在此不再详细赘述。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，包括机架和安装在机架上的牵引机构、浸胶机构和成型机构；
牵引机构，用于将气凝胶废料毡展开并传送；
浸胶机构，包括针刺结构和浸胶结构，针刺结构包括针板座、固定在针板座底部的多根钢针以及用于驱动针板座在上下方向上移动的驱动组件，浸胶结构包括设置在针板座下方的用于盛放胶液的浸胶槽和设置在浸胶槽内的用于将经过预处理后的气凝胶废料毡压至胶液液位以下的压辊，钢针在驱动组件的驱动下对浸胶的气凝胶废料毡进行针刺；
成型机构，包括顺序布置的加热板和压延结构，加热板用于对浸胶针刺后的气凝胶废料毡预加热，压延结构用于对预热后的气凝胶废料毡进行压延成型；
针刺结构还包括固定在浸胶槽内且处于胶液液位上方的挡板，挡板上设置有与钢针一一对应的通孔；
针板座上下移动的过程中，钢针穿过对应的通孔以对浸胶后的气凝胶废料毡进行针刺，在气凝胶废料毡上针刺出供胶液渗入的孔洞。
2.根据权利要求1所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，牵引机构和浸胶机构之间还设置用于对气凝胶废料毡表面进行预处理的预处理机构；预处理机构包括设置于气凝胶废料毡上面和下面的风刀，风刀上具有用于吹扫的气口，和/或风刀上具有用于喷涂预处理试剂的喷口；气口和/或喷口均朝向牵引机构。
3.根据权利要求2所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，压延结构包括高度可调的辊筒。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，所述浸胶槽内设置有液位控制器。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，机架上于浸胶机构与成型机构之间设置有用于传送经浸胶针刺后的气凝胶废料毡传送带。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备，其特征在于，浸胶槽的槽底为倒锥形结构。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的气凝胶废料毡回收再利用的设备回收再利用气凝胶废料毡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、气凝胶废料毡于传送状态下在胶液中浸渍并针刺，得到浸胶毡；
步骤二、将步骤一中的浸胶毡传送至成型机构进行预热、压合，成型出复合毡体。
8.根据权利要求7所述的回收再利用气凝胶废料毡的方法，其特征在于，所述胶液为树脂组合物。
9.根据权利要求7或8所述的回收再利用气凝胶废料毡的方法，其特征在于，步骤一中，针刺频率为600~1000刺/min，针刺密度为15~30刺/cm2，针刺深度为0.5~2mm；气凝胶废料毡的传送速度小于等于3.0m/min。
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