CN114990789B - 一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置及方法，包括纤维层铺设装置和传送装置；浸胶槽中盛装有二氧化硅溶胶；压辊设置在浸胶槽中，压辊延伸方向与多层纤维毡的传送方向垂直，通过压辊将多层纤维毡压至二氧化硅溶胶液面以下形成湿纤维毡；针刺机构包括多根刺针，针刺机构能够在上下方向往复移动；凝胶传送台设置在浸胶槽远离传送装置的一侧；保证二氧化硅溶胶与纤维毡进行充分结合，保证生成的二氧化硅气凝胶毡具有较高的质量。

Description

一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置及方法

技术领域

本发明属于凝胶毡制备技术领域，尤其涉及一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置及方法。

背景技术

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格结构，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。并且其材料组成为无机物，属于A级不燃材料，这种材料可以代替现有有机保温材料在工业建筑保温系统中应用。

现有技术中，二氧化硅凝胶毡的连续化生产方式为采用有机硅源或无机硅源制备二氧化硅溶胶，将纤维毡在二氧化硅溶胶中进行浸渍处理形成湿纤维毡，再将湿纤维毡进行干燥处理形成二氧化硅气凝胶毡；纤维毡在盛装有二氧化硅溶胶的浸胶槽中浸渍时，常规的做法是在浸胶槽中设置压辊，纤维毡通过压辊被压入二氧化硅溶胶表面以下，从而将二氧化硅溶胶浸渍在纤维毡体内部。但是，该种方法将纤维毡在二氧化硅溶胶中进行快速浸渍处理时，二氧化硅溶胶不易进入纤维毡内部，导致胶液在纤维毡里外浸渍不均匀，从而影响生成的二氧化硅气凝胶毡的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置，以解决现有技术中纤维毡在二氧化硅溶胶中进行快速浸渍处理时，二氧化硅溶胶不易进入纤维毡体内部，导致胶液浸渍不均匀的技术问题，同时，本发明还提供了一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法。

为实现上述目的，本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置所采用的技术方案是：

一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置，包括：

纤维层铺设装置：用于将多层纤维层在传送状态下铺设为多层纤维叠加物；

传送装置：用于对多层纤维叠加物进行传送；

浸胶槽：盛装有二氧化硅溶胶；

压辊：压辊设置在浸胶槽中，通过压辊将多层纤维叠加物压至二氧化硅溶胶液面以下；

针刺机构：包括多根刺针，针刺机构能够在上下方向往复移动以通过刺针针刺浸胶槽中的多层纤维叠加物，形成湿纤维毡；

凝胶传送台：用于湿纤维毡的传送和凝胶。

有益效果：本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置包括纤维层铺设装置，也即，本发明的多层纤维叠加物是通过纤维层铺设装置在传送状态下铺设所临时形成的，如此，各层纤维之间的连接性能较为薄弱；本发明中在浸胶槽上设置针刺机构，针刺机构能够在上下方向往复移动以通过刺针针刺多层纤维毡，针刺机构的设置具有以下作用：第一，多层纤维叠加物在针刺过程中受到刺针的作用相互缠结或抱合形成稳固结构，增加了多层纤维叠加物的各纤维层之间的连接紧密程度；第二，刺针在上下移动过程中在多层纤维叠加物上形成多孔结构，并且刺针的上下移动能够带动浸胶槽中二氧化硅胶液上下移动，从而使二氧化硅胶液浸渍到多层纤维叠加物上的多孔结构中，使二氧化硅胶液更加充分的与多层纤维叠加物结合；第三，针刺过程中产生一定的震动，震动能够击破在浸渍过程中二氧化硅胶液在多层纤维叠加物上产生的气泡，从而避免气泡的存在导致二氧化硅胶液无法充分的浸润多层纤维叠加物。以上，本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置能够保证二氧化硅溶胶能够从表及里充分浸渍在多层纤维叠加物中，使二氧化硅溶胶与多层纤维叠加物进行充分结合，保证生成的二氧化硅凝胶毡具有较高的质量。

进一步的，所述压辊至少设置有两根，针刺机构设置于相邻的两压辊之间。

有益效果：针刺机构设置在两压辊之间，两压辊将多层纤维叠加物压入二氧化硅溶胶液面以下，并对多层纤维叠加物进行展平撑紧，方便刺针机构对多层纤维叠加物进行针刺。所述浸胶槽连通设置有二氧化硅溶胶补充罐。

有益效果：二氧化硅溶胶补充罐的设置能够持续向浸胶槽内注入二氧化硅溶胶，从而保证浸胶槽内的二氧化硅溶胶液面维持在一定高度，也即保证二氧化硅胶液能够没过多层纤维叠加物。

所述多层纤维叠加物包括下层纤维网胎、中间连续纤维层、上层纤维网胎，所述纤维层铺设装置包括下层纤维网胎输送装置、中间连续纤维层放卷装置、上层纤维网胎输送装置。

有益效果：纤维层铺设装置的设置为多层纤维的叠加物的铺贴形成提供设备支持。

一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，包括以下步骤：

S1：纤维层铺设装置分别传送及铺设各纤维层形成多层纤维叠加物，传送装置向浸胶槽连续化供应展开多层纤维叠加物；

S2：多层纤维叠加物经过盛装二氧化硅溶胶的浸胶槽，压辊将多层纤维叠加物压入二氧化硅胶液中，针刺机构上下往复移动对浸胶槽中的多层纤维叠加物进行针刺，得到结合有二氧化硅胶液的湿纤维毡；

S3：湿纤维毡经过凝胶传送台，在传送过程中溶胶发生凝胶化形成凝胶毡。

有益效果：本发明的多层纤维叠加物是通过纤维层铺设装置传送及铺贴形成，如此，各层纤维之间的连接性能较为薄弱；本发明中在浸胶槽上设置针刺机构，针刺机构能够在上下方向往复移动以通过刺针针刺多层纤维叠加物，针刺机构的设置具有以下作用：第一，多层纤维叠加物在针刺过程中受到刺针的作用相互缠结或抱合形成稳固结构，增加了多层纤维叠加物各纤维层之间的连接紧密程度；第二，刺针在上下移动过程中在多层纤维叠加物上形成多孔结构，并且刺针的上下移动能够带动浸胶槽中二氧化硅胶液上下移动，从而使二氧化硅胶液浸渍到多层纤维叠加物上的多孔结构中，使二氧化硅胶液更加充分的与多层纤维叠加物结合；第三，针刺过程中产生一定的震动，震动能够击破在浸渍过程中二氧化硅胶液在多层纤维叠加物上产生的气泡，从而避免气泡的存在导致二氧化硅胶液无法充分的浸润多层纤维叠加物。以上，本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法能够保证二氧化硅溶胶能够从表及里充分浸渍在多层纤维叠加物中，使二氧化硅溶胶与多层纤维叠加物进行充分结合，保证生成的二氧化硅气凝胶毡具有较高的质量。

进一步的，对浸渍后的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶。

有益效果：使多层纤维毡浸渍二氧化硅溶胶更加充分。

所述二氧化硅溶胶为经过凝胶催化剂催化后的二氧化硅溶胶；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；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。

所述多层纤维叠加物包括下层纤维网胎、中间连续纤维层、上层纤维网胎；上层纤维网胎与下层纤维网胎为短切纤维梳理成网网胎或者气流成网网胎。

有益效果：上层纤维网胎与下层纤维网胎成型方式简单，上层纤维网胎与上层纤维网胎的内部结构疏松，相比成型的纤维毡体，更易于浸渍胶液，能够缩短浸胶时间。

所述纤维网胎为自碳纤维网胎、玻璃纤维网胎、预氧丝纤维网胎、石英纤维网胎、硅酸铝纤维网胎中的一种；所述中间连续纤维层为连续长纤维或连续纤维织物。

有益效果：中间连续纤维采用连续长纤维或连续纤维织物，能够提高多层纤维毡整体的抗拉伸性能。

附图说明

图1是本发明中一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置的结构示意图。

附图标记：1-下层纤维网胎；2-中间连续纤维层；3-上层纤维网胎；4-中间连续纤维层放卷装置；5-传送带；6-传送装置；7-浸胶槽；8-针刺机构；9-刺针；10-压辊；11-凝胶传送台。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置作进一步详细描述：

如图1所示，本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置包括从左向右依次设置的纤维层铺设装置、传送装置6、浸胶槽7、凝胶传送台11、收卷装置。纤维层铺设装置用来将多层纤维层在传送状态下铺设为多层纤维叠加物，本实施例中，多层纤维为三层，分别为下层纤维网胎1、中间连续纤维层2、上层纤维网胎3，纤维层铺设装置包括下层纤维网胎1输送装置、中间连续纤维层放卷装置4、上层纤维网胎输送装置。其中，下层纤维网胎1输送装置与上层纤维网胎输送装置均为梳理机和与梳理机传动连接的传送带5，通过梳理机临时形成纤维网胎，并通过传送带5对形成的纤维网胎进行传送；中间连续纤维层2放卷装置为放卷辊，并且放卷辊在上下方向上设置在上层纤维网胎3的传送带5与下层纤维网胎1的传送带之间，本实施例中，中间连续纤维层2为既有纤维层，通过放卷辊进行放卷。具体的，传送带5为现有技术，放卷辊结构也为现有技术，梳理机结构也为现有技术，对于传送带、放卷辊、梳理机的结构在此不再赘述。

在纤维层铺设装置的右侧设置有传送装置6，本实施例中，传送装置6为传动带，此处的传动带为现有技术，在此不再赘述。本实施例中，通过下层纤维网胎1输送装置上铺贴下层纤维网胎1，通过中间连续纤维放卷装置在下层纤维网胎1上面铺贴连续纤维层，通过上层纤维网胎输送装置在连续纤维层上方铺贴上层纤维网胎3，从而形成多层纤维叠加物并通过传送装置6对多层纤维叠加物进行传送，使多层纤维叠加物传送至浸胶槽7。

本实施例中，浸胶槽7设置在传送装置6的右侧，浸胶槽7中盛装有二氧化硅溶胶，为了保证浸胶槽7中二氧化硅溶胶液面保持一定高度，本实施例中，浸胶槽7连通设置有二氧化硅溶胶补充罐，以在浸胶槽7中的二氧化硅溶胶液面下降时向浸胶槽7内补充注入二氧化硅溶胶，维持浸胶槽7中二氧化硅溶胶液面高度。

浸胶槽7中至少转动设置有两根压辊10，本实施例中，压辊10设置有两根，其他实施例中，压辊10还可以设置三根、四根等。压辊10延伸方向与多层纤维叠加物的传送方向垂直，通过压辊10将多层纤维叠加物压至二氧化硅溶胶液面以下。在浸胶槽7的上方设置有针刺机构8，针刺机构8位于两根压辊10之间，针刺机构8包括针板，针板在前后方向的宽度与多层纤维毡在前后方向的宽度相等，针板上设置有多根沿上下方向延伸的刺针9，本实施例中，刺针9在针板上的密度为15-30刺/平方厘米，针刺机构8中的刺针9能够沿上下方向往复移动以通过刺针9针刺多层纤维叠加物。本实施例中，针刺机构8为现有技术，只要能够满足刺针9能够在上下方向往复移动以能够现在多层纤维叠加物上形成多孔结构即可。本实施例中，针刺深度（超出多层纤维毡厚度）为0.5-2mm，针刺动程40-60mm。刺针9上下往复移动时，多层纤维毡可以间歇步进，也可以连续运动。

在右侧压辊10的右侧设置有喷淋装置（图中未显示），喷淋装置在前后方向设置一列喷头，以在湿纤维毡的前后方向再次喷淋二氧化硅胶液，喷头喷涂的位置为刚从浸胶槽7的二氧化硅胶液中传送出来的湿纤维毡。本实施例中，喷淋装置为现有技术，在此不再赘述。多层纤维叠加物从浸胶槽7中浸胶并传送出形成湿纤维毡。

在浸胶槽7的右侧设置有凝胶传送台11，凝胶传送台11用于在传送湿纤维毡过程中使湿纤维毡凝胶化形成凝胶毡。本实施例中，凝胶传送台11为现有技术，只要能够实现对湿纤维毡进行传送即可。

在凝胶传送台11的右侧设置有收卷装置（图中未显示），收卷装置用于收卷凝胶毡，本实施例中，收卷装置为现有技术，在此不再赘述。

一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，包括以下步骤：

S1：纤维层铺设装置分别传送及铺贴各个纤维层形成多层纤维叠加物，传送装置6向浸胶槽7连续化供应展开多层纤维叠加物。

多层纤维叠加物包括下层纤维网胎1、中间连续纤维层2、上层纤维网胎3；上层纤维网胎3与下层纤维网胎1为短切纤维梳理成网网胎或者气流成网网胎；纤维网胎为自碳纤维网胎、玻璃纤维网胎、预氧丝纤维网胎、石英纤维网胎、硅酸铝纤维网胎中的一种；中间连续纤维层2为连续长纤维或连续纤维织物，能够提高多层纤维毡整体的抗拉伸性能。

下层纤维网胎1、上层纤维网胎3通过梳理机成型，并通过与梳理机传动连接的传送带传送至传送装置的上表面；中间连续纤维层2为既有纤维层，通过放卷辊对中间连续纤维层2进行放卷并传送至传送装置的上表面。

S2：多层纤维叠加物经过浸胶槽7，压辊10将多层纤维叠加物压入二氧化硅胶液中，针刺机构8在浸胶槽7上下往复移动对浸胶槽7中的多层纤维叠加物进行针刺，得到结合有二氧化硅胶液的湿纤维毡。

通过喷淋装置对浸渍后的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶，使湿纤维毡浸渍二氧化硅溶胶更加充分。

S3：湿纤维毡经过凝胶传送台11，在传送过程中溶胶发生凝胶化形成凝胶毡。

本发明中，二氧化硅溶胶的配置步骤包括：取硅源、乙醇和水混合均匀，然后加入催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；其中，以摩尔比计，按照硅源∶乙醇∶水=1∶（2~60）∶（0.05~30）混合得到；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，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。；催化剂还可包括酸性催化剂。

本发明中，多层纤维叠加物是通过纤维层铺设装置在传送状态下铺贴临时形成，在浸胶槽7中对多层纤维叠加物进行针刺，具有以下作用：第一，多层纤维叠加物在针刺过程中受到刺针9的作用相互缠结或抱合形成稳固结构，增加了多层纤维叠加物各纤维层之间的连接紧密程度；第二，刺针9在上下移动过程中在多层纤维叠加物上形成多孔结构，并且刺针9的上下移动能够带动浸胶槽7中二氧化硅胶液上下移动，从而使二氧化硅胶液浸渍到多层纤维叠加物上的多孔结构中，使二氧化硅胶液更加充分的与多层纤维毡结合；第三，针刺过程中产生一定的震动，震动能够击破在浸渍过程中二氧化硅胶液在多层纤维叠加物上产生的气泡，从而避免气泡的存在导致二氧化硅胶液无法充分的浸润多层纤维叠加物。以上，本发明的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置能够保证二氧化硅溶胶与纤维叠加物进行充分结合，保证生成的二氧化硅气凝胶毡具有较高的质量。

上述实施例中，所述压辊至少设置有两根，相邻两根压辊之间设有针刺机构；其他实施例中，压辊还可以设置左右间隔设置3根、4根等。

上述实施例中，所述浸胶槽连通设置有二氧化硅溶胶补充罐；其他实施例中，二氧化硅溶胶补充罐还可以不设置，此时通过手动往浸胶槽中添加二氧化硅溶胶以保证二氧化硅溶胶液面维持在一定高度。

上述实施例中，所述多层纤维叠加物包括下层纤维网胎、中间连续纤维层、上层纤维网胎，所述纤维放卷装置包括下层纤维网胎成型装置、中间连续纤维层放卷装置、上层纤维网胎成型装置；其他实施例中，多层纤维叠加物可按照纤维网胎层-连续纤维层-纤维网胎层-连续纤维层-纤维网胎层……纤维网胎层进行多层叠加。此时，应对连续纤维层对应设置放卷装置，应对纤维网胎层设置纤维网胎成型装置。

Claims (8)

1.一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置，其特征是，包括：

纤维层铺设装置：用于将多层纤维层在传送状态下铺设为多层纤维叠加物；

传送装置：用于对多层纤维叠加物进行传送；

浸胶槽：盛装有二氧化硅溶胶；

压辊：压辊设置在浸胶槽中，通过压辊将多层纤维叠加物压至二氧化硅溶胶液面以下；

针刺机构：包括多根刺针，针刺机构能够在上下方向往复移动以通过刺针针刺浸胶槽中的多层纤维叠加物，形成湿纤维毡；

凝胶传送台：用于湿纤维毡的传送和凝胶；

所述压辊至少设置有两根，针刺机构设置于相邻的两压辊之间；

刺针在上下移动过程中在多层纤维叠加物上形成多孔结构，并且刺针的上下移动能够带动浸胶槽中二氧化硅胶液上下移动，从而使二氧化硅胶液浸渍到多层纤维叠加物上的多孔结构中，使二氧化硅胶液更加充分的与多层纤维叠加物结合。

2.根据权利要求1所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置，其特征是，所述浸胶槽连通设置有二氧化硅溶胶补充罐。

3.根据权利要求1所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置，其特征是，所述多层纤维叠加物包括下层纤维网胎、中间连续纤维层、上层纤维网胎，所述纤维层铺设装置包括下层纤维网胎输送装置、中间连续纤维层放卷装置、上层纤维网胎输送装置。

4.一种采用权利要求1-3中任一项所述的连续化制备二氧化硅凝胶毡的装置连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：纤维层铺设装置分别传送及铺设各纤维层形成多层纤维叠加物，传送装置向浸胶槽连续化供应展开多层纤维叠加物；

S2：多层纤维叠加物经过盛装二氧化硅溶胶的浸胶槽，压辊将多层纤维叠加物压入二氧化硅胶液中，针刺机构上下往复移动对浸胶槽中的多层纤维叠加物进行针刺，得到结合有二氧化硅胶液的湿纤维毡；

S3：湿纤维毡经过凝胶传送台，在传送过程中溶胶发生凝胶化形成凝胶毡。

5.根据权利要求4所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，其特征是，对浸渍后的湿纤维毡表面喷淋二氧化硅溶胶。

6.根据权利要求4或5所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，其特征是，所述二氧化硅溶胶为经过凝胶催化剂催化后的二氧化硅溶胶；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；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；所述凝胶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。

7.根据权利要求4或5所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，其特征是，所述多层纤维叠加物包括下层纤维网胎、中间连续纤维层、上层纤维网胎；上层纤维网胎与下层纤维网胎为短切纤维梳理成网网胎或者气流成网网胎。

8.根据权利要求7所述的一种连续化制备二氧化硅凝胶毡的方法，其特征是，所述上层纤维网胎和下层纤维网胎为选自碳纤维网胎、玻璃纤维网胎、预氧丝纤维网胎、石英纤维网胎、硅酸铝纤维网胎中的一种；所述中间连续纤维层为连续长纤维或连续纤维织物。