CN117209182A - 一种大颗粒气凝胶复合材料、制备方法、造球机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大颗粒气凝胶复合材料、制备方法、造球机，大颗粒气凝胶复合材料由气凝胶颗粒通过粘结剂粘合而成，气凝胶颗粒的粒径为15～50μm，大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。大颗粒气凝胶复合材料的制备方法为：将气凝胶粉末和预热的粘结剂粉末分别以一定的速率注入转动的造球机滚筒内，通过红外热源使粘结剂熔化，熔化的粘结剂使气凝胶团聚成球形成大颗粒气凝胶复合材料并自造球机中飞出。本发明制备的大颗粒气凝胶复合材料的韧度和强度都有大大提升，将其通过加热熔融复合在纤维上可以制备不掉粉的气凝胶毛毡，大大提高了使用方便性。且制备方法简单高效，可以实现大颗粒气凝胶复合材料的连续制备。
Description
技术领域
本发明涉及气凝胶复合材料技术领域，具体涉及一种大颗粒气凝胶复合材料、制备方法、造球机。
背景技术
SiO2气凝胶是一种轻质多孔的无机非金属材料，是由SiO2粒子构建而成，具有三维纳米网络结构，孔隙率在80％～99.8％之间，属于介孔结构，因此具备高的比表面积、低的导热系数、低密度、超绝缘和超低介电常数等性质，在催化、保温、电子等领域都有者广泛的应用。
正是由于它的孔隙率较高，导致强度和韧性以及密度都比较低，且都是疏水亲油的颗粒，因此在实际使用过程中比较困难，必须要和其他材料进行复合，比如气凝胶隔热板、气凝胶薄膜、气凝胶毡和气凝胶剥离等。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种大颗粒气凝胶复合材料、制备方法以及用于大颗粒气凝胶复合材料制备的造球机，制备方法简单高效，制备得到的大颗粒气凝胶复合材料韧性和强度都大大提升。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种大颗粒气凝胶复合材料，由气凝胶颗粒通过粘结剂粘合而成，所述气凝胶颗粒的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。
第二方面，本发明提供了一种大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，将气凝胶粉末和预热的粘结剂粉末分别以一定的速率注入转动的造球机内，通过红外热源使粘结剂熔化，熔化的粘结剂使气凝胶颗粒团聚成球形成大颗粒气凝胶复合材料并自造球机中飞出。
进一步，将粘结剂粉末注入造球机前，先将造球机的滚筒内壁上涂上不粘涂料。
进一步，所述造球机的转动速度为30～120r/min，滚筒盘的倾角为60～80℃。
进一步，所述粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乳酸、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺中的一种或多种。
进一步，注入速率以单位时间内注入粉末的体积比计，所述气凝胶粉末与所述粘结剂粉末的注入速率比为5:2～4。
进一步，所述粘结剂粉末中粘结剂颗粒的粒径为气凝胶粉末中气凝胶颗粒粒径的10～20％。
进一步，所述气凝胶颗粒的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。
第三方面，本发明提供了一种用于制备大颗粒气凝胶复合材料的造球机，包括滚筒盘和气凝胶料槽，所述滚筒盘上设有滚筒以及分别与所述滚筒连通的第一进料口和出料孔，所述气凝胶料槽与所述第一进料口连通，还包括粘结剂料槽和红外热源，所述粘结剂料槽通过设置在所述滚筒盘上的第二进料口与所述滚筒连通，所述粘结剂料槽内设有可加热电动螺杆用于对粘结剂粉末进行预热并进料，所述红外热源设置在所述滚筒内。
进一步，所述滚筒的内壁上设有不粘涂层。
本发明的有益效果是：本发明制备的大颗粒气凝胶复合材料的韧度和强度都有大大提升，将其通过加热熔融复合在纤维上可以制备不掉粉的气凝胶毛毡，也可以作为轻集料加入到泡沫混凝土例提升其保温隔热效果，大大提高了使用方便性。且制备方法简单高效，可以实现大颗粒气凝胶复合材料的连续制备。
附图说明
图1为本发明实施例1的大颗粒气凝胶复合材料的结构示意图；
图2为本发明实施例3中用于制备大颗粒气凝胶复合材料的造球机的结构示意图。
其中，1、电机，2、可加热电动螺杆，3、粘结剂料槽，4、出料孔，5、红外热源，6、不粘涂层，7、气凝胶料槽，8、粘结剂，9、气凝胶颗粒。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
由于气凝胶颗粒强度和韧性较低，在与其他材料复合的过程中，气凝胶颗粒粉体容易脱落或扬尘，利用率较低。发明人通过干法复合，通过粘结分体将气凝胶颗粒粘结形成大颗粒气凝胶复合材料。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种大颗粒气凝胶复合材料，由气凝胶颗粒9通过粘结剂8粘合而成，所述气凝胶颗粒9的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。相比同等粒径大小的气凝胶颗粒，本实施例的大颗粒气凝胶复合材料的韧度和强度都有大大提升，将其通过加热熔融复合在纤维上可以制备不掉粉的气凝胶毛毡，也可以作为轻集料加入到泡沫混凝土例提升其保温隔热效果，大大提高了使用方便性。
实施例2
本实施例提供了实施例1的大颗粒凝胶复合材料的制备方法。首先，将粘结剂粉末预热，然后将预热的粘结剂粉末和气凝胶粉末分别以一定的速率注入转动的造球机滚筒内，控制造球机的转动速度，用红外热源照射，控制红外热源的温度以使预热的粘结剂粉末开始熔化产生粘结性，熔化的粘结剂使气凝胶颗粒团聚成球形成大颗粒气凝胶复合材料，当大颗粒气凝胶复合材料达到一定质量时，便开始做离心运动，从造球机上的出料孔飞出，采用本发明的方法可以连续制备实施例1中的大颗粒气凝胶复合材料，并且可以通过滚筒和出料孔的直径，控制制备得到的大颗粒气凝胶复合材料的粒径，气凝胶和粘结剂的进料速度也可以根据滚筒的直径变化而变化，该方法简单高效。
在一些优选方案中，先将造球机的滚筒内壁涂上不粘涂料，待不粘涂料和滚筒内壁紧密结合后，再将预热的粘结剂注入造球机滚筒，防止粘结剂粘在造球机的滚筒内壁上。不粘涂料选择现有的不粘涂料，如四氟乙烯全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)和四氟乙烯六氟丙烯共聚物(FEP)，但不限于此，可以选择一种或任意集中涂料的组合。
优选的，粘结剂预热的温度应低于粘结剂的熔点，以使粉末顺利进入造球机滚筒。
在一些优选方案中，所述造球机的转动速度为30～120r/min，滚筒盘的倾角为60～80℃。
优选的，所述粘结剂可选乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乳酸(PLA)、聚苯乙烯(PS)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)等但不限于此，可选其中任一种或几种的组合。
优选的，注入速率以单位时间内注入粉末的体积比计，所述气凝胶粉末与所述粘结剂粉末的注入速率比为5:2～4。
优选的，所述粘结剂粉末中粘结剂颗粒的粒径为气凝胶粉末中气凝胶颗粒粒径的10～20％。
优选的，所述气凝胶颗粒的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。
实施例3
本实施例提供了一种用于制备实施例2中大颗粒气凝胶复合材料的造球机，包括滚筒盘和气凝胶料槽7，所述滚筒盘上设有滚筒以及分别与所述滚筒连通的第一进料口和出料孔4，所述气凝胶料槽7与所述第一进料口连通，还包括粘结剂料槽3和红外热源5，所述粘结剂料槽3通过设置在所述滚筒盘上的第二进料口与所述滚筒连通，所述粘结剂料槽3内设有可加热电动螺杆2用于对粘结剂粉末进行预热并进料，所述红外热源5设置在所述滚筒内。其中可加热电动螺杆2一端与电机1连接带动其转动。
进一步，所述滚筒的内壁上设有不粘涂层6。
关于气凝胶粉末、粘结剂粉末、不粘涂层6的涂料等的选择均同实施例2。
本实施例的造球机的使用方法及工作原理为：分别将气凝胶粉末和粘结剂粉末加在气凝胶料槽7和粘结剂料槽3内，根据滚筒的直径以及需要制备的大颗粒气凝胶复合材料的粒径分别设置气凝胶粉末和粘结剂粉末的进料速度以及出料孔4的口径，启动造球机和红外热源5，粘结剂料槽3内的可加热电动螺杆2可以对粘结剂粉末进行预热，控制预热的温度低于粘结剂的熔点，避免粘结剂粉末熔化粘在可加热电动螺杆2上，进入滚筒后，红外热源5使粘结剂熔化产生粘性，使气凝胶颗粒9团聚成球形成大颗粒气凝胶复合材料，当大颗粒气凝胶复合材料达到一定质量时，便开始做离心运动，从造球机上的出料孔4飞出。使用过程中，将造球机的转动速度控制在30～120r/min，滚筒盘的倾角在60～80℃之间。造球机的滚筒的直径可以根据使用环境调整，气凝胶粉末和粘结剂粉末的进料速度也可以根据滚筒的直径变化调整。该造球机结构简单，可以连续制备实施例1中的大颗粒气凝胶复合材料，制备效率高。
应用例1
采用以下步骤制备大颗粒气凝胶复合材料：选用熔点最低的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA，熔点：70℃)作为粘结剂8，与粒径为15～50μm气凝胶材料复合。将EVA粉末放进粘结剂料槽3内，气凝胶粉末放进气凝胶料槽7内，保证两者的量充足，然后将可加热电动螺杆2的温度设置在65℃左右，略微低于熔点，以免粉末熔融粘在螺杆上，造球机的直径为400mm，启动造球机和中间的红外热源5，控制造球机滚筒转动的速度为40～50r/min，之后控制气凝胶的注入速度，大约为0.5L/min，然后通过电机1转动来控制可加热电动螺杆2的转动速率，进而来控制粘结剂粉末的注入速度，粘结剂的注入速度应低于气凝胶的注入速度，大约控制在0.2L/min左右，预热的粘结剂8在红外热源5的作用下产生粘性，在做圆周运动的过程中全部粘在气凝胶颗粒9的表面，如此气凝胶颗粒9之间就会相互粘结，团聚成球，在做圆周运动的过程中不断粘结，质量缓慢增大，当质量达到一定程度时，就会做离心运动，从侧方的出料孔4中飞出，以此达到连续制备的过程。
由于EVA粉末达到熔融状态自身粘性比较大，只有一部分附着在气凝胶颗粒9上。
应用例2
采用以下步骤制备大颗粒气凝胶复合材料：选用聚乳酸(PLA，熔点：155～185℃)作为粘结剂，与粒径为15～50μm气凝胶材料复合。将PLA粉末放进粘结剂料槽3内，气凝胶粉末放进气凝胶料槽7内，保证两者的量充足，然后将可加热电动螺杆2的温度设置在150℃左右，略微低于熔点，以免粉末熔融粘在螺杆上，造球机的直径为400mm，启动造球机和中间的红外热源5，由于PLA密度较大，所以控制造球机滚筒转动的速度为100～120r/min，之后控制气凝胶的注入速度，大约为0.5L/min，然后通过电机1转动来控制可加热电动螺杆2的转动速率，进而来控制粘结剂粉末的注入速度，粘结剂的注入速度应低于气凝胶的注入速度，大约控制在0.2L/min左右，预热的粘结剂在红外热源5的作用下产生粘性，在做圆周运动的过程中全部粘在气凝胶颗粒9的表面，如此气凝胶颗粒9之间就会相互粘结，团聚成球，在做圆周运动的过程中不断粘结，质量缓慢增大，当质量达到一定程度时，就会做离心运动，从侧方的出料孔4中飞出，以此达到连续制备的过程。
应用例3
采用以下步骤制备大颗粒气凝胶复合材料：选用聚苯乙烯(PS，熔点：166℃)作为粘结剂，与粒径为15～50μm气凝胶材料复合。将PS粉末放进粘结剂料槽3内，气凝胶粉末放进气凝胶料槽7里，保证两者的量充足，然后将可加热电动螺杆2的温度设置在160℃左右，略微低于熔点，以免粉末熔融粘在螺杆上，造球机的滚筒直径为400mm，启动造球机和中间的红外热源5，控制造球机滚筒转动的速度为60～80r/min，之后控制气凝胶的注入速度，大约为0.5L/min，然后通过电机1转动来控制可加热电动螺杆2的转动速率，进而来控制粘结剂粉末的注入速度，粘结剂粉末的注入速度应低于气凝胶的注入速度，大约控制在0.2L/min左右，预热的粘结剂在红外热源5的作用下产生粘性，在做圆周运动的过程中全部粘在气凝胶颗粒9的表面，如此气凝胶颗粒9之间就会相互粘结，团聚成球，在做圆周运动的过程中不断粘结，质量缓慢增大，当质量达到一定程度时，就会做离心运动，从侧方的出料孔4中飞出，以此达到连续制备的过程。
实施例4
采用以下步骤制备大颗粒气凝胶复合材料：选用热塑性聚氨酯(TPU，熔点：190～200℃)作为粘结剂，与粒径为15～50μm气凝胶材料复合。将PS粉末放进粘结剂料槽3内，气凝胶粉末放进气凝胶料槽7内，保证两者的量充足，然后将可加热的螺杆的温度设置在190℃左右，略微低于熔点，以免粉末熔融粘在螺杆上，造球机的滚筒直径为400mm，启动造球机和中间的红外热源5，控制造球机滚筒转动的速度为60～80r/min，之后控制气凝胶的注入速度，大约为0.5L/min，然后通过电机1转动来控制可加热电动螺杆2的转动速率，进而来控制粘结剂粉末的注入速度，粘结剂粉末的注入速度应低于气凝胶的注入速度，大约控制在0.2L/min左右，预热的粘结剂在红外热源5的作用下产生粘性，在做圆周运动的过程中全部粘在气凝胶颗粒9的表面，如此气凝胶颗粒9之间就会相互粘结，团聚成球，在做圆周运动的过程中不断粘结，质量缓慢增大，当质量达到一定程度时，就会做离心运动，从侧方的出料孔4中飞出，以此达到连续制备的过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)
1.一种大颗粒气凝胶复合材料，其特征在于，由气凝胶颗粒(9)通过粘结剂(8)粘合而成，所述气凝胶颗粒(9)的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。
2.一种大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，将气凝胶粉末和预热的粘结剂粉末分别以一定的速率注入转动的造球机滚筒内，通过红外热源使粘结剂熔化，熔化的粘结剂使气凝胶颗粒团聚成球形成大颗粒气凝胶复合材料并自造球机中飞出。
3.根据权利要求2所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，将粘结剂粉末注入造球机前，先将造球机滚筒内壁上涂上不粘涂料。
4.根据权利要求2所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述造球机的转动速度为30～120r/min，滚筒盘的倾角为60～80℃。
5.根据权利要求2所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乳酸、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，注入速率以单位时间内注入粉末的体积比计，所述气凝胶粉末与所述粘结剂粉末的注入速率比为5:2～4。
7.根据权利要求6所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂粉末中粘结剂颗粒的粒径为气凝胶粉末中气凝胶颗粒粒径的10～20％。
8.根据权利要求2所述的大颗粒气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述气凝胶颗粒的粒径为15～50μm，所述大颗粒气凝胶复合材料的粒径为0.5～1cm。
9.一种用于制备大颗粒气凝胶复合材料的造球机，包括滚筒盘和气凝胶料槽(7)，所述滚筒盘上设有滚筒以及分别与所述滚筒连通的第一进料口和出料孔(4)，所述气凝胶料槽(7)与所述第一进料口连通，其特征在于，还包括粘结剂料槽(3)和红外热源(5)，所述粘结剂料槽(3)通过设置在所述滚筒盘上的第二进料口与所述滚筒连通，所述粘结剂料槽(3)内设有可加热电动螺杆(2)用于对粘结剂粉末进行预热并进料，所述红外热源(5)设置在所述滚筒内。
10.根据权利要求9所述的用于制备大颗粒气凝胶复合材料的造球机，其特征在于，所述滚筒的内壁上设有不粘涂层(6)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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