TWI743082B - 包含強化氣凝膠複合材料之積層體 - Google Patents

包含強化氣凝膠複合材料之積層體 Download PDF

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TWI743082B
TWI743082B TW106103544A TW106103544A TWI743082B TW I743082 B TWI743082 B TW I743082B TW 106103544 A TW106103544 A TW 106103544A TW 106103544 A TW106103544 A TW 106103544A TW I743082 B TWI743082 B TW I743082B
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萊斯利 里克李恩
麥可 馬札爾
艾里克 歐布萊恩
大衛 米哈爾席克
歐文 伊凡斯
尼可拉斯 札菲羅普羅斯
喬治 古爾德
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美商阿斯彭氣凝膠股份有限公司
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Abstract

本案的說明為氣凝膠複合材料。該氣凝膠複合材料包含具有一頂部表面和一底部表面的至少一基底層，該基底層包含一強化氣凝膠組成物和一單塊強化氣凝膠框架，該組成物包含一強化材料、一第一面層，其包含接附至該基底層的該頂部表面的一第一面材料、以及一第二面層，其包含接附至該基底層的該底部表面的一第二面材料。該基底層的單塊氣凝膠框架的至少一部分皆延伸至該第一面層和該第二面層兩者的至少一部分。該第一面材料和該第二面材料基本上各自由氟聚合物材料所組成。

Description

包含強化氣凝膠複合材料之積層體
相關申請案之交互參照 本申請案主張於2016年1月27日提申之美國臨時專利申請號62/287,762之優先權，其整體內容係以參照方式併入本案。
本發明係有關於包含強化氣凝膠複合材料之積層體。
背景 低密度氣凝膠材料被廣泛地認為是可用的最佳固體絕緣體。氣凝膠主要藉由最小化的傳導(低結構密度導致經由固體框架的能量轉移的曲折路徑)、對流(較大細孔體積和非常小的孔徑造成最小的對流)，以及輻射(IR吸收或散射的摻雜物係容易地分散在整個氣凝膠基質)作為絕緣體。氣凝膠可用於廣泛的應用，包括：加熱和冷卻絕緣、聲音絕緣、電子介電層、航太、能源儲存和生產、和過濾。再者，氣凝膠材料展示許多其他有趣的聲學、光學、機械、和化學性質，使其在各式絕緣和非絕緣的應用中非常有用。
發明概要 在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供耐用且易於處理的氣凝膠材料或組成物。在一具體例中，該氣凝膠組成物為強化氣凝膠組成物，其為有彈性、回彈性、和自支撐。在一具體例中，該氣凝膠組成物為發泡體-強化氣凝膠組成物，其為有彈性、回彈性、和自支撐。在一具體例中，該氣凝膠組成物為發泡體-強化氣凝膠組成物，其與至少一面片材積層，其中得到的積層複合材料為有彈性、回彈性、和自支撐。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供氣凝膠複合材料，其包含：包含強化氣凝膠組成物和氣凝膠框架的至少一基底層，其中該強化氣凝膠組成物包含強化材料，其中該基底層具有一頂部表面和一底部表面；以及至少一面層接附至該基底層的至少一表面。在一具體例中，該基底層的該氣凝膠框架的至少一部分延伸至該面層的該氣凝膠框架的至少一部分。在一具體例中，該面層包含集成在該面材料內的氣凝膠框架；以及該基底層的該氣凝膠框架的至少一部分與該面層的該氣凝膠框架的至少一部分為連續。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供氣凝膠複合材料，其包含：包含強化氣凝膠組成物和氣凝膠框架的至少一基底層，其中該強化氣凝膠組成物包含強化材料，其中該基底層具有一頂部表面和一底部表面；以及至少一面層接附至該基底層的該頂部表面，以及至少一面層接附至該基底層的該底部表面。在一具體例中，該基底層的該氣凝膠框架的至少一部分延伸至該頂部面層和該底部面層兩者的至少一部分。在一具體例中，該頂部面層和該底部面層兩者皆包含集成在該面材料內的氣凝膠框架；以及該基底層的該氣凝膠框架的至少一部分與該頂部面層和該底部面層兩者的該氣凝膠框架的至少一部分為連續。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供製備氣凝膠複合材料的方法，其包含：提供包含強化材料和氣凝膠框架的基底層，其中該基底層具有一頂部表面和一底部表面；提供包含一片面材料的面層；以及將該面層接附至該基底層的表面。在一具體例中，該方法包含提供包含數片面材料的至少兩個面層；將一面層接附至該基底層的該頂部表面；以及將一面層接附至該基底層的該底部表面。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供製備氣凝膠複合材料的方法，其包含：提供包含強化材料的基底層，其中該基底層具有一頂部表面和一底部表面；提供包含一片面材料的面層；將該面層接附至該基底層的一表面；提供包含凝膠前驅物材料和溶劑的凝膠前驅物溶液；將該前驅物溶液與該面層接觸，並且允許該凝膠前驅物溶液的至少一部分穿過該面層進入該基底層的該強化材料；允許在該前驅物溶液中的該凝膠前驅物材料轉換成凝膠組成物，形成強化凝膠片材；以及從該強化凝膠片萃取至少一部分的溶劑，以獲得強化氣凝膠複合材料。在一具體例中，該方法包含提供包含一片面材料的至少兩個面層；將一面層接附至該基底層的該頂部表面，以及將一面層接附至該基底層的該底部表面；提供包含凝膠前驅物材料和溶劑的凝膠前驅物溶液；將該前驅物溶液與該頂部面層接觸；允許該凝膠前驅物溶液的至少一部分穿過該頂部面層進入該基底層的該強化材料；以及允許該凝膠前驅物溶液的至少一部分穿過該頂部面層以及穿過該基底層進入該底部面層。
在一具體例中，將該面層接附至該基底層表面的步驟產生強化材料的積層片材；以及在配送該前驅物溶液至該積層片材的面層上之前，將該強化材料的積層片材配送至一移動元件上。在一具體例中，將該面層接附至該基底層表面的步驟產生強化材料的積層片材；在配送該前驅物溶液至帶有容器的積層片材的面層上之前，將強化材料的積層片材輥壓成預成型捲並放置在容器中。
在一具體例中，該強化材料為發泡體強化材料。在一具體例中，該強化材料為開放氣室發泡體強化材料，其包括網狀的開放氣室發泡體強化材料。在一具體例中，該發泡體強化材料包含聚胺基甲酸酯發泡體或三聚氰胺發泡體。在一具體例中，該強化氣凝膠複合材料具有0.250 g/cc或更少、0.230 g/cc或更少、0.200 g/cc或更少、0.160 g/cc或更少、0.180 g/cc或更少、介於0.140 g/cc和0.250 g/cc之間、或介於0.160 g/cc和0.250 g/cc之間的密度。在一具體例中，該強化氣凝膠複合材料具有26.0 mW/m-K或更少；24.0 mW/m-K或更少；22.0 mW/m-K或更少；20.0 mW/m-K或更少；19.0 mW/m-K或更少；介於12.0 mW/m-K和26.0 mW/m-K之間、介於14.0 mW/m-K和26.0 mW/m-K之間、介於16.0 mW/m-K和26.0 mW/m-K之間、或介於18.0 mW/m-K和26.0 mW/m-K之間的熱導率。
在一具體例中，該面層包含聚合物片材；更明確地，聚合物片材包含聚酯、聚乙烯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚醯胺、醯胺；以及更明確的聚合物，例如聚對苯二甲酸乙二酯、低密度聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚(4-甲基-戊烷)、聚四氟乙烯、聚(1-丁烯)、聚苯乙烯、聚乙烯乙酯、聚氯乙烯、聚二氯亞乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯丙烯腈、聚甲基甲基丙烯酸酯、聚甲醛、聚伸苯硫、纖維素三醋酸酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚己內醯胺、聚六亞甲己二醯胺、聚十一碳醯胺、聚醯亞胺、或其等的組合。在一具體例中，該聚合物片材包含或基本上由膨脹聚合物材料組成；更明確地，膨脹聚合物材料包含PTFE (ePTFE)、膨脹聚丙烯(ePP)、膨脹聚乙烯(ePE)、膨脹聚苯乙烯(ePS)、或其等的組合。在一具體例中，該聚合物片材包含或基本上由微孔聚合物材料所組成，該微孔聚合物材料的特徵在於孔徑範圍介於0.1 µm至210 µm、0.1µm至115µm、0.1µm至15µm、或0.1µm至0.6µm之間。
在一具體例中，該面層材料包含或基本上由氟聚合物材料組成；更明確地，氟聚合物材料包含聚四氟乙烯(PTFE)；在美國專利號5814405中說明的微孔PTFE；膨脹PTFE (ePTFE)，例如Gore-Tex® (由W.L. GORE取得)；聚氟乙烯(PVF)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；全氟烷氧基(PFA)；聚氟乙烯丙烯(FEP)；聚氯三氟乙烯(PCTFE)；乙烯-四氟乙烯(ETFE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)；或其等的組合。
在一具體例中，該面層材料包含或基本上由非氟聚合物材料組成；更明確地，非氟聚合物材料包含鍍鋁聚酯樹脂；低密度聚乙烯，例如Tyvek® (由DuPont取得)；橡膠或橡膠複合材料；彈性纖維，例如聚氨酯彈性纖維(spandex)、尼龍(nylon)、萊卡(lycra)或氨綸(elastane)；或其等的組合。在一具體例中，該面材料為有彈性的面材料。在一具體例中，該面材料係由包含聚氨酯彈性纖維、尼龍、萊卡、氨綸、或其等的組合的彈性纖維製成。在一具體例中，該面材料為流體可滲透的面材料。
在一具體例中，該面層係藉由黏著劑或非黏性機制接附至該基底層。在一具體例中，該黏著劑包含氣溶膠黏著劑、以胺基甲酸酯為主的黏著劑、丙烯酸酯黏著劑、熱熔黏著劑、環氧樹脂、橡膠樹脂黏著劑、或聚胺基甲酸酯複合材料黏著劑。在一具體例中，非黏性機制包含縫合、密封袋、鉚釘、鈕扣、夾具、纏繞、或支撐線。
在一個一般態樣中本發明揭示內容可提供製備氣凝膠組成物的方法，其包含下列步驟：提供一塊包含發泡體強化材料的強化氣凝膠；將該強化氣凝膠塊暴露至削皮或車床剝皮設備；允許該削皮或車床剝皮設備從強化氣凝膠塊去除強化氣凝膠材料的連續片材，藉此產生強化氣凝膠片材。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供製備氣凝膠組成物的方法，其包含下列步驟：在容器內放置包含發泡體強化材料的數片強化氣凝膠；提供包含凝膠前驅物材料和溶劑的前驅物溶液；將該凝膠前驅物溶液配送至該容器內並允許該凝膠前驅物滲入在該容器內的該發泡體強化材料片材；允許在該前驅物溶液中的該凝膠前驅物材料轉換成凝膠組成物，形成一塊強化凝膠材料；將該強化氣凝膠塊暴露至削皮或車床剝皮設備；允許該削皮或車床剝皮設備從該強化氣凝膠塊去除強化氣凝膠材料的連續片材，藉此產生一片強化氣凝膠；以及從該強化凝膠材料片材萃取至少一部分的溶劑，以獲得一片強化氣凝膠。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供製備氣凝膠組成物的方法，其包含下列步驟：在容器內放置包含發泡體強化材料的數片強化氣凝膠；提供包含凝膠前驅物材料和溶劑的前驅物溶液；將該凝膠前驅物溶液配送至該容器內並允許該凝膠前驅物滲入在該容器內的該發泡體強化材料片材；允許在該前驅物溶液中的該凝膠前驅物材料轉換成凝膠組成物，形成一塊強化凝膠材料；從該強化凝膠材料塊萃取至少一部分的溶劑，以獲得強化氣凝膠塊；將該強化氣凝膠材料塊暴露至削皮或車床剝皮設備；以及允許該削皮或車床剝皮設備從該強化氣凝膠材料塊去除強化氣凝膠材料的連續片材，藉此產生一片強化氣凝膠。
在一個一般態樣中，本發明揭示內容可提供製備氣凝膠組成物的方法，其包含下列步驟：提供包含發泡體強化材料的一片強化氣凝膠；將該強化氣凝膠材料片材加熱至目標溫度；在該加熱步驟之前、期間、或之後將該強化氣凝膠材料片材模製或成型；以及允許該模製或成型的強化氣凝膠材料片材冷卻，俾使該強化氣凝膠材料片材在冷卻之後維持模製的形狀。在一具體例中，該目標溫度為介於50°C和200°C之間、介於75°C和200°C之間、介於100°C和175°C之間、介於120°C和160°C之間、或約150°C。在一具體例中，該目標溫度為高於發泡體強化材料的軟化點並低於發泡體強化材料的最大使用溫度之溫度。
詳細說明 氣凝膠為帶有包含互連結構的框架之開孔的多孔材料的類型，細孔的相應網絡集成在該框架內，以及在主要包含例如空氣的氣體之細孔網絡內的間隙相。氣凝膠通常特徵在於低密度、高孔隙率、大表面積、和小孔徑。氣凝膠可以藉由其物理和結構性質與其它多孔材料區分。
氣凝膠亦可能極為易脆並且難以處理。低密度氣凝膠的脆性可能在生產和加工過程中存在顯著的複雜性，其可顯著地限制這些材料的大規模製造。由於粉塵、破裂或結構降解的考量，氣凝膠的脆性亦可能使氣凝膠材料的滴入和施加變得困難。因此對於開發有彈性、耐久性的和易於處理的氣凝膠組成物存在需求。
解決低密度氣凝膠脆性的一方案是以更剛性或回彈性材料來強化生產氣凝膠材料。這些強化材料可包括聚合物黏結劑、黏著劑膠水、纖維或纖維墊子、密封封袋、水泥、和發泡體。然而，當相較於單獨的單塊氣凝膠時，許多強化複合材料氣凝膠遭受顯著劣化的絕熱性能之害。強化複合材料氣凝膠在濕或高溫條件下亦可具有較差的穩定性，以及對於許多用途來說彈性不足。許多強化材料無法完全解決與氣凝膠材料的粉塵、破裂或結構降解有關的問題。再者，強化材料通常為昂貴的並且難以取得，在市售產品的大規模製造和銷售操作期間呈現顯著的複雜性和缺點。
因此，對於開發有彈性、耐久性、易於處理、和抗粉塵、抗破裂和抗一般結構降解的強化氣凝膠組成物存在需求。對於可經由大規模製造容易地生產，並且可有效地應用於廣泛的絕緣應用之廉價的強化氣凝膠組成物的開發亦存在需求。
在本揭示內容的上下文中，術語「氣凝膠」或「氣凝膠材料」指包含帶有集成在該框架內的互連細孔相應網絡之互連結構框架的凝膠，以及包含例如空氣的氣體作為分散的間隙介質；以及其特徵在於可歸因氣凝膠的下列物理和結構性質(根據氮的孔隙度測試)：(a)從約2 nm至約100 nm範圍之間的平均細孔直徑，(b)至少80%或更多的孔隙率，以及(c)約20 m2 /g或更多的表面積。
於是本揭示內容的氣凝膠材料包括任何氣凝膠或滿足在前面段落中闡述定義元素的其它開孔化合物；包括另外歸類為乾凝膠、冷凍凝膠、二元凝膠(ambigels)、微孔材料、和類似物的化合物。
氣凝膠材料亦可進一步由額外的物理性質表徵，其包括：(d)約2.0 mL/g或更多、較佳地約3.0 mL/g或更多的細孔體積；(e)約0.50 g/cc或更少、較佳地約0.25 g/cc或更少的密度；以及(f)至少50%的總細孔體積包含具有介於2和50 nm之間的細孔直徑；儘管作為氣凝膠材料的化合物特徵不需要滿足這些額外的性質。
在本揭示內容的上下文中，術語「創新的處理和萃取技術」指以引起低細孔塌陷和凝膠的框架結構低收縮的方式，在濕凝膠材料中以例如空氣的氣體取代液態間隙相的方法。乾燥技術，例如環境壓力蒸發，在蒸發或去除的間隙相液體-蒸氣介面處經常引起強毛細壓力和其他質量轉移限制。由液體-蒸發或移除產生的強毛細力可導致在凝膠材料內顯著的細孔收縮和框架塌陷。在液體間隙相萃取期間使用創新的處理和萃取技術減少在液相萃取期間毛細力對凝膠的細孔和框架之負面影響。
在某些具體例中，創新的處理和萃取技術使用接近臨界或超臨界流體，或接近臨界或超臨界條件，從濕凝膠材料萃取液體間隙相。此可藉由在接近或高於液體或液體混合物的臨界點從凝膠中去除液體間隙相來實現。共溶劑和溶劑交換可用於最佳化近臨界或超臨界流體的萃取製程。
在本揭示內容的上下文中，術語「框架」或「框架結構」指形成凝膠或氣凝膠的固體結構之互連低聚物、聚合物或膠體顆粒的網絡。構成該框架結構的該聚合物或顆粒通常具有約100埃的直徑。然而，本揭示內容的框架結構亦可包括在凝膠或氣凝膠內形成固體結構的所有直徑尺寸的互連低聚物、聚合物或膠體顆粒的網絡。再者，術語「以氧化矽為主的氣凝膠」或「以氧化矽為主的框架」指在氣凝膠框架中，在凝膠或氣凝膠內形成固體框架結構之氧化矽包含至少50% (按重量)的低聚物、聚合物或膠體顆粒。
在本揭示內容的上下文中，術語「氣凝膠組成物」指包括作為複合材料成分之氣凝膠材料的任何複合材料。氣凝膠組成物的例子包括，但不限於：纖維-強化氣凝膠複合材料；氣凝膠複合材料包括添加元素，例如乳白劑；氣凝膠-發泡體複合材料；氣凝膠-聚合物複合材料；以及將氣凝膠微粒、顆粒、細粒、細珠、或粉末併入固體或半固體材料的複合材料，例如黏結劑、樹脂、水泥、發泡體、聚合物、或類似固體的材料。
在本發明的上下文中，術語「發泡體」指包含互連聚合物結構的一框架的材料，其帶有互連細孔的相應網絡或集成在框架內的獨立細孔的集合，並且包含例如空氣的氣體作為在發泡體的細孔內分散的介質；以及其具有高於300 nm的平均細孔直徑。
另外，術語「發泡體」可指包含由分散作用形成的多孔固體材料，其中大部分的氣體體積以氣泡的形式分散至液體、固體或凝膠，其中該氣泡通常係藉由固體顆粒或藉由可溶性物質穩定。一般而言，發泡體可使用各式各樣的製程製造—參見，舉例來說，美國專利號6,147,134；5,889,071；6,187,831；以及5,229,429。
在發泡體框架內的細孔亦可指為氣室(cells)。氣室可由氣室壁或薄膜劃分，在發泡體內創建獨立封閉細孔的集合。術語「封閉氣室發泡體」指在發泡體材料中至少50%的細孔體積為由氣室薄膜或氣室壁封閉的密閉氣室。在發泡體中的氣室亦可經由氣室開口互連，在該發泡體內創建互連開孔的網絡。術語「開放氣室發泡體」指在發泡體材料中至少50%的細孔體積為開放氣室。該開放氣室發泡體可包含網狀的開放氣室發泡體、非網狀的開放氣室發泡體、或其等的組合。網狀發泡體為開放氣室發泡體，其係經由消除或刺穿在該發泡體材料內的氣室薄膜的網狀化製程產生。網狀發泡體通常具有比非網狀發泡體更高濃度的開放氣室，但往往更昂貴且不易生產。一般而言，沒有發泡體材料具有完整一類型的氣室結構(開放氣室或封閉氣室)。發泡體可使用各式各樣的製程製造，其包括在美國專利號6147134、5889071、6187831、5229429、4454248，以及美國專利申請號20070213417中提出的發泡體生產製程。
在本發明的上下文中，術語「再結合的發泡體」指將顆粒的集合或數片發泡體材料(通常為製造的廢料)黏結在一起之製程產生的發泡體。可使用各式黏著劑和結合製程，並且所使用的發泡體可在再結合之前研磨或粉碎。發泡體可經由將成為廢棄物的發泡體之使用以再結合的方式降低成本。再結合的發泡體的典型應用是作為地毯襯墊。
在本發明的上下文中，術語「單塊」指在氣凝膠材料中，包括在氣凝膠材料或組成物中的氣凝膠的大部分(按重量)是以單一的互連氣凝膠奈米結構的形式。單塊氣凝膠結構包括最初形成具有單一的互連凝膠或氣凝膠奈米結構的氣凝膠材料，但其隨後破裂、斷裂或分段成非單一的氣凝膠納米結構。單塊氣凝膠結構與微粒氣凝膠材料不同。術語「微粒氣凝膠材料」指在氣凝膠材料中，包括在氣凝膠材料中的氣凝膠的大部分(按重量)為微粒、顆粒、細粒、細珠、或粉末的形式，其可組合或壓縮在一起，但在各別顆粒之間缺乏互連氣凝膠納米結構。
在本發明的上下文中，術語「強化氣凝膠組成物」指在氣凝膠材料內包含非氣凝膠框架的一部分之強化相的氣凝膠組合物。該強化相可為對該氣凝膠材料提供增加的彈性、回彈力、適應性或結構穩定性的任何材料。公知的強化材料的例子包括，但不限於：開放氣室發泡體強化材料、聚合物強化材料、和纖維強化材料，例如離散的纖維、織物材料、非織造材料、毛絮、棉網、墊子、和毛毯。此外，以纖維為主的強化材料可與其他強化材料的一或多者組合，以及可在該組成物中各處或在有限的較佳部分連續地延展。
在本發明的上下文中，術語「纖維-強化氣凝膠組成物」指包含作為強化相的纖維強化材料的強化氣凝膠組成物。纖維強化材料的例子包括，但不限於，離散的纖維、織造材料、非織造材料、毛絮、棉網、墊子、毛毯、或其等的組合。纖維強化材料可包含一系列的材料、包括但不限於：聚酯、聚烯烴對苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯(例子人造絲、尼龍)、棉、(譬如由DuPont製造的萊卡(Lycra))、碳(譬如石墨)、聚丙烯腈(PAN)、氧化PAN、未碳化熱處理PANs (例如由SGL carbon製造的該等)、以玻璃纖維為主的材料(類似S-玻璃、901玻璃、902玻璃、475玻璃、E-玻璃、)以氧化矽為主的纖維類似石英、(譬如由Saint-Gobain製造的Quartzel)、Q-felt (由Johns Manville製造)、Saffil (由Saffil製造)、Durablanket (由Unifrax製造)以及其他氧化矽纖維、Duraback (由Carborundum製造)、類似Kevlar、Nomex、Sontera的聚芳醯胺纖維(全部由DuPont製造)、Conex (由Taijin製造)、類似Tyvek的聚烯(由DuPont製造)、Dyneema (由DSM製造)、Spectra (由Honeywell製造)、類似Typar、Xavan的其他聚丙烯纖維(兩者皆由DuPont製造)、類似PTFE帶有商品名為鐵氟龍的氟聚合物(由DuPont製造)、Goretex (由W.L. GORE製造)、類似Nicalon的碳化矽纖維(由COI Ceramics製造)、類似Nextel的陶瓷纖維(由3M製造)、丙烯酸聚合物、毛、絲、麻、皮革、絨面纖維、PBO—Zylon纖維(由Tyobo製造)、類似Vectan的液晶材料(由Hoechst製造)、Cambrelle纖維(由DuPont製造)、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、木纖維、硼、鋁、鐵、不銹鋼纖維和類似PEEK，PES，PEI，PEK，PPS的其他熱塑性塑膠。
在本發明的上下文中，術語「發泡體-強化氣凝膠組成物」或「氣凝膠-發泡體複合材料」指包含作為強化相的發泡體強化材料的強化氣凝膠組成物。該發泡體強化材料可包含開放氣室發泡體、封閉氣室發泡體、或其等的組合。用於本發明的適宜發泡體包括，但不限於，由聚合物材料製造的發泡體。例子包括由聚烯、聚胺基甲酸酯、酚醛樹脂、三聚氰胺、乙酸纖維素、和聚苯乙烯製成的發泡體。聚稀烴發泡體為較佳；更佳為聚胺基甲酸酯發泡體。對於非網狀發泡體而言聚醚聚胺基甲酸酯發泡體為較佳；對於網狀發泡體而言聚酯聚胺基甲酸酯發泡體為較佳。用於本發明的聚胺基甲酸酯和多環氧化物發泡體的例子係呈現在美國專利號2117605、3094433、2739134、3112524、2789095、3129191、2811499、3171820、2831820、2920983、3342922、2926390、3386877、2936294、3459274、2993869、3504064、3025200、3506600、3055360、3650993、3057750、3860537、3060137、4252517、3075926、3082611和3090094中。在某些具體例中，三聚氰胺發泡體亦為較佳。用於本發明的三聚氰胺發泡體的例子係呈現在美國專利號8546457、4666948、和WO 2001/094436。該發泡體強化材料可為再結合的發泡體。
在本揭示內容的上下文中，術語「氣凝膠毛毯」或「氣凝膠毛毯組成物」指氣凝膠組成物用強化材料的連續片材強化。氣凝膠毛毯組成物可不同於其他用非連續的纖維或發泡體網絡強化的強化氣凝膠組成物，例如纖維材料的分離積聚物或團塊。氣凝膠毯組合物對於需要彈性的應用特別有用，因為其為高度貼合並且可像毯子一樣用於覆蓋簡單或複雜幾何形狀的表面，同時還保持氣凝膠優異的熱絕緣性質。氣凝膠毛毯組成物和類似纖維-強化氣凝膠組成物係在公開的美國專利申請2002/0094426 (段落12-16、25-27、38-58、60-88)中說明，其係根據個別引用的章節和段落以參照方式併入本案。
在本發明的上下文中，術語「濕凝膠」指在凝膠中在互連細孔網絡內的移動間隙相係主要包含例如傳統溶劑的液相、例如液態二氧化碳的液態氣體、或其等的組合。氣凝膠通常需要濕凝膠的最初生產，接著創新的處理和萃取，以空氣取代在該濕凝膠中的移動液體間隙相，形成乾凝膠。濕凝膠的例子包括，但不限於：醇凝膠、水凝膠、酮凝膠、碳凝膠、以及本領域習知的任何其他濕凝膠。
在本發明的上下文中，術語「添加劑」或「添加元素」指在生產氣凝膠之前、期間、或之後可加至氣凝膠組成物的材料。可加至添加劑以改變或改良在氣凝膠中所欲的性質，或抵消在氣凝膠中非所欲的性質。添加劑通常在凝膠化之前或期間加至氣凝膠材料。添加劑的例子包括，但不限於：微纖維、填充劑、強化劑、穩定劑、增稠劑、彈性化合物、乳白劑、著色劑或色素沉著化合物、輻射吸收化合物、輻射反射化合物、腐蝕抑制劑、導熱成分、相變材料、pH調節劑、氧化還原調節劑、HCN緩和劑、廢氣緩和劑、導電化合物、電介質化合物、磁性化合物、雷達阻絕成分、硬化劑、抗收縮劑、以及本領域習知的其它氣凝膠添加劑。添加劑的其他例子包括煙霧抑制劑和滅火劑。已公開的美國專利申請20070272902 A1 (段落[0008]以及[0010]-[0039])包括煙霧抑制劑和滅火劑的教示，並且根據個別引用的段落以參照方式併入本案。
在本揭示內容的上下文中，術語「有彈性」和「彈性」指氣凝膠材料或組成物可被彎曲或彎折而無巨觀結構失效之能力。較佳地，本揭示內容的氣凝膠組成物能夠彎曲至少5°、至少25°、至少45°、至少65°、或至少85°而無巨觀的失效；及/或具有少於4呎、少於2呎、少於1呎、少於6英吋、少於3英吋、少於2英吋、少於1英吋、或少於½英吋之彎曲半徑而無巨觀失效。同樣的，術語「高度彈性」或「高彈性」指氣凝膠材料或組成物可被彎曲成至少90°及/或具有少於½英吋之彎曲半徑而無巨觀失效。再者，術語「分級彈性」和「分類為彈性」指氣凝膠材料或組成物，其可根據ASTM分類標準C1101 (ASTM International, West Conshohocken, PA)分級為有彈性。
本發明的氣凝膠材料或組成物可為有彈性、高度彈性、及/或分級彈性。本發明的氣凝膠材料或組成物亦可為可懸垂。在本發明的上下文中，術語「可懸垂」和「懸垂性」指氣凝膠材料或組成物以約4英吋或更少的曲率半徑彎曲或彎折成90°或更多而無巨觀結構失效之能力。本發明的氣凝膠材料或組成物較佳為有彈性，俾使該組成物為非剛性並可應用及順應至三維表面或物體，或預成型為各種形狀和構造，以簡化安裝或應用。
在本揭示內容的上下文中，術語「回彈性」和「回彈力」指氣凝膠材料或組成物在經由壓縮、彎折、或彎曲變形之後至少部分地回復至原始的形式或尺寸之能力。回彈力可為完全或部分，以及其可以百分比回復的形式表示。本揭示內容的氣凝膠材料或組成物在變形之後較佳具有大於25%、大於50%、大於60%、大於70%、大於75%、大於80%、大於85%、大於90%、或大於95%回復到原始形式或尺寸的回彈力。同樣的，術語「分類回彈性」和「分類回彈力」指本揭示內容的氣凝膠材料或組成物，其可根據ASTM分類標準C1101 (ASTM International, West Conshohocken, PA)分類為回彈彈性。
在本揭示內容的上下文中，術語「自支撐」指氣凝膠材料或組成物主要基於該氣凝膠以及在氣凝膠組成物中任何強化相的物理性質成為有彈性及/或回彈性之能力。本揭示內容的自支撐的氣凝膠材料或組成物可與其他氣凝膠材料不同，例如依賴底下的基板向材料提供彈性及/或回彈力的塗料。
在本揭示內容的上下文中，術語「收縮率」指下列的比率：1)在乾燥氣凝膠材料或組成物的測量的最終密度以及從在溶膠-凝膠前驅物溶液中的固含量計算的目標密度之間的差，相對於2)從溶膠-凝膠前驅物溶液的固含量中計算的目標密度。收縮率可由下列方程式計算：收縮率= [最終密度(g/cm3 ) -目標密度(g/cm3 )] / [目標密度 (g/cm3 )]。較佳地，本揭示內容的氣凝膠材料的收縮率較佳為50%或更少、25%或更少、10%或更少、8%或更少、6%或更少、5%或更少、4%或更少、3%或更少、2%或更少、1%或更少、0.1%或更少、約0.01%或更少、或介於這些值的任兩個之間的範圍內。
在本揭示內容的上下文中，術語「熱導率」和“TC”指測量材料或組成物在該材料或組成物的任一側上的兩表面之間傳遞熱量的能力，其中兩表面之間帶有溫度差。熱導率係明確地測量為每單位時間和每單位表面積轉移的熱能除以溫度差。其通常記錄為mW/m*K (毫瓦每米*絕對溫度)的SI單位。材料的熱導率可由本領域習知的方法測定，包括但不限於：藉由熱流計設備的方式對於穩態熱傳遞性質的測試方法(ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA)；藉由保溫熱板設備的方式對於穩態熱助焊劑測量和熱傳遞性質的測試方法(ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA)；對於管道絕緣的穩態熱轉移性質的測試方法(ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA)；薄加熱器熱導率測試(ASTM C1114, ASTM International, West Conshohocken, PA)；以保溫熱板和熱流計方法的方式測定熱阻(EN 12667，英國標準協會，英國)；或穩態熱阻和相關性質的測定-保溫熱板設備(ISO 8203，國際標準化組織，瑞士)。在本揭示內容的上下文中，除非另有說明，熱導率的測量係根據ASTM C177的標準取得，在約37.5°C的溫度，在大氣壓力下以及壓縮約2 psi。較佳地，本揭示內容的氣凝膠材料或組成物具有約50 mW/mK或更少、約40 mW/mK或更少、約30 mW/mK或更少、約25 mW/mK或更少、約20 mW/mK或更少、約18 mW/mK或更少、約16 mW/mK或更少、約14 mW/mK或更少、約12 mW/mK或更少、約10 mW/mK或更少、約5 mW/mK或更少、或介於這些值的任兩個範圍之間的熱導率。
在本揭示內容的上下文中，術語「密度」指每單位體積的氣凝膠材料或組成物的質量的測量值。術語「密度」一般指氣凝膠材料的真密度，以及氣凝膠組成物的總體密度。密度通常記錄為kg/m3 或g/cc。氣凝膠材料或組成物的密度可由本領域習知的方法測定，包括但不限於：對於熱絕緣類型的預製塊的尺寸和密度的標準測試方法(ASTM C303, ASTM International, West Conshohocken, PA)；對於毯子或褥墊熱絕緣的厚度和密度的標準測試方法(ASTM C167, ASTM International, West Conshohocken, PA)；或預製的管道絕緣的視密度的測定(ISO 18098, 國際標準化組織, Switzerland)。在本揭示內容的上下文中，除非另有說明，密度的測量係根據ASTM C167的標準取得。較佳地，本揭示內容的氣凝膠材料或組成物具有約0.60 g/cc或更少、約0.50 g/cc或更少、約0.40 g/cc或更少、約0.30 g/cc或更少、約0.25 g/cc或更少、約0.20 g/cc或更少、約0.18 g/cc或更少、約0.16 g/cc或更少、約0.14 g/cc或更少、約0.12 g/cc或更少、約0.10 g/cc或更少、約0.05 g/cc或更少、約0.01 g/cc或更少、或介於這些值的任兩個範圍之間的密度。
在本揭示內容的上下文中，術語「疏水性」指氣凝膠材料或組成物排斥水的能力的測量。
氣凝膠材料或組成物的疏水性可用液態水的吸收表示。在本揭示內容的上下文中，術語「液態水的吸收」指氣凝膠材料或組成物吸收或以其它方式保持液態水的潛能的測量。液態水的吸收可表示為當在某些測量條件下暴露於液態水時被氣凝膠材料或組成物吸收或以其它方式保持的水的百分比(按重量或按體積)。氣凝膠材料或組成物的液態水的吸收可由本領域習知的方法測定，包括但不限於：對於測定玻璃纖維絕緣材料的保水性(排斥)特性的標準測試方法(ASTM C1511, ASTM International, West Conshohocken, PA)；藉由絕熱材料的浸漬對於吸水率的標準試驗方法(ASTM C1763, ASTM International, West Conshohocken, PA)；對於建築應用的隔熱產品：藉由部分浸漬測定短期吸水率(EN 1609，英國標準協會，英國)。在本揭示內容的上下文中，除非另有說明，液態水吸收的測量係根據ASTM C1511標準在環境壓力和溫度下取得。較佳地，根據ASTM C1511的液態水吸收，本揭示內容的氣凝膠材料或組成物可具有約100 wt%或更少、約80 wt%或更少、約60 wt%或更少、約50 wt%或更少、約40 wt%或更少、約30 wt%或更少、約20 wt%或更少、約15 wt%或更少、約10 wt%或更少、約8 wt%或更少、約3 wt%或更少、約2 wt%或更少、約1 wt%或更少、約0.1 wt%或更少、或介於這些值的任兩個範圍之間。本揭示內容的氣凝膠材料或組成物可具有根據ASTM C1763的液態水吸收約100 vol wt%或更少、約80 wt%或更少、約60 wt%或更少、約50 wt%或更少、約40 wt%或更少、約30 wt%或更少、約20 wt%或更少、約15 wt%或更少、約10 wt%或更少、約8 wt%或更少、約3 wt%或更少、約2 wt%或更少、約1 wt%或更少、約0.1 wt%或更少、或介於這些值的任兩個範圍之間。相對於另一個氣凝膠材料或組成物，具有改良的液態水吸收的氣凝膠材料或組成物相對於參照的氣凝膠材料或組成物將具有較低百分比的液態水吸收/保持。
氣凝膠材料或組成物的疏水性可按照水蒸氣的吸入來表示。在本揭示內容的上下文中，術語「水蒸氣的吸入」指氣凝膠材料或組成物吸收水蒸氣的潛能的測量。水蒸氣的吸入可表示為當在某些測量條件下暴露於水蒸氣時由氣凝膠材料或組成物吸收或以其它方式保留的水的百分比(按重量)。氣凝膠材料或組成物的水蒸氣的吸入可由本領域習知的方法測定，包括但不限於：對於磨損礦物纖維表面的水蒸氣吸收的標準測試方法(ASTM C1104, ASTM International, West Conshohocken, PA)。在本揭示內容的上下文中，除非另有說明，水蒸氣的吸入的測量係根據ASTM C1104標準在環境壓力和溫度下取得。較佳地，本揭示內容的氣凝膠材料或組成物可具有約50 wt%或更少、約40 wt%或更少、約30 wt%或更少、約20 wt%或更少、約15 wt%或更少、約10 wt%或更少、約8 wt%或更少、約3 wt%或更少、約2 wt%或更少、約1 wt%或更少、約0.1 wt%或更少、或介於這些值的任兩個之間的範圍內的水蒸氣吸入。相對於另一個氣凝膠材料或組成物，具有改良的水蒸氣吸入的氣凝膠材料或組成物相對於參照的氣凝膠材料或組成物將具有較低百分比的水蒸氣的吸入/保持性。
氣凝膠材料或組成物的疏水性可藉由測量在材料表面界面處的水滴平衡接觸角來表示。本揭示內容的氣凝膠材料或組成物可具有約90°或更多、約120°或更多、約130°或更多、約140°或更多、約150°或更多、約160°或更多、約170°或更多、約175°或更多、或介於這些值的任兩個範圍之間的水滴接觸角。
氣凝膠係說明為互連結構的框架，其最常包含互連的低聚物、聚合物或膠體顆粒。氣凝膠框架可從一系列的前驅物材料製成，其包括：無機前驅物材料(例如用在生產以氧化矽為主的氣凝膠的前驅物)；有機前驅物材料(此類前驅物用在生產以碳為主的氣凝膠)；混成無機/有機前驅物材料；以及其等的組合。在本發明的上下文中，術語「汞齊氣凝膠」指從兩或多個不同的凝膠前驅物的組合產生之氣凝膠。
無機氣凝膠一般從金屬氧化物或金屬烷氧化物材料形成。該金屬氧化物或金屬烷氧化物材料可以能形成氧化物之任何金屬的氧化物或烷氧化物為主。此類金屬包括，但不限於：矽、鋁、鈦、鋯、鉿、釔、釩、鈰、和類似物。無機氧化矽氣凝膠傳統上經由以氧化矽為主的烷氧化物(例如四乙氧基矽烷)的水解和縮合、或經由矽酸或水玻璃的膠化製成。其他用於以氧化矽為主的氣凝膠的合成之相關無機前驅物材料包括，但不限於：金屬矽酸鹽，例如矽酸鈉或矽酸鉀、烷氧基矽烷、部分水解的烷氧基矽烷、四乙氧基矽烷(TEOS)、部分水解的TEOS、TEOS的縮合聚合物、四甲氧基矽烷(TMOS)、部分水解的TMOS、TMOS的縮合聚合物、四-n-丙氧基矽烷、部分水解及/或縮合的四-n-丙氧基矽烷聚合物、聚乙基矽酸鹽、部分水解的聚乙基矽酸鹽、單體烷基烷氧基矽烷、雙-三烷氧基烷基或芳基矽烷、多面體矽倍半氧烷、或其等的組合。
在本發明的一具體例中，預水解的TEOS，例如Silbond H-5 (SBH5, Silbond Corp)，係以水/氧化矽約1.9-2的比例水解，可作為市售產品使用或可在併入凝膠製程之前進一步水解。部分水解的TEOS或TMOS，例如聚乙基矽酸鹽(Silbond 40)或聚甲基矽酸鹽亦作為市售產品使用或可在併入凝膠製程之前進一步水解。
無機氣凝膠亦可包括凝膠前驅物，其包含至少一疏水基，例如烷基金屬烷氧化物、環烷基金屬烷氧化物、以及芳基金屬烷氧化物，其可賦予或改良凝膠中的某些性質，例如穩定性和疏水性。無機氧化矽氣凝膠可明確地包括疏水性前驅物，例如烷基矽烷或芳基矽烷。疏水性凝膠前驅物可用作主要的前驅物材料，以形成凝膠材料的框架。然而，疏水性凝膠前驅物在形成汞齊氣凝膠時更常用於與簡單金屬烷氧化物組合的共前驅物。用於以氧化矽為主的氣凝膠合成的疏水性無機前驅物材料包括，但不限於：三甲基甲氧基矽烷[TMS]、二甲基二甲氧基矽烷[DMS]、甲基三甲氧基矽烷[MTMS]、三甲基乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷[DMDS]、甲基三乙氧基矽烷[MTES]、乙基三乙氧基矽烷[ETES]、二乙基二乙氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷、丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷[PhTES]、六甲基二矽氮烷以及六乙基二矽氮烷、和類似物。
氣凝膠亦可處理以賦予或改良疏水性。疏水性處理可應用至溶膠-凝膠溶液，在液相萃取之前的濕凝膠，或應用至在液相萃取後的氣凝膠。疏水性處理在例如氧化矽氣凝膠的金屬氧化物氣凝膠的生產中特別常見。下文將更詳細討論凝膠的疏水性處理的例子，特別是在處理氧化矽濕凝膠的上下文。然而，本案提供的明確例子和例示並不意圖將本發明的範圍限制於疏水性處理程序或氣凝膠基質的任何特定類型。本發明可包括本領域習知的任何凝膠或氣凝膠，以及以濕凝膠形式或以乾的氣凝膠形式的氣凝膠疏水性處理的相關方法。
疏水性處理係藉由在凝膠上的羥基部分的反應執行，例如存在於矽膠的框架上的矽烷醇基(Si-OH)與疏水化劑的官能基的反應。該反應結果將矽烷醇基和疏水化劑轉換成在該矽膠上的框架的疏水基。該疏水化劑化合物可根據下列反應與凝膠上的羥基反應：RN MX4-N (疏水化劑) + MOH (矽烷醇) → MOMRN (疏水基) + HX。疏水性處理可在矽膠的外部巨觀表面上，以及在凝膠的多孔網絡內的內孔表面上進行。
凝膠可浸入疏水化劑和任擇的疏水性處理溶劑的混合物中，其中該疏水化劑為可溶的，並且其亦可與濕凝膠中的凝膠溶劑混溶。可使用廣大範圍的疏水性處理溶劑，包括例如甲醇、乙醇、異丙醇、二甲苯、甲苯、苯、二甲基甲醯胺、以及己烷的溶劑。液體或氣體形式的疏水化劑亦可與該凝膠直接接觸，以賦予疏水性。
疏水性處理製程可包括混合或攪拌，以幫助疏水化劑滲透濕凝膠。該疏水性處理製程亦可包括改變其它條件，例如溫度和pH，以進一步增強和最佳化該處理的反應。在反應完成之後，清洗濕凝膠以去除未反應的化合物和反應副產物。
用於氣凝膠的疏水性處理的疏水性處理劑一般為下列化學式的化合物：RNMX4-N；其中M為金屬；R為疏水基，例如CH3、CH2CH3、C6H6、或類似的疏水烷基、環烷基、或芳基部分；以及X為鹵素，通常為Cl。疏水化劑的明確例子包括，但不限於：三甲基氯矽烷[TMCS]、三乙基氯矽烷[TECS]、三苯基氯矽烷[TPCS]、二甲基氯矽烷[DMCS]、二甲基二氯矽烷[DMDCS]、和類似物。疏水化劑亦可為以下化學式：Y(R3M)2；其中M為金屬；Y為橋基，例如NH或O；以及R為疏水基，例如CH3、CH2CH3、C6H6、或類似的疏水烷基、環烷基、或芳基部分。此類疏水化劑的明確例子包括，但不限於：六甲基二矽氮烷[HMDZ]和六甲基二矽氧烷[HMDSO]。疏水化劑更可包括以下化學式的化合物：RNMV4-N，其中V為非鹵素的反應基或脫離基。此類疏水化劑的明確例子包括，但不限於：乙烯基三乙氧基矽烷和乙烯基三甲氧基矽烷。
有機氣凝膠一般從以碳為主的聚合物前驅物形成。此類聚合物的材料包括，但不限於：間苯二酚甲醛(RF)、聚醯亞胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯低聚物、聚氧化烯(polyoxyalkylene)、聚胺基甲酸酯、多酚、聚丁二烯、三烷氧基矽烷封端聚二甲基矽氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚糠醛、三聚氰胺-甲醛、甲酚甲醛、苯酚-糠醛、聚醚、多元醇、聚異氰酸酯、聚羥基苯、聚乙烯醇二醛、聚異氰脲酸酯、聚丙醯胺、各式環氧樹脂、瓊脂、瓊脂糖、聚葡萄胺糖、以及其等的組合。作為一個例子，有機RF氣凝膠通常在鹼性條件下由間苯二酚或三聚氰胺與甲醛的溶膠-凝膠聚合製成。
有機/無機混成氣凝膠主要包含有機修飾氧化矽(有機改性氧化矽)的氣凝膠。這些有機修飾氧化矽材料包括共價鍵結至氧化矽網絡的有機成分。有機修飾氧化矽通常經由有機改性矽烷R--Si(OX)3 與傳統的烷氧化物前驅物Y(OX)4 水解和縮合形成。在這些化學式中：X可代表，舉例來說，CH3 、C2 H5 、C3 H7 、C4 H9 ；Y可代表，舉例來說，Si、Ti、Zr、或Al；以及R可為任何有機碎片，例如甲基、乙基、丙基、丁基、異丙基、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、乙烯基、環氧基、和類似物。在有機修飾氧化矽的氣凝膠中的有機成分亦可分散在整個氧化矽網絡中或化學鍵結至氧化矽網絡上。
在本發明的上下文中，術語「有機修飾氧化矽」包含前述的材料以及其他有機改性陶瓷，有時稱為「有機修飾陶瓷」。有機修飾氧化矽經常用作塗層，其中經由，舉例來說溶膠-凝膠的製程，將有機修飾氧化矽膜澆鑄在基板材料上。本發明的其他有機-無機混成氣凝膠的例子包括，但不限於，氧化矽-聚醚、氧化矽-PMMA、氧化矽-聚葡萄胺糖、碳化物、氮化物、以及其他前述的有機和無機氣凝膠形成化合物的組合物。公開的美國專利申請號20050192367 (段落[0022]-[0038]和[0044]-[0058])包括此類混成的有機-無機材料的教示，並且根據個別引用的段落以參照方式併入本案。
本發明的氣凝膠較佳為主要從矽烷氧化物形成的水解矽酸酯的醇溶液形成之無機氧化矽氣凝膠。然而，本發明作為一個整體可用本領域習知的任何其它氣凝膠的組成物實施，並且不限於前驅物材料的任何一前驅物材料或汞齊混合物。
氣凝膠的生產一般包括下列步驟：i)形成溶膠-凝膠溶液；ii)從該溶膠-凝膠溶液形成凝膠；以及iii)經由創新的處理和萃取從凝膠材料中萃取溶劑，以獲得乾燥的氣凝膠材料。此製程將在下文更詳細的討論，特別是在形成例如氧化矽氣凝膠的無機氣凝膠的上下文。然而，本案提供的明確例子和例示圖並不意欲將本發明限制在任何特定類型的氣凝膠及/或製備方法。本發明可包括由本領域習知的任何相關製備方法形成的任何氣凝膠。
形成無機氣凝膠的第一步驟一般為經由金屬烷氧化物前驅物在醇類溶劑中的水解和縮合形成溶膠-凝膠溶液。形成無機氣凝膠的主要變量包括在該溶膠-凝膠溶液中包括的烷氧化物前驅物的類型、溶劑的性質、該溶膠-凝膠溶液的處理溫度和PH(其可藉由酸或鹼的添加改變)、以及在該溶膠-凝膠溶液內的前驅物/溶劑/水的比例。在形成溶膠-凝膠溶液中控制這些變量可容許在之後的凝膠材料從「溶膠」狀態轉換為「凝膠」狀態期間控制凝膠框架的生長和聚集。雖然得到的氣凝膠的性質係由前驅物溶液的PH以及反應物的莫耳比例影響，但是本揭示內容可使用容許形成凝膠的任何pH和任何莫耳比例。
溶膠-凝膠溶液係由至少一凝膠前驅物與溶劑結合形成。儘管可使用本領域技術人員習知的該等其他溶劑，用於形成溶膠-凝膠溶液的適宜溶劑包括帶有1至6個碳原子，較佳為2至4個的低級醇。有用的溶劑的例子包括，但不限於：甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、乙醯乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、四氫呋喃、和類似物。亦可組合多個溶劑，以達成所欲位準的分散或凝膠材料的最佳化性質。於是，用於溶膠-凝膠和凝膠的形成步驟之最佳溶劑的選擇取決於併入溶膠-凝膠溶液中的特定前驅物、填充劑和添加劑；以及用於凝膠和液相萃取的目標處理條件，以及最終氣凝膠材料的所欲性質。
水亦可存在於前驅物-溶劑溶液中。水用於將金屬烷氧化物前驅物水解成金屬氫氧化物前驅物。該水解的反應式可為(在乙醇溶劑中使用TEOS作為例子)：Si(OC2 H5 )4 + 4H2 O → Si(OH)4 + 4(C2 H5 OH)。得到的水解金屬氫氧化物前驅物以「溶膠」狀態維持懸浮在溶劑溶液中，作為個別分子或作為分子的小聚合(或寡聚化)膠體團。舉例來說，該Si(OH)4 前驅物的聚合作用/縮合可如下式進行：2 Si(OH)4 = (OH)3 Si-O-Si(OH)3 + H2 O。此聚合作用可繼續進行，直到聚合(或寡聚化)的SiO2 (氧化矽)分子的膠體團形成。
可將酸和鹼併入溶膠-凝膠溶液以控制溶液的pH，並催化前驅物材料的水解和縮合反應。雖然可用任何酸催化前驅物的反應並且獲得較低pH的溶液，較佳的酸包括：HCl、H2 SO4 、H3 PO4 、草酸和醋酸。同樣的可用任何鹼催化前驅物的反應並且獲得較高pH的溶液，較佳的鹼包含NH4 OH。
該溶膠-凝膠溶液可包括額外的共凝膠前驅物，以及填充劑材料和其他添加劑。填充劑材料和其他添加劑可在形成凝膠之前或期間的任何時間點配送在溶膠-凝膠溶液中。填充劑材料和其他添加劑亦可在膠化之後經由本領域習知的各式技術併入凝膠材料中。較佳地，包含凝膠前驅物、溶劑、催化劑、水、填料劑材料和其它添加劑的溶膠-凝膠溶液為能夠在適宜條件下有效形成凝膠的均勻溶液。
一旦溶膠-凝膠溶液已經形成和最佳化，在該溶膠-凝膠中的凝膠形成組分可轉換成凝膠材料。將凝膠-成形組件轉換成凝膠材料的製程包含最初凝膠形成步驟，其中該凝膠凝固至凝膠材料的凝膠點。該凝膠材料的凝膠點可視為凝膠溶液展現抗流動性的點及/或在其整個體積內形成基本上連續的聚合框架的點。本領域人員習知一系列的凝膠-成形技術。例子包括，但不限於：將混合物保持在靜止狀態足夠的時間；調整溶液的pH；調整溶液的溫度；將一能量形式引導至混合物上(紫外線、可見光、紅外線、微波、超音波、粒子輻射、電磁)；或其等的組合。
將凝膠-成形組分轉換成凝膠材料的方法亦可包括在液相萃取之前的老化步驟(亦稱為固化)。在凝膠材料達到其凝膠點之後使凝膠材料老化可藉由增加網絡內的交聯的數目進一步增強凝膠框架。可調整凝膠老化的持續時間，以控制在得到的氣凝膠材料內的各種性質。此老化程序可為有用以避免在液相萃取期間潛在的體積損失和收縮。老化可涉及：保持該凝膠(在萃取之前)在靜止狀態達較長時間；在升高的溫度維持該凝膠；加入交聯促進化合物；或其等的任何組合。用於老化的較佳溫度經常介於約10°C和約100°C之間。凝膠材料的老化通常持續到濕凝膠材料的液相萃取。
將形成凝膠的材料轉換成凝膠材料的週期時間包括最初凝膠形成的持續時間(從凝膠化開始到凝膠點)，以及在液相萃取之前凝膠材料的任何之後的固化和老化的持續時間(從凝膠點到液相提取開始)。將凝膠-成形材料轉換成凝膠材料的總時間通常介於1分鐘和數天之間，較佳約30小時或更少、約24小時或更少、約15小時或更少、約10小時或更少、約6小時或更少、約4小時或更少、約2小時或更少、約1小時或更少、約30分鐘或更少、或約15分鐘或更少。
該得到的凝膠材料可在適宜的第二溶劑中清洗，以置換在濕凝膠中存在的主反應溶劑。此類第二溶劑可為帶有1或多個脂族碳原子的直鏈一元醇、帶有2或多個碳原子的二元醇、支鏈醇、環醇、脂環醇、芳香醇、多元醇、醚、酮、環醚或彼等的衍生物。
一旦凝膠材料已形成和處理，隨後該凝膠的液相可使用萃取方法至少部分地從濕凝膠萃取，該方法包括創新的處理和萃取技術，以形成氣凝膠材料。除其他因素之外，液相萃取在例如孔隙率和密度的氣凝膠工程特性以及例如熱導率的相關性質中扮演重要角色。一般來說，當以低收縮的方式使濕凝膠的多孔網絡和框架從凝膠中萃取液相時，即獲得氣凝膠。
氣凝膠通常為藉由在接近或高於液體流動相的臨界點溫度和壓力下從凝膠材料中去除液體流動相而形成。一旦到達臨界點(接近臨界)或超過(超臨界) (即系統的壓力和溫度分別處於或高於臨界壓力和臨界溫度)，新的超臨界相出現在該流體中，其與液相或氣相不同。隨後可去除溶劑而不引入液體-氣體介面、毛細管壓力、或通常與液體-氣體邊界有關的任何相關的質量傳遞。此外，該超臨界相一般而言與有機溶劑更易混溶，因此具有更佳的萃取能力。共溶劑和溶劑交換亦經常用於最佳化超臨界流體的乾燥製程。
假使蒸發或萃取發生在超臨界點以下，則由液體蒸發生成的強毛細力可導致凝膠材料內的收縮和細孔塌陷。在溶劑萃取過程中保持流動相接近或高於臨界壓力和溫度減少了此類毛細力的負面影響。在本發明的一些具體例中，使用恰好低於溶劑系統臨界點的近臨界條件可允許帶有足夠低收縮率的氣凝膠材料或組成物的生產，於是可生產商用可行的成品。
本領域習知數個額外的氣凝膠萃取技術，其包括在乾燥氣凝膠中使用超臨界流體的一系列不同途徑。舉例來說，Kistler (J. Phys. Chem. (1932)36 : 52-64)說明簡單的超臨界萃取製程，其中該凝膠溶劑保持在高於其臨界壓力和溫度，藉此減少蒸發的毛細力並保持凝膠網絡的結構完整性。美國專利號4,610,863說明萃取製程，其中該凝膠溶劑與液態二氧化碳交換，之後在二氧化碳處於超臨界狀態的條件下萃取。美國專利號6670402教示經快速溶劑交換，其藉由將超臨界(而非液體)的二氧化碳注入已預熱和預加壓至實質為超臨界條件或更高條件的萃取器中從凝膠萃取液相，藉此產生氣凝膠。美國專利號5962539說明在有機溶劑的溶膠-凝膠形式中從聚合物材料獲得氣凝膠的製程，藉由以具有低於聚合物分解溫度的臨界溫度的流體交換有機溶劑，並且超臨界萃取該流體/溶膠-凝膠。美國專利號6315971揭示用於生產凝膠組成物的製程，其包含：在乾燥期間在足以減少凝膠收縮的乾燥條件下，乾燥包含凝膠固體和乾燥劑的濕凝膠以去除乾燥劑。美國專利號5420168說明可使用簡單的空氣乾燥程序製備間苯二酚/甲醛氣凝膠的製程。美國專利號5565142說明凝膠表面被改性為更強和更疏水性，使得凝膠框架和細孔可在常壓乾燥或次臨界萃取期間抵抗塌陷的乾燥技術。從氣凝膠材料萃取液相的其他例子可在美國專利號5275796和5395805找到。
使用二氧化碳的超臨界條件從濕凝膠萃取液相的一較佳具體例，包括舉例來說：首先將存在於該凝膠的細孔網絡中的主要溶劑與液態二氧化碳充分交換；隨後將該濕凝膠(通常在高壓鍋中)加熱超過二氧化碳的臨界溫度(約31.06 °C)，並將系統壓力增加至大於二氧化碳臨界壓力的壓力(約1070 psig)。凝膠材料周圍的壓力可稍微波動，以利於從凝膠中去除超臨界二氧化碳流體。二氧化碳可經由萃取系統再循環，以利於從濕凝膠連續地去除主溶劑。最後，將溫度和壓力緩慢地恢復到環境條件以產生乾燥的氣凝膠材料。二氧化碳亦可在注入萃取室之前預處理成超臨界狀態。
形成氣凝膠的另擇方法的一例子包括在水中酸化鹼性金屬氧化物前驅物(例如矽酸鈉)以製造水凝膠。鹽的副產物可藉由離子交換及/或藉由以水清洗隨後形成的凝膠從矽酸前驅物去除。從凝膠的細孔去除水可經由與例如乙醇、甲醇或丙酮的極性有機溶劑交換進行。隨後，在凝膠中的液相至少部分地使用創新的處理和萃取技術萃取。
形成氣凝膠的另擇方法的另一個例子包括藉由將濕凝膠狀態的表面羥基轉化為疏水的三甲基甲矽烷基醚的基質材料的化學改性，減少在溶劑/細孔界面處的破壞性毛細管壓力，藉此允許在低於溶劑臨界點的溫度和壓力下從凝膠材料中萃取液相。
氣凝膠材料或組成物的大規模生產可能與大規模連續形成凝膠材料相關的困難；以及與大規模地使用創新的處理和萃取技術從凝膠材料液相萃取相關的困難而變得複雜。本揭示內容的氣凝膠材料或組成物係較佳地適應於大規模生產。在某些具體例中，本揭示內容的凝膠材料可經由連續澆鑄和凝膠化製程大規模生產。在某些具體例中，本揭示內容的氣凝膠材料或組成物係需要使用大規模的萃取容器進行大規模生產。本揭示內容的大規模萃取容器可包括具有約0.1 m3 或更多、約0.25 m3 或更多、約0.5 m3 或更多、或約0.75 m3 或更多體積的萃取容器。
氣凝膠組成物的大規模生產可包括以輸送機為主的系統，其將凝膠前驅物和例如纖維強化片材或開放氣室發泡體強化片材的連續強化片材組合，在輸送機的一端產生連續的強化凝膠片材。此強化凝膠片材可捲繞成複數個層(較佳以均勻拉力在捲筒的周圍)並且在隨後的化學處理、老化和乾燥步驟中進行處理。額外的隔離層可在該凝膠片材層之間共捲，以利於該凝膠材料的老化或乾燥，例如為老化劑或乾燥材料提供流動路徑。該隔離層可為不可滲透(較佳為流體在低於1 psi、5psi或10 psi的壓力下不可滲透)或可滲透。可滲透層可以多孔塑膠片、類似網目的材料、多孔薄片、或類似物的形式。
圖1例示用於氣凝膠組成物的大規模生產之以輸送機為主的系統100的一具體例。凝膠前驅物溶液110係在混合段114中與催化劑溶液120混合。該凝膠前驅物溶液110和催化劑溶液120的流動係由流動控制器130控制。強化材料150係設置在輸送機系統140上。該強化材料150可為來自一卷強化材料的連續片材。該強化材料150亦可包含強化材料片段。在較佳的具體例中，該強化材料150為纖維強化材料或開放氣室發泡體強化材料。該前驅物溶液(包含凝膠前驅物和催化劑)係配送至輸送帶140上並與強化材料150組合。當該強化材料由該輸送機系統140推進時，在凝膠前驅物溶液中凝膠形成的前驅物轉換成凝膠材料。將得到的強化凝膠片材捲繞用於隨後的化學處理、老化和乾燥步驟。可將額外的隔離層164共同捲繞在凝膠片材層160之間。
氣凝膠組成物的大規模生產可包含半連續的、以批量為主的製程，其通常稱為輥軸凝膠(jel-in-a-roll)製程。圖2例示用於氣凝膠組成物之大規模生產的半連續、以批量為主的系統200的一具體例。強化材料的片材被輥壓成複數個層作為預成型捲220並且放置到容器210中。額外的隔離層250可與在預成型捲220中的強化材料共捲。該隔離層可為不可滲透(較佳為流體在低於1 psi、5psi或10 psi的壓力下不可滲透)或可滲透。可滲透層可以多孔塑膠片、或類似網目的材料、多孔薄片、或類似物的形式。凝膠前驅物溶液240係注入或與該預成型捲220的強化材料組合。在凝膠前驅物溶液中的凝膠形成前驅物係轉換成凝膠材料。得到的強化凝膠片材可立即前進用於之後的化學處理、老化和乾燥步驟。該得到的強化凝膠片材亦可展開，然後在之後的化學處理、老化和乾燥步驟之前用不同的隔離層再進行捲繞。
氣凝膠複合材料可積層或面向其他材料，例如面材料的強化層。在一具體例中，本發明包含多層積層體，其包含至少一基底層，該基底層包含強化氣凝膠組成物、和至少一面層。在一具體例中，該面層包含強化材料。在一具體例中，該強化氣凝膠組成物係用纖維強化層或開放氣室發泡體強化層強化。在一具體例中，該本發明包含多層積層體，其包含基底層，該基底層包含強化氣凝膠組成物、和包含強化材料的至少兩面層，其中該兩面層為該基底層的相對表面。多層氣凝膠積層複合材料可根據在美國專利申請20070173157、段落[0004]、[0010]、[0011]、[0017]-[0021]、和[0023]-[0027]中說明的方法和材料生產；該方法和材料係根據上述引用的明確段落以參照方式併入本案。
面層可包含將有助於為最終複合結構提供特定特性的材料，例如改良彈性或減少粉塵。該面材料可為剛性或有彈性。該面材料可包含反射薄片。在一具體例中，該面層包含聚合物片材；更明確地，聚合物片材包含聚酯、聚乙烯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚醯胺、醯胺；以及更明確聚合物例如聚對苯二甲酸乙二酯、低密度聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚(4-甲基-戊烷)、聚四氟乙烯、聚(1-丁烯)、聚苯乙烯、聚乙烯乙酯、聚氯乙烯、聚二氯亞乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯基丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚甲醛、聚伸苯硫、纖維素三醋酸酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚己內醯胺、聚六亞甲己二醯胺、聚十一碳醯胺、聚醯亞胺、或其等的組合。在一具體例中，該聚合物片材包含或基本上由膨脹聚合物材料所組成；更明確地，膨脹聚合物材料包含PTFE (ePTFE)、膨脹聚丙烯(ePP)、膨脹聚乙烯(ePE)、膨脹聚苯乙烯(ePS)、或其等的組合。在一較佳的具體例中，該面材料基本上由膨脹聚合物材料所組成。在一具體例中，該聚合物片材包含或基本上由微孔聚合物材料所組成，該微孔聚合物材料的特徵在於孔徑介於0.1 µm至210 µm、0.1µm至115µm、0.1µm至15µm、或0.1µm至0.6µm之間的範圍。
在一具體例中，該面層材料包含或基本上由氟聚合物材料所組成。在本揭示內容的上下文中，術語「氟聚合物」或「氟聚合物材料」指材料主要包含聚合氟碳化合物。適宜的氟聚合物面層材料包括，但不限於：聚四氟乙烯(PTFE)，包括在美國專利5814405中說明的微孔PTFE，以及膨脹PTFE (ePTFE)，例如Gore-Tex® (由W.L. GORE取得)；聚氟乙烯(PVF)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；全氟烷氧基(PFA)；聚氟乙烯丙烯(FEP)；聚氯三氟乙烯(PCTFE)；乙烯-四氟乙烯(ETFE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)；以及其等的組合。在一較佳的具體例中，該面材料基本上由氟聚合物材料所組成。在一較佳的具體例中，該面材料基本上由膨脹PTFE (ePTFE)材料所組成。
在一具體例中，該面層材料包含或基本上由非氟聚合物材料所組成。在本揭示內容的上下文中，術語「非氟聚合物」或「非氟聚合物材料」指不包含氟聚合物材料的材料。適宜的非氟聚合物面層材料包括，但不限於：鍍鋁聚酯樹脂；低密度聚乙烯，例如Tyvek® (從DuPont取得)；橡膠或橡膠複合材料；彈性纖維，例如聚氨酯彈性纖維、尼龍、萊卡或氨綸；以及其等的組合。在一具體例中，該面材料為彈性面材料。
該面層可藉由使用黏著劑接附至該基底層，該黏著劑為適用於將無機或有機的面材料固定至該基底層的強化材料。可使用於本發明的黏著劑的例子包括，但不限於：以水泥為主的黏著劑、矽酸鈉、乳膠、壓敏黏著劑、矽酮、聚苯乙烯、氣溶膠黏著劑、胺基甲酸酯、丙烯酸酯黏著劑、熱熔化鍵結系統、可購自3M的鍵結系統、環氧樹脂、橡膠樹脂黏著劑、聚胺基甲酸酯黏著劑混合物，例如在美國專利4532316中說明的該等。
該面層亦可藉由使用非黏性材料或技術接附至基底層，該非黏著性材料或技術適用於將無機或有機面的材料固定至基底層的強化材料。可使用於本發明的非黏著性材料或技術的例子包括，但不限於：熱密封、超音波縫合、RF密封、縫合或螺紋、密封袋、鉚釘或鈕扣、夾具、纏繞、或其他非黏著性積層材料。
該面層可在氣凝膠複合材料的任何生產階段接附至基底層。在一具體例中，在將溶膠凝膠溶液注入基底強化材料之後但在凝膠化之前將該面層接附至該基底層。在另一個具體例中，在將溶膠凝膠溶液注入基底強化材料之後並且在隨後的凝膠化之後，但在老化或乾燥凝膠材料之前，將該面層接附至該基底層。在又另一個具體例中，在老化或乾燥凝膠材料之後將該面層接附至該基底層。在較佳的具體例中，將溶膠凝膠溶液注入基底強化材料之前將該面層接附至該基底層的強化材料。
該面層可為固體和流體不可滲透。該面層可為多孔和流體可滲透。在較佳的具體例中，該面層為多孔和流體可滲透，以及含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體經由該面材料擴散。在另一個較佳的具體例中，在將溶膠凝膠溶液注入基底強化材料之前將該面層接附至該基底層的強化材料，其中該面層為多孔和流體可滲透，以及含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體經由該面材料擴散。在又另一個較佳的具體例中，在將溶膠凝膠溶液注入發泡體強化材料之前將該面層接附至開放氣室發泡體強化材料，其中該面層為多孔和流體可滲透，以及含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體經由該面材料擴散。
多層凝膠或氣凝膠組成物的生產可包括下列步驟：a)將流體可滲透面層接附至一片強化材料，以產生積層的強化片材，其中該面層含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體經由該面材料擴散；b)將凝膠前驅物溶液經由該面層擴散至該強化片材中；以及c)將凝膠前驅物材料轉換成包含凝膠框架的凝膠材料。該凝膠前驅物溶液的一部份可能保留在該面層的細孔或孔內，使得在該基底層的強化材料的凝膠框架將延伸至該面層的至少一部分。所得的產物為多層凝膠組成物，其包含：a)至少一基底層，其包含強化材料，以及集成在該強化材料內的凝膠框架；以及b)至少一面層，其包含流體可滲透的面材料，以及凝膠框架集成在流體可滲透的面材料；其中該基底層的凝膠框架的至少一部分延伸至該面層的凝膠框架的至少一部分並且與其連續。
多層氣凝膠組成物的大規模生產可包括以輸送機為主的系統，其中該生產包含下列步驟：a)將至少一流體可滲透的面層接附至強化材料片材，以產生積層的強化片材，其中該面層含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體擴散；以及b)將凝膠前驅物溶液與該積層的強化片材在輸送機的一端組合，以產生連續的強化凝膠積層片材；其中該凝膠前驅物溶液的至少一部分經由該面層注入該強化片材；以及其中該凝膠前驅物溶液與該積層的強化片以允許凝膠前驅物溶液穿過該面層並滲入該強化片材的速率組合。在較佳的具體例中，該強化材料包含開放氣室發泡體強化材料。
該強化的、積層凝膠片材可捲繞成複數個層(較佳以均勻拉力在捲筒的周圍)並且在隨後的化學處理、老化和乾燥步驟中進行處理。額外的隔離層可共同捲繞在凝膠片層之間，以利於凝膠材料的老化或乾燥，例如為老化劑或乾燥材料提供流動路徑。在較佳的具體例中，該面層為老化劑或乾燥材料提供流動路徑，俾使不需要額外的隔離層用於凝膠材料的老化和乾燥。
多層氣凝膠組成物的大規模生產可包括半連續、以批量為主的製程，其通常稱為輥軸凝膠製程，其中該生產包含下列步驟：a)將流體可滲透面層接附至一片強化材料，其中該面層含有直徑足夠大的細孔或孔，以允許流體擴散；b)將積層的強化材料輥壓成複數個層作為預成型捲；以及c)將凝膠前驅物溶液與該預成型捲組合。額外的隔離層可與在該預成型捲中的強化材料共捲，以為凝膠前驅物溶液、老化劑、和乾燥材料提供流動路徑。在較佳的具體例中，該面層為凝膠前驅物溶液、老化劑、和乾燥材料提供流動路徑，俾使不需要額外的隔離層。在較佳的具體例中，該強化材料包含開放氣室發泡體強化材料。
本發明的強化氣凝膠複合材料可成形為一系列的三維形式，其包括平板形狀、管道預成形體、半殼(half-shell)預成形體、彎管、接頭、以及在絕緣材料應用至工業和商業應用經常需要的其他形狀。在一具體例中，增強材料在凝膠前驅物材料注入之前先形成所欲的形狀。該凝膠材料以允許預成形維持其形狀的方式進行處理，於是產生所欲形狀的強化氣凝膠預成形體。由於需要處理凝膠材料的各式形狀和構造的困難，形成有形狀的氣凝膠預成形體的此技術可為挑戰性和低效率。
在一具體例中，該強化凝膠複合材料最初係以片狀形式，並且在凝膠材料凝膠化之後、或在凝膠材料凝膠化和隨後的乾燥之後處理成所欲的三維形狀。在較佳的具體例中，將一片強化氣凝膠材料加熱至所欲溫度，形成所欲形狀，隨後使其冷卻。使強化氣凝膠材料成形的此技術對於發泡體強化材料尤其有效。在較佳的具體例中，將一片包含發泡體強化材料的強化氣凝膠材料加熱至所欲溫度，形成所欲形狀，隨後使其冷卻。用於加熱氣凝膠材料的所欲溫度應高於發泡體強化材料的軟化點，並且低於強化材料的最大使用溫度和低於氣凝膠材料的自加熱溫度的溫度。該所欲溫度應為足夠高，使強化材料足夠柔軟和彈性以形成所欲的形狀，但仍足夠穩定以支撐在成型製程中的氣凝膠材料。於是，用於加熱氣凝膠材料的所欲溫度將依據所使用的強化材料和氣凝膠材料的類型變化。在一具體例中，該所欲溫度係介於50°C和200°C之間、介於75°C和200°C之間、介於100°C和175°C之間、介於120°C和160°C之間、或約150°C。
在一具體例中，該強化凝膠複合材料最初為塊狀或模製形式，並且在凝膠材料凝膠化之後、或在凝膠材料凝膠化和隨後的乾燥之後處理成所欲的三維形狀。在一具體例中，一塊強化氣凝膠材料係藉由在某形狀的模具中將強化材料和凝膠前驅物組合而形成。使在模具中的材料凝膠化，隨後乾燥以產生成形的氣凝膠複合材料。在較佳的具體例中，產生一塊強化氣凝膠材料，隨後切割或車床加工成所欲的形狀。在另一個較佳的具體例中，產生一塊強化氣凝膠材料，隨後使用削皮或器具切成個別的片材。
氣凝膠組成物亦可包括遮光劑，以減少熱傳遞輻射的成分。在凝膠形成之前的任何時候，不透明的化合物或其等的前驅物可分散至包含凝膠前驅物的混合物中。不透明化合物的例子包括，但不限於：碳化硼[B4C]、矽藻土、鐵酸錳、MnO、NiO、SnO、Ag2O、Bi2 O3 、碳黑、氧化鈦、鐵鈦氧化物、矽酸鋯、氧化鋯、氧化鐵(I)、氧化鐵(III)、二氧化錳、鐵鈦氧化物(鈦鐵礦)、氧化鉻、碳化物(例如SiC、TiC或WC)、或其等的混合物。不透明化合物前驅物的例子包括，但不限於：TiOSO4 或TiOCl2 。
本發明的具體例可使用本案討論的製程、萃取和處理技術的任一者實施以及用於生產氣凝膠、類似氣凝膠材料、與如本案定義的氣凝膠組成物之本領域人員習知的其他製程、萃取和處理技術來實施。
本發明的氣凝膠材料和組成物已顯示作為絕緣材料非常有效。然而，本發明方法和材料的應用並不意欲限於絕緣相關的應用。本發明的方法和材料可應用至從本發明的材料和方法提供的性質或程序的獨特組合中所獲益的任何系統或應用。該應用包括，但不限於，熱屏障和隔板(包括防火屏障和隔板)、絕緣(包括成衣、建築、管道、或工業設備)、隔音屏障、電子產品、衝擊隔離器、和化學催化劑。利用本發明的複合材料的應用可使用單層或多層複合材料，並且可機械地改變本發明的複合材料，例如經由將其按尺寸切割。
下列實施例提供本發明的各式非限制性具體例和性質。 實施例1–
提供一片聚胺基甲酸酯(PU)開放氣室發泡體，密度為0.022g/cc。氧化矽前驅物溶液係藉由將甲基三乙氧基矽烷(MTES)、四乙氧基正矽酸鹽(TEOS)、水、酸催化劑、和乙醇組合形成。膠化催化劑溶液係藉由在H2 O中將乙醇與稀釋的NH3 組合形成。該催化劑溶液係與該氧化矽前驅物溶液組合，以形成催化氧化矽前驅物溶液。該催化氧化矽溶液係倒入該聚胺基甲酸酯發泡體片材中。使該複合材料凝膠化，隨後在六甲基二矽氮烷(HMDS)乙醇溶液中老化。在超臨界條件下萃取在老化材料中的溶劑，以生成發泡體-強化氣凝膠複合材料。所得的氣凝膠-開放氣室聚胺基甲酸酯發泡體複合材料為有彈性。 實施例2 –
將一片聚胺基甲酸酯(PU)開放氣室發泡體輥壓成一預成型捲，並放置在一圓柱形壁的容器。將一片三聚氰胺-甲醛開放氣室發泡體輥壓成一單獨的預成型捲並放置在單獨的一圓柱形壁的容器。氧化矽前驅物溶液係藉由將甲基三乙氧基矽烷(MTES)、四乙氧基正矽酸鹽(TEOS)、水、酸催化劑、和乙醇組合形成。膠化催化劑溶液係藉由在H2 O中將乙醇與稀釋的NH3 組合形成。該催化劑溶液係與該氧化矽前驅物溶液組合，以形成催化氧化矽前驅物溶液。隨後將所得的溶液倒在預先放置在單獨容器中的開放氣室發泡體輥之上。使該複合材料凝膠化。在凝膠化之後，將所得的凝膠-發泡體複合材料在50° C在密封的乙醇浴中老化一整夜。在凝膠中的溶劑係藉由超臨界CO2 萃取去除，以生成發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。所得的氣凝膠-開放氣室聚胺基甲酸酯發泡體複合材料為有彈性。所得的氣凝膠-開放氣室三聚氰胺發泡體複合材料為有彈性。 實施例3 –
提供一片三聚氰胺-甲醛發泡體。氧化矽前驅物溶液係藉由將甲基三乙氧基矽烷(MTES)、四乙氧基正矽酸鹽(TEOS)、水、酸催化劑、和乙醇組合形成。膠化催化劑溶液係藉由在H2 O中將乙醇與稀釋的NH3 組合形成。該催化劑溶液係與該氧化矽前驅物溶液組合，以形成催化氧化矽前驅物溶液。使該複合材料凝膠化，隨後在六甲基二矽氮烷(HMDS)乙醇溶液中老化。在超臨界條件下萃取在老化材料中的溶劑，以生成三聚氰胺-發泡體-強化氣凝膠複合材料。所得的氣凝膠-三聚氰胺發泡體複合材料為有彈性。 實施例4 –
提供從實施例1和實施例3的發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。提供多層的彈性面材料，其各自包含約18%聚氨酯彈性纖維和82%尼龍，密度為0.3 g/cc。各個發泡體-強化氣凝膠複合材料片材的第一表面塗佈丙烯酸水性黏著劑(3M快速結合壓敏黏著劑, 4224-NF透明或藍色)。使該黏著劑部分乾燥直到膠黏。一片有彈性的面材料係施加至該發泡體-強化氣凝膠複合材料的各個塗佈黏著劑的表面。當該黏著劑完全乾燥時，施加壓力至該積層體，於是在該發泡體-強化氣凝膠複合材料和該彈性面層之間形成固體鍵結。隨後對各個發泡體-強化氣凝膠複合材料的第二表面重複該積層製程，於是形成包含基底層的夾層積層片材，該基底層包含發泡體-強化氣凝膠複合材料，該材料在該基底層的各個表面上帶有彈性面層。圖3和圖4描繪在實施例4中產生的夾層積層材料。 實施例5 –
提供由實施例1的發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。提供彈性面材料片材，其各自包含流體不可滲透的聚胺基甲酸酯。該發泡體-強化氣凝膠複合材料片材的第一表面係塗佈以聚乙烯為主的熱黏合黏著劑。施加一片該彈性面材料至該發泡體-強化氣凝膠複合材料片材的該塗佈表面。當該黏著劑完全結合時，施加壓力和熱至該積層體，於是在該發泡體-強化氣凝膠複合材料和該彈性面層之間形成固體鍵結。隨後對各個發泡體-強化氣凝膠複合材料的第二表面重複該積層製程，於是形成包含基底層的夾層積層片材，該基底層包含發泡體-強化氣凝膠複合材料，該材料在該基底層的各個表面上帶有彈性面層。圖5描繪在實施例5中產生的夾層積層材料。 實施例6 –
提供從實施例3的發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。提供彈性面材料片材，各自包含約18%聚氨酯彈性纖維和82%尼龍，密度為0.3 g/cc。將一片有彈性面層聚氨酯彈性纖維材料放置在發泡體-強化氣凝膠複合材料片材的各側上。使用超聲波縫合機經由圖型化施加高能超聲能量穿透該積層體的層來黏合該積層體。該超音波縫合製程形成包含基底層的夾層積層片材，該基底層包含發泡體-強化氣凝膠複合材料，該材料的彈性面層接附至該基底層的各個表面，以及在該基底層和該面層之間無黏著劑材料。圖6和圖7描繪在實施例6中產生的夾層積層材料。 實施例7 –
提供從實施例4、5和6的樣本。在積層製程之前和之後皆測試各個樣本的密度和熱導率(TC)。TC為在37.5°C在大氣壓力，和在2 psi的負載下測量。下表1提供測量結果：
Figure 106103544-A0304-0001
 表1   實施例8 –
重覆實施例1的步驟使用一片網狀的聚胺基甲酸酯發泡體作為12mm厚度的強化材料。將該發泡體-強化氣凝膠片材折疊成預製的形狀並用帶固定，如圖 8顯示。該折疊片材係放置在烘箱中並在150°C的溫度熱處理高達3小時。將該材料從烘箱移出並使其冷卻。將固定帶移除，並且使該熱處理後的片材部分地展開。所得的熱處理後的片材永久地保持半圓形的形狀，如圖9顯示。 實施例9 –
重覆實施例1的步驟使用一片網狀的聚胺基甲酸酯發泡體作為12mm厚度的強化材料。將該發泡體-強化氣凝膠片材折疊成預製的形狀並用帶固定，如圖8顯示。該折疊片材係放置在烘箱中並在150°C的溫度熱處理高達3小時。將該材料從烘箱移出並使其冷卻。將固定帶移除，並且使該熱處理後的片材部分地展開。所得的熱處理後的片材永久地保持半圓形的形狀，如圖9顯示。 實施例10 –
提供從實施例9的多個熱成型的氣凝膠複合材料片材。該熱成型的片材積層成使用黏著劑將層黏合在一起的多層半殼狀的絕緣積層體，如圖10顯示。將這些半殼狀，預形成的絕緣積層體的二者組合圍繞管道部分周圍並用帶固定，於是形成完全地包覆管道部分外部周圍的絕緣套管，如圖11顯示。 實施例11 –
提供一片聚胺基甲酸酯(PU)開放氣室發泡體。提供兩片彈性面材料，各自包含約18%聚氨酯彈性纖維和82%尼龍，密度為0.3 g/cc。將聚胺基甲酸酯複合材料黏著劑施加至該發泡體片材的第一表面的一部分。將一片彈性面材料施加至該發泡體片材的黏著劑改性的表面。當該黏著劑完全乾燥時，施加壓力至該積層體，於是在該發泡體片材和該彈性面層之間形成固體鍵結。隨後對發泡體片材的第二表面重複該積層製程，於是形成包含基底層的夾層積層片材，該基底層包含發泡體片材，該發泡體片材帶有接附至該基底層的各個表面上的彈性面層。 實施例12 –
提供從實施例11的夾層積層片材。該夾層積層片材為捲成預成型捲；將墊片材料與夾層積層片材共捲，以提供該捲的層之間的間距。將該捲放置在圓柱形壁的容器。氧化矽前驅物溶液係藉由將甲基三乙氧基矽烷(MTES)、四乙氧基正矽酸鹽(TEOS)、水、酸催化劑、和乙醇組合形成。膠化催化劑溶液係藉由在H2 O中將乙醇與稀釋的NH3 組合形成。該催化劑溶液係與該氧化矽前驅物溶液組合，以形成催化氧化矽前驅物溶液。隨後將所得的溶液倒入該容器。該催化的氧化矽前驅物溶液被允許有時間經由該面層滲入該夾層積層片材的發泡體基底層，並允許該材料膠凝。在凝膠作用之後，將所得的凝膠-發泡體複合材料在50° C在密封的乙醇浴中老化一整夜。在凝膠中的溶劑係藉由超臨界CO2 萃取去除，以生成積層的發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。 實施例13 –
提供從實施例11的夾層積層片材。氧化矽前驅物溶液係藉由將甲基三乙氧基矽烷(MTES)、四乙氧基正矽酸鹽(TEOS)、水、酸催化劑、和乙醇組合形成。膠化催化劑溶液係藉由在H2 O中將乙醇與稀釋的NH3 組合形成。該催化劑溶液係與該氧化矽前驅物溶液組合，以形成催化氧化矽前驅物溶液。將該夾層積層片材送料至移動的輸送機上，以及當該夾層積層片材沿著移動的輸送機前進時，將所得的催化氧化矽前驅物溶液倒入該夾層積層片材的頂部面層上。該催化的氧化矽前驅物溶液被允許有時間經由該面層滲入該夾層積層片材的發泡體基底層，並允許該材料膠凝。在凝膠作用之後，將所得的夾層積層凝膠-發泡體複合材料片材輥壓並放置在圓柱形壁的容器；將墊片材料與複合材料片材共捲，以提供該輥的層之間的間距。將輥壓複合材料片材在50° C在密封的乙醇浴中老化一整夜。在凝膠中的溶劑係藉由超臨界CO2 萃取去除，以生成積層的發泡體-強化氣凝膠複合材料片材。 實施例14 -
對於實施例14，密度係使用標準分析天平結合根據在ASTM C303中說明的一般教示的體積測定進行重量分析，以及熱導率係根據在ASTM C518中說明的一般教示在37.8 °C的平均溫度和在2 PSI的壓縮負載下測定。
在微孔支架內的氣凝膠的連續基質係以下列方式創建。獲得90細孔/英吋(ppi) (35.4細孔/cm)的0.61 m寬度卷軸的網狀聚酯聚胺基甲酸酯發泡體，帶有2.2 lb/ft3 (35.2 kg/m3 )的標示密度和約0.080英吋的厚度(2 mm) (RS090WHGR1, Crest Foam Industries Inc., division of INOAC, Moonachie, NJ)。
獲得經受高於PTFE的結晶熔融溫度之溫度並具有下列性質的一卷膨脹PTFE薄膜(0.81 m)：0.0137 mm的平均厚度、0.370 g/cc的平均密度、平均9.5的弗雷澤數、平均哥雷數＜ 1、纖維方向的平均基質拉力強度222 MPa、垂直於纖維方向的平均基質拉力強度91 MPa、以及5.0µm的孔徑。此薄膜一般為根據美國專利號5,814,405的教示製造。
類似引述自美國專利號4,532,316的聚胺基甲酸酯黏著劑係加熱至足以液化的溫度。經由已加熱至約115°C的凹版卷軸設備以約40%面積的黏著劑沉積將該黏著劑以點狀圖案施加至該薄膜。
該薄膜的黏著劑塗佈側藉由使其穿過輥隙黏附至該網狀的聚胺基甲酸酯發泡體的一側，並且將該得到的積層體收集在捲筒上。將另一長度的塗佈黏著劑的薄膜以類似方式施加至該網狀發泡體的相對側，以創造積層構造。將該積層構造捲繞並使其在室溫固化達48小時。
將包含水解四乙基矽氧烷及其衍生物的必要分量的溶膠和縮合催化劑、氫氧化銨水溶液組合，並使其滲入該積層構造。在3-30分鐘的脫水收縮期間之後，該凝膠/發泡體複合材料經受進一步的化學老化，其中將該濕凝膠複合材料暴露至氫氧化銨和包含各種份量的烷基和甲矽烷基(六甲基二矽氮烷)的疏水劑的熱乙醇溶液中。在老化之後，將該發泡體/氣凝膠複合材料轉移至圓柱形壓力容器中，隨後使用超臨界CO2 萃取乾燥以去除溶劑。該複合材料隨後用熱處理，以去除任何殘餘含水量及/或揮發物。
從浸漬氣凝膠的積層構造切下大約測量為20 cm乘20 cm的三個樣本。測定這些樣本，其具有下列性質：1.61 mm的平均厚度；0.179 g/cc的平均密度；13.9 mW/mK的平均熱導率。這些樣本顯示出高的粉塵保持性。 實施例 15 –
對於實施例15，密度係使用標準分析天平結合根據在ASTM C303中說明的一般教示的體積測定進行重量分析，以及熱導率係根據在ASTM C518中說明的一般教示在37.8 °C的平均溫度和在2 PSI的壓縮負載下測定。
在微孔支架內的氣凝膠的連續基質係以下列方式創建。兩個不同的膨脹聚乙烯(ePE)薄膜係用作支架。該兩支架皆可以Arioso™複合材料薄膜(Lydall)商購取得並為8.5 x 11英吋。兩材料皆具有少於1 sec的平均哥雷數，以及8.8 μm的孔徑。這些Arioso支架在多孔層的一側上包含ePE。
將包含水解四乙基矽氧烷及其衍生物的必要分量的溶膠和縮合催化劑、氫氧化銨水溶液組合，並使其滲入各個薄膜。
在表1中在添加氣凝膠之前和之後測定該薄膜，以具有下列性質。當測試熱導率時，將兩樣本堆疊並獲得如表1所示的平均熱導率。這些材料顯示出高的粉塵保持性。
Figure 106103544-A0304-0002
 實施例16 -
對於實施例16，密度係使用標準分析天平結合根據在ASTM C303中說明的一般教示的體積測定進行重量分析，以及熱導率係根據在ASTM C518中說明的一般教示在37.8 °C的平均溫度和在2 PSI的壓縮負載下測定。
在微孔支架內的氣凝膠的連續基質係以下列方式創建。獲得包含帶有0.01 – 0.03 g/cm2 面密度的氧化聚丙烯腈(OPAN)纖維的非織造布。
獲得經受高於PTFE的結晶熔融溫度之溫度並具有下列性質的一卷膨脹PTFE薄膜(0.81 m)：0.032 mm的平均厚度、0.587 g/cc的平均密度、0.47µm的孔徑、8.9 sec的平均哥雷數、纖維方向的平均基質拉力強度88 MPa、以及垂直於纖維方向之方向的平均基質拉力強度35 MPa。此薄膜一般為根據美國專利號3,953,566的教示製造。
類似引述自美國專利號4,532,316的聚胺基甲酸酯黏著劑係加熱至足以液化的溫度。經由已加熱至約115°C的凹版卷軸設備以約40%面積的黏著劑沉積將該黏著劑以點狀圖案施加至該薄膜。
該薄膜的黏著劑塗佈側藉由使其穿過輥隙黏附至該網狀的聚胺基甲酸酯發泡體的一側，並且將該得到的積層體收集在捲筒上。將另一長度的塗佈黏著劑的薄膜以類似方式施加至該網狀發泡體的相對側，以創造積層構造。該積層構造捲繞並使其在室溫固化達48小時。
將包含水解四乙基矽氧烷及其衍生物的必要份量的溶膠和縮合催化劑、氫氧化銨水溶液組合，並使其滲入該積層構造。在3-30分鐘的脫水收縮期間之後，該凝膠/發泡體複合材料經受進一步的化學老化，其中將該濕凝膠複合材料暴露至氫氧化銨和包含各種量的烷基和甲矽烷基(六甲基二矽氮烷)的疏水劑的熱乙醇溶液中。在老化之後，將該發泡體/氣凝膠複合材料轉移至圓柱形壓力容器中，隨後使用超臨界CO2 萃取乾燥以去除溶劑。該複合材料隨後用熱處理，以去除任何殘餘含水量及/或揮發物。
從浸漬氣凝膠的積層構造切下測量大約10 cm乘10 cm的十個樣本。測定這些樣本，其具有下列性質：2.29 mm的平均厚度；0.0243 g/cc的平均密度；17.4 mW/mK的平均熱導率。這些樣本顯示出高的粉塵保持性。
如本案使用，連接詞「以及」意指包括性，以及連接詞「或」除非另有指明之外並非意指排他性。例如，用語「或，另擇地」意指排他性。
術語「一("a")」、「一("an")」、「該」、或在本發明說明的上下文的類似參照之使用(尤其在申請專利範圍的上下文)應解讀為包括單數和複數兩者，除非本案另有指明或與上下文明顯矛盾。
術語「包含」、「具有」、「包括」、以及「包含」應解讀為開放式術語(即，意為「包括但不限於」)，除非另有註明。
如本案使用，術語「約」指確認時的典型偏離度的特定屬性、組成物、量、值或參數；例如基於實驗誤差、測量誤差、近似誤差、計算誤差、相對於平均值的標準偏差、常規微調、等等的偏差。
本案敘述的數值範圍僅旨在作為落在該範圍內的各個單獨值的簡寫方法，除非本文另有指明，並且各個單獨值如同其在本案中各別列舉一樣係併入本說明書中。
本案說明的所有方法可以任何適宜的順序進行，除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾。本案提供的任何和所有實施例，或示例的語言(譬如，「例如」、「舉例來說」)的使用僅旨在更好地闡明本發明，而不對本發明的範疇構成限制，除非另有聲明。
100‧‧‧以輸送機為主的系統110‧‧‧凝膠前驅物溶液114‧‧‧混合段120‧‧‧催化劑溶液130‧‧‧流動控制器140‧‧‧輸送機系統150‧‧‧強化材料160‧‧‧凝膠片材層164‧‧‧隔離層200‧‧‧系統210‧‧‧容器220‧‧‧預成型捲240‧‧‧凝膠前驅物溶液250‧‧‧隔離層
圖1描繪使用輸送機系統從氣凝膠前驅物和強化片製備強化凝膠片的方法。
圖2描繪使用輥軸凝膠(gel-in-a-roll)系統從氣凝膠前驅物和強化片製備強化凝膠片的方法。
圖3描繪包含基底層的平坦積層片材，該基底層包含在其各個表面上帶有彈性面層的發泡體-強化氣凝膠複合材料。
圖4描繪包含基底層的輥壓積層片材，該基底層包含在其各個表面上帶有彈性面層的發泡體-強化氣凝膠複合材料。
圖5描繪包含基底層的積層片材，該基底層包含在其各個表面上帶有彈性、不可滲透面層的發泡體-強化氣凝膠複合材料。
圖6描繪包含使用超音波縫合結合的層的輥壓積層片材。
圖7描繪包含使用超音波縫合結合的層的平坦積層片材。
圖8描繪平坦發泡體-強化氣凝膠片材，其摺疊成預成型形狀，並且用帶子固定。
圖9描繪發泡體-強化氣凝膠片材，其使用熱處理從平坦片材成形為彎曲的預成型形狀。
圖10描繪包含多層發泡體-強化氣凝膠片材的多層積層材料，該發泡體-強化氣凝膠片材使用熱處理從平坦片材成形為彎曲的預成型形狀，隨後使用黏著劑積層在一起。
圖11描繪包含多層發泡體-強化氣凝膠片材的管道絕緣段，該發泡體-強化氣凝膠片材使用熱處理從平坦片材成形為彎曲的預成型形狀，隨後使用黏著劑積層在一起，最後固定在管道段周圍。
100‧‧‧以輸送機為主的系統
110‧‧‧凝膠前驅物溶液
114‧‧‧混合段
120‧‧‧催化劑溶液
130‧‧‧流動控制器
140‧‧‧輸送機系統
150‧‧‧強化材料
160‧‧‧凝膠片材層
164‧‧‧隔離層

Claims (20)

  1. 一種氣凝膠複合材料，其包含：至少一基底層，其具有一頂部表面和一底部表面，該基底層包含一強化氣凝膠組成物和一單塊氣凝膠框架，該強化氣凝膠組成物包含一強化材料；一第一面層，其包含接附至該基底層的該頂部表面的一第一面材料；以及一第二面層，其包含接附至該基底層的該底部表面的一第二面材料；其中該基底層的單塊氣凝膠框架的至少一部分皆延伸至該第一面層和該第二面層兩者的至少一部分；且其中該第一面材料和該第二面材料基本上各自由氟聚合物材料所組成。
  2. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該強化材料包含一發泡體強化材料。
  3. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該強化材料包含一纖維強化材料。
  4. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該第一面層和第二面層各自包含由彈性纖維製成的材料片。
  5. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該第一面層和第二面層各自包含由聚氨酯彈性纖維(spandex)製成的材料片。
  6. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該第一面層或第二面層係藉由選自由下列所組成群組的黏著劑接附至該基底層：氣溶膠黏著劑、以胺基甲酸酯為主的黏著劑、丙烯酸酯黏著劑、熱熔黏著劑、環氧樹脂、橡膠樹脂黏著劑；聚胺基甲酸酯複合材料黏著劑、以及其等的組合。
  7. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該第一面層或第二面層係藉由選自由下列所組成群組的非黏著性機構接附至該基底層：縫合、密封袋、鉚釘、鈕扣、夾具、纏繞、支撐線、以及其等的組合。
  8. 如請求項1之氣凝膠複合材料，其中該第一面層和第二面層各自包含一流體可滲透的面材料。
  9. 如請求項1的氣凝膠複合材料，其中該複合材料具有介於18.0 mW/m-K和40.0 mW/m-K之間的熱導率。
  10. 一種製備一氣凝膠複合材料的方法，其包含： -提供一基底層，其具有一頂部表面和一底部表面，該基底層包含一強化氣凝膠組成物和一單塊氣凝膠框架，該強化氣凝膠組成物包含一強化材料； -提供一第一面層，其包含一第一面材料，以及一第二面層，其包含一第二面材料，其中該第一面材料和該第二面材料基本上各自由氟聚合物材料所組成； -將該第一面層接附至該該基底層的該頂部表面，以及將該底部面層接附該基底層的該底部表面，藉此形成一積層基底； -提供一凝膠前驅物溶液，其包含凝膠前驅物材料和一溶劑； -將該凝膠前驅物溶液與該積層基底的至少一面層接觸； -允許與該積層基底的該面層接觸的該凝膠前驅物溶液的至少一部分穿過該積層基底的該面層進入在該積層基底的該基底層之該強化材料； -允許在該前驅物溶液中的該凝膠前驅物材料轉換成一凝膠組成物，形成一強化凝膠複合材料； -從該強化凝膠複合材料萃取至少一部分的溶劑，以獲得一強化氣凝膠複合材料。
  11. 如請求項10之方法，其中該方法更包含在將該凝膠前驅物溶液與該積層基底的至少一面層接觸之前，將該積層基底片的至少一部分配送在一移動元件上。
  12. 如請求項10之方法，其中該方法更包含：將該積層基底輥壓成一預成型捲，該預成型捲包含該積層基底的多個重疊層；以及在將該凝膠前驅物溶液與該積層基底的至少一面層接觸的步驟之前，將該積層基底的該預成型捲放入一容器中。
  13. 如請求項10之方法，其中該強化材料包含一發泡體強化材料。
  14. 如請求項10之方法，其中該強化材料包含一纖維強化材料。
  15. 如請求項10之方法，其中該第一面層和第二面層各自包含由彈性纖維製成的材料片。
  16. 如請求項10之方法，其中該第一面層和第二面層各自包含由聚氨酯彈性纖維製成的材料片。
  17. 如請求項10之方法，其中該第一面層或第二面層係藉由選自由下列所組成群組的黏著劑接附至該基底層：氣溶膠黏著劑、以胺基甲酸酯為主的黏著劑、丙烯酸酯黏著劑、熱熔黏著劑、環氧樹脂、橡膠樹脂黏著劑；聚胺基甲酸酯複合材料黏著劑、以及其等的組合。
  18. 如請求項17之方法，其中該黏著劑包含氣溶膠黏著劑、以胺基甲酸酯為主的黏著劑、丙烯酸酯黏著劑、熱熔黏著劑、環氧樹脂、橡膠樹脂黏著劑；聚胺基甲酸酯複合材料黏著劑。
  19. 如請求項10之方法，其中該第一面層或第二面層係藉由選自由下列所組成群組的非黏著性機構接附至該基底層：縫合、密封袋、鉚釘、鈕扣、夾具、纏繞、支撐線、以及其等的組合。
  20. 一種由請求項10之方法生產的氣凝膠複合材料，其中該複合材料具有介於18.0 mW/m-K和40.0 mW/m-K之間的熱導率。
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