WO2017146396A1 - 에어로겔 시트용 제조장치 - Google Patents

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WO2017146396A1
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tray
coating liquid
sheet
fiber sheet
container
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PCT/KR2017/001326
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김예훈
이제균
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주식회사 엘지화학
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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
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    • D06M11/77Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof
    • D06M11/79Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof with silicon dioxide, silicic acids or their salts
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05C3/00Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material
    • B05C3/02Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157After-treatment of gels
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    • C01B33/158Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585Dehydration into aerogels

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing apparatus for an airgel sheet, and more particularly, to a manufacturing apparatus for an airgel sheet capable of mass-producing an airgel sheet having heat insulation, durability and uniform thickness.
  • aerogel sheet is a highly porous material having a high porosity of 90% or more and up to 99% of the solids known to date.
  • the gel is prepared by sol-gel polymerization of a silica precursor solution and then under supercritical or atmospheric pressure conditions. Obtained by drying. That is, the airgel has a pore structure filled with air.
  • Such airgel sheet has lightness and heat insulation, sound absorption, etc. due to its unique pore structure in which 90-99% of the interior space is empty, and the biggest advantage is 36mW / mk, which is the thermal conductivity of organic insulation materials such as styrofoam. It is a high thermal insulation with a thermal conductivity of less than 30mW / mk significantly lower.
  • the airgel sheet according to the prior art has a problem that thickness is not uniform, insulation and durability are poor, and mass production is difficult.
  • the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide an airgel sheet manufacturing apparatus capable of mass-producing an airgel sheet having a heat insulating property, durability and uniform thickness.
  • Airgel sheet manufacturing apparatus for achieving the above object is a tray device that is accommodated in the fiber sheet; A rotating device provided with a rotating bar to which the tray device is fixed, and a driving member rotating the rotating bar to rotate the tray device so as to be positioned above or below the tray bar at an upper portion thereof; A silica precursor injector for impregnating the fiber sheet by injecting a silica precursor into the tray device located above the rotating rod; And a surface modification apparatus for modifying the surface of the fiber sheet impregnated with the silica precursor by injecting a coating solution into the tray apparatus located below the rotary rod.
  • the tray device may have a structure sealed by a cover and a tray container accommodating the fiber sheet, and a connection part provided at one side of the tray container and connected to the silica precursor injection device or the surface modification device.
  • At least one partition wall may be provided on the rear surface of the cover to press and fix the fiber sheet accommodated in the tray container.
  • the partition wall is formed to extend in the longitudinal direction or the width direction of the cover, a plurality of through holes may be formed on the surface.
  • a gap member having a plurality of perforations may be provided between the bottom surface of the tray container and the fiber sheet.
  • the gap member may be a plate formed with fine perforations or a mesh net.
  • the silica precursor injection device may be provided with a silica injection container for storing the silica precursor, and a precursor injection line for supplying the silica precursor stored in the silica injection container to be injected into the tray device.
  • the silica precursor may be prepared by mixing a silica sol and a catalyst for gelation.
  • the silica sol may be prepared by mixing tetraethly orthosilicate (TEOS) with ethanol.
  • TEOS tetraethly orthosilicate
  • TEOS tetraethly orthosilicate
  • the gelling catalyst may be prepared by mixing ethanol and ammonia water (NH 4 OH).
  • the surface modification apparatus may be provided with a coating liquid injection container for storing the coating liquid and a coating liquid injection line for supplying the coating liquid stored in the coating liquid injection container to the tray apparatus.
  • the surface modification apparatus may further include a coating liquid recovery member for recovering the coating liquid injected into the tray apparatus into the coating liquid injection container.
  • the coating liquid recovery member is provided between the tray device and the rotating rod and the suction valve for forcibly drawing the coating liquid injected into the tray device through the suction force, and the coating liquid discharged to recover the coating liquid drawn by the suction valve to the coating liquid injection container.
  • Line and a recovery pump for generating a suction force to the suction valve.
  • the coating solution may be prepared by mixing ethanol and ammonia water (NH 4 OH).
  • the fiber sheet may further include a transport device for transporting the fiber sheet to the tray device or adsorbing the fiber sheet having the surface modification completed and withdrawing it out of the tray device.
  • the manufacturing apparatus for the airgel sheet according to the present invention can produce the airgel sheet continuously and can be mass-produced, and in particular, it is possible to obtain an airgel sheet having heat insulation, durability and uniform thickness.
  • the airgel sheet manufacturing apparatus according to the present invention can be fixed without moving the fiber sheet by having a partition wall in the tray device is accommodated.
  • FIG. 1 is a view showing an airgel sheet manufacturing apparatus according to the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a tray device according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a tray apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 shows a rotating device according to the invention.
  • FIG. 5 is a view showing a silica precursor injection device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a surface modification apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 to 11 is a view showing the operating state of the airgel sheet manufacturing apparatus according to the present invention
  • Figure 7 is a view showing a state in which the fiber sheet is introduced into the tray device after transport
  • Figure 8 is a silica precursor
  • 9 is a view showing a state injected into the tray device
  • Figure 9 is a view showing a state in which the coating liquid is injected into the tray device
  • Figure 10 is a view showing a state of withdrawing the surface modified fiber sheet received in the tray body is completed being.
  • the apparatus 100 for manufacturing an airgel sheet according to the present invention rotates the upper and lower surfaces of the tray apparatus 110 and the tray apparatus 110 in which the fiber sheet 10 is accommodated.
  • the tray apparatus 110 has a structure sealed by a lid 111a and includes a tray container 111 in which a fiber sheet 10 is accommodated, and a tray container 111. It is provided as a connection portion 112 provided on one side and connected to the silica precursor injection device 130 or surface modification device 140.
  • the tray device 110 is sealed while the cover 111a is closed when the fiber sheet 10 is inserted into the tray container 111. Then, the silica precursor 20 of the silica precursor injection device 130 is injected through the connection part 112 to impregnate and gel the fiber sheet 10 or to inject the coating solution 30 of the surface modification device 140 into the fiber. The surface of the sheet 10 is modified.
  • connection part 112 and the silica precursor injection device 130 or the connection part 112 and the surface modification device 140 are detachably coupled, and thus the silica precursor injection device 130 or the surface modification to the connection part 112. Device 140 may optionally be connected.
  • the fiber sheet 10 accommodated in the tray container 111 has a problem that a defect occurs while being driven to one side of the tray container 111 by the centrifugal force during the rotation of the tray container 111.
  • the tray device 110 according to the present invention has a structure for fixing the fiber sheet (10).
  • the back surface of the cover 111a is provided with at least one partition wall 113 for pressing and fixing the fiber sheet 10 accommodated in the tray container 111
  • the partition wall 113 is the longitudinal direction or width direction of the cover 111a And a plurality of formed at equal intervals and fixed by pressing the upper surface of the fiber sheet 10. Accordingly, even if the tray container 111 is rotated, the fiber sheet 10 can be solved in one side and the defect can be prevented.
  • a plurality of through holes 113a are formed in the surface of the partition wall 113, and the silica precursor 20 or the coating liquid 30 injected into the tray container 111 through the through holes 113a passes through the tray container (
  • the silica precursor 20 or the coating liquid 30 may be injected into the entirety of the 111, and as a result, the silica precursor 20 may be uniformly impregnated into the entire fiber sheet 10.
  • the coating liquid 30 may be uniformly coated on the entire surface to uniformly modify the surface.
  • the tray apparatus 110 is provided with a gap member 114 having a plurality of perforations formed between the bottom surface of the tray container 111 and the fiber sheet 10. That is, when the silica precursor is injected into the tray container 111 to gel the fiber sheet 10, the bottom surface of the fiber sheet 10 sticks to the bottom surface of the tray container 111. In order to prevent this, by inserting the gap member 114 between the bottom surface of the tray container 111 and the fiber sheet 10, the problem that the fiber sheet 10 is stuck to the bottom surface of the tray container 111 can be solved. .
  • the gap member 114 may be a plate member having fine perforations or a mesh network. And the gap member 114 is removed from the fiber sheet 10 when the surface modification of the fiber sheet 10 is completed.
  • the rotating device 120 rotates the tray device to the device, and the rotating rod 121 to which the tray container 111 of the tray device 110 is fixed and the rotating rod 121 are rotated.
  • a support member 122 rotatably fixed in a state spaced from the ground, and a driving member for rotating the rotary rod 121 so that the tray container 111 is rotated so as to be positioned above or below the upper or lower portion of the rotating rod 121. 123 is provided.
  • the rotating device 120 rotates the rotating rod 121 by the driving member 123, and the tray container 111 rotates in association with the rotating rod 121. 111 rotates about the rotating rod 121.
  • the driving member 123 may be a driving motor, and the driving member 123 and the rotating rod 121, which are the driving motor, may be connected to the power transmission through a belt.
  • the silica precursor injection device 130 may include a silica injection vessel 131 in which the silica precursor 20 is stored, and a silica precursor 20 stored in the silica injection vessel 131 in a tray device ( It is provided as a precursor injection line 132 to be supplied to be injected into the tray container 111 through the connection portion 112 of the 110.
  • a silica injection pump 133 for forcibly moving the silica precursor 20 stored in the silica injection container 131 to the silica injection line 122 is further provided.
  • the silica precursor 20 is prepared by mixing a silica sol and a catalyst for gelation, thereby simplifying the process and increasing workability.
  • silica sol is prepared by mixing tetraethly orthosilicate (TEOS) and ethanol. That is, the silica sol may be obtained in a reaction tank (not shown) including silica sol 1.2kg and 2.7kg ethanol.
  • TEOS tetraethly orthosilicate
  • the TEOS is a solvent having excellent reactivity with water, and may be further hydrolyzed. That is, by mixing the hydrolyzed TEOS and ethanol it can be obtained a silica sol excellent in reactivity.
  • the gelling catalyst is prepared by mixing ethanol and aqueous ammonia (NH 4 OH).
  • the gel catalyst is prepared by mixing 0.5 kg of ethanol and 30 ml of ammonia water (NH 4 OH) in a reaction tank (not shown).
  • the silica precursor injection device 130 injects the silica precursor 20 stored in the silica injection container 131 into the tray container 111 through the precursor injection line 132, the silica precursor 20 is a tray container ( It is impregnated with the fiber sheet 10 accommodated in the 111 and gelled at the same time, thereby improving workability.
  • the surface modification apparatus 140 includes a coating liquid injection container 141 in which the coating liquid 30 is stored, and a coating liquid 30 stored in the coating liquid injection container 141 in the tray apparatus 110. It is provided as a coating liquid injection line 142 to be supplied to be injected into the tray container 111 through the connection portion 112. In addition, a coating liquid injection pump 143 for forcibly moving the coating liquid 30 stored in the coating liquid injection container 141 to the coating liquid injection line 142 is further provided.
  • the surface reformer 140 removes the precursor main line 132 coupled to the connection part 112, couples the coating liquid injection line 142 to the connection part 112, and then pumps the coating force of the coating liquid injection pump 143.
  • the coating liquid 30 stored in the coating liquid injection container 141 is injected into the tray container 111 through the connection part 112.
  • the coating liquid is impregnated into the fibrous sheet 10 in which the silica precursor is gelled, thereby modifying the surface of the fibrous sheet 10.
  • the surface modification apparatus 140 injects the coating liquid 30 in a state where the tray container 111 is turned upside down, thereby uniformly coating the coating liquid 30 on the entire fiber sheet 10. There was a problem that could not be impregnated. In order to prevent this, the surface modification apparatus 140 impregnates the fiber sheet 30 by forcibly raising and raising the coating liquid 30 through suction force, while the raised coating liquid 30 is pulled out to the outside again to inject the coating liquid 141. It includes a coating liquid recovery member 144 to recover.
  • the coating liquid recovery member 144 is provided between the tray apparatus 110 and the rotating rod 121 and the suction valve 144a for forcibly drawing out the coating liquid injected into the tray apparatus 110 through the suction force, and the suction valve ( Coating liquid 30 withdrawal by the 144a is recovered in the hollow formed in the rotating rod 121 and is coupled to the rotating rod 121, the coating liquid to recover the coating liquid 30 recovered in the rotating rod 121 to the coating liquid injection container 141
  • a discharge line 144b and a recovery pump 144c for generating a suction force in the suction valve 144a are provided.
  • the coating liquid discharge line 144b may be directly connected to the suction valve 144a.
  • the coating liquid recovery member 144 By using the coating liquid recovery member 144, the surface of the fiber sheet 10 may be uniformly modified, and in particular, the coating liquid 30 may be recovered and reused.
  • the coating liquid 30 is prepared by mixing ethanol and ammonia water (NH 4 OH).
  • the airgel sheet manufacturing apparatus further includes a transfer device 150 to facilitate the transfer of the fiber sheet (10).
  • the conveying device 150 adsorbs the fiber sheet 10 loaded on the uppermost end of the loaded fiber sheet 10 and then transfers it to the tray device 110 or adsorbs the fiber sheet 10 whose surface modification is completed. Then, it is taken out of the tray apparatus 110 and transferred to the set place.
  • Such a transfer device 150 is a guide rail 151 which is installed from the loading place on which the fiber sheet 10 is loaded to the tray device 110 and the guide rail 151 so as to be movable, the fiber sheet 10 It includes a conveying member 152 for transporting the fiber sheet 10 along the guide rail 151 after the adsorption.
  • the fiber sheet 10 loaded at a loading place (not shown) through the transfer member 152 of the transfer device 150 is adsorbed, and then the tray device along the guide rail 151. Transfer to the top of 110).
  • the cover 111a of the tray container 111 is opened in the tray device 110, and then the gap member 114 is inserted into the tray container 111, and the fiber sheet 10 transferred next is Insert it. Then, the cover 111a is closed to seal the tray container 111.
  • the partition wall 113 provided on the rear surface of the cover (111a) is to press the fiber sheet 10, thereby fixing the fiber sheet 10 without moving.
  • the silica precursor 20 is injected into the tray container 111 through the silica precursor injection device 120 to impregnate and gel the fiber sheet 10.
  • the silica precursor stored in the precursor injection container 130 is injected into the tray container 111 through the silica injection line 132. Then, the silica precursor 20 is impregnated in the fiber sheet 10 contained in the tray container 111, and gelated by the gelling catalyst contained in the silica precursor 20. At this time, the silica precursor 20 is stably introduced from one end of the tray container 111 to the other end while passing through the through hole 113a of the partition 113, and thus the silica precursor has a uniform thickness on the surface of the fiber sheet 10. (20) can be gelled.
  • the tray apparatus 110 is rotated downward to be turned over through the rotating apparatus 120.
  • the tray apparatus 110 rotates from the top in conjunction with the rotating rod 121, wherein the tray apparatus 110 is a rotating rod ( 121) is rotated around the center is upside down.
  • the coating solution 30 is injected into the tray container 111 through the surface modification apparatus 140 to modify the surface of the fibrous sheet 10 in which the silica precursor is gelled.
  • the surface modification apparatus 140 is injected into the tray container 111 through the coating liquid injection line 142 the coating liquid 30 stored in the coating liquid injection container 141 by the pumping force of the coating liquid injection pump 143. Then, the coating solution 30 is impregnated on the surface of the fiber sheet 10 and the surface is modified. At this time, the coating solution 30 is uniformly supplied to the entirety of the fiber sheet 10 while passing through the through hole 113a of the partition wall 113, thereby uniformly modifying the entire surface of the fibrous sheet 10.
  • the surface modification device 140 forcibly raises the coating liquid injected into the tray container 111 through the coating liquid recovery member 144 to penetrate the surface of the fiber sheet 10, thereby the surface of the fiber sheet 10 Can be modified more stably, and the raised coating liquid is recovered and reused.
  • the coating liquid recovery member 144 sucks and recovers the coating liquid 30 injected into the tray container 111 through the pumping force through the recovery pump 144c and the suction valve 144a, and recovers the coating liquid 30.
  • the coating liquid injection container 141 is recovered through the coating liquid discharge line 144b.
  • the fiber sheet 10 and the gap member 114 are inserted into the tray device 110 rotated upward by the rotating device 120 to form the silica precursor 20. It is prepared to impregnate, inject the coating liquid 30 into the tray container 111 located at the bottom and at the same time inject the silica precursor 20 into the tray container 111 located at the top, this can be continuous operation. .
  • an airgel sheet may be manufactured.
  • the tray apparatus 110 is rotated from the bottom to the top. Then, the cover 111a of the tray container 111 is opened, and then the airgel sheet is transferred to a separate reservoir through the transfer device 150.
  • the coating liquid is injected into the tray apparatus 110 rotated downward to modify the surface of the fibrous sheet 10 in which the silica precursor is gelled.
  • the apparatus for manufacturing an airgel sheet according to the present invention can continuously mass-produce an airgel sheet having heat insulation, durability, and uniform thickness by continuing the above process.

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Abstract

본 발명은 에어로겔 시트용 제조장치에 관한 것으로서 섬유시트가 수용되는 트레이장치; 상기 트레이장치가 고정되는 회전봉과, 상기 회전봉을 회전시켜서 상기 트레이장치를 상기 회전봉의 상부 또는 하부에 위치하도록 자전시키는 구동부재로 마련된 회전장치; 상기 회전봉의 상부에 위치한 상기 트레이장치에 실리카 전구체를 주입하여 상기 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입장치; 및 상기 회전봉의 하부에 위치한 상기 트레이장치에 코팅액을 주입하여 실리카 전구체가 함침된 섬유시트의 표면을 개질하는 표면개질장치를 포함할 수 있다.

Description

에어로겔 시트용 제조장치
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2016년 02월 22일자 한국특허출원 제10-2016-0020703호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 에어로겔 시트용 제조장치에 관한 것으로서, 특히 단열성과 내구성, 두께가 균일한 에어로겔 시트를 대량 생산할 수 있는 에어로겔 시트용 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 에어로겔 시트는 현재까지 알려진 고체 중에서 90%이상, 최대 99% 정도의 높은 기공율을 갖는 고다공성 물질로서, 실리카 전구체 용액을 졸-겔 중합반응시켜 겔을 만든 후, 초임계조건 혹은 상압조건 하에서 건조함에 따라 얻을 수 있다. 즉, 에어로겔은 공기가 가득차 있는 기공 구조를 가지고 있다.
이와 같은 에어로겔 시트는 내부 공간의 90~99%가 비어있는 독특한 기공구조로 인하여 가벼우면서도 단열성, 흡음성 등의 물성을 가지며, 그 중에서도 가장 큰 장점은 종래 스티로폼 등의 유기 단열재의 열전도도인 36mW/m.k보다 현저히 낮은 30mW/m.k 이하의 열전도율을 보이는 고단열성이다.
종래기술에 따른 에어로겔 시트는 두께가 균일하지 못하고, 단열성과 내구성이 떨어지며, 특히 대량생산이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단열성, 내구성 및 균일한 두께를 가지는 에어로겔 시트를 대량생산할 수 있는 에어로겔 시트용 제조장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치는 섬유시트가 수용되는 트레이장치; 상기 트레이장치가 고정되는 회전봉과, 상기 회전봉을 회전시켜서 상기 트레이장치를 상기 회전봉의 상부에서 하부 또는 하부에서 상부에 위치하도록 자전시키는 구동부재가 마련된 회전장치; 상기 회전봉의 상부에 위치한 상기 트레이장치에 실리카 전구체를 주입하여 상기 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입장치; 및 상기 회전봉의 하부에 위치한 상기 트레이장치에 코팅액을 주입하여 실리카 전구체가 함침된 섬유시트의 표면을 개질하는 표면개질장치를 포함할 수 있다.
상기 트레이장치는 덮개에 의해 밀폐되는 구조를 가지며 상기 섬유시트가 수용되는 트레이용기와, 상기 트레이용기의 일측에 구비되고 상기 실리카 전구체 주입장치 또는 상기 표면개질장치가 연결되는 연결부로 마련될 수 있다.
상기 덮개의 이면에는 상기 트레이용기에 수용된 상기 섬유시트를 눌려서 고정하는 하나 이상의 격벽이 구비될 수 있다.
상기 격벽은 상기 덮개의 길이방향 또는 폭방향으로 연장되게 형성되고, 표면에 복수개의 관통구멍이 형성될 수 있다.
상기 트레이용기의 바닥면과 상기 섬유시트 사이에는 복수의 타공이 형성된 간극부재가 구비될 수 있다.
상기 간극부재는 미세한 타공이 형성된 판재이거나 또는 메쉬망일 수 있다.
상기 실리카 전구체 주입장치는 실리카 전구체가 저장되는 실리카 주입용기와, 상기 실리카 주입용기에 저장된 실리카 전구체를 상기 트레이장치에 주입되게 공급하는 전구체 주입라인으로 마련될 수 있다.
상기 실리카 전구체는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합에 의해 마련될 수 있다.
상기 실리카졸은 TEOS(tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합에 의해 마련될 수 있다.
상기 TEOS(tetraethly orthosilicate)는 가수분해된 것을 사용할 수 있다.
상기 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련될 수 있다.
상기 표면개질장치는 코팅액이 저장되는 코팅액 주입용기와, 코팅액 주입용기에 저장된 코팅액을 상기 트레이장치에 주입되게 공급하는 코팅액 주입라인으로 마련될 수 있다.
상기 표면개질장치는 상기 트레이장치에 주입된 코팅액을 상기 코팅액 주입용기로 회수하기 위한 코팅액 회수부재가 더 포함될 수 있다.
상기 코팅액 회수부재는 상기 트레이장치와 회전봉 사이에 구비되고 상기 트레이장치에 주입된 코팅액을 흡입력을 통해 강제로 인출시키는 흡입밸브와, 흡입밸브에 의해 인출된 코팅액을 상기 코팅액 주입용기로 회수하는 코팅액 배출라인과, 상기 흡입밸브에 흡입력을 발생시키는 회수펌프로 마련될 수 있다.
상기 코팅액은 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련될 수 있다.
상기 섬유시트를 상기 트레이장치까지 이송하거나 또는 표면개질이 완료된 섬유시트를 흡착한 후 상기 트레이장치 밖으로 인출하는 이송장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치는 에어로겔 시트를 연속하여 생산할 수 있어 대량생산이 가능하며, 특히 단열성과 내구성, 두께가 균일한 에어로겔 시트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치는 섬유시트가 수용되는 트레이장치 내부에 격벽을 구비함으로써 섬유시트를 움직이지 않게 고정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 트레이장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 트레이장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 회전장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 실리카 전구체 주입장치를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 표면개질장치를 도시한 도면.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치의 작동상태를 나타낸 도면으로, 도 7은 섬유시트가 이송된 후 트레이장치에 인입되는 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 실리카 전구체가 트레이장치에 주입되는 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 코팅액이 트레이장치에 주입되는 상태를 도시한 도면이며, 도 10은 트레이장체에 수용된 표면개질이 완료된 섬유시트를 인출하는 상태를 도시한 도면임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[에어로겔 시트용 제조장치]
본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 섬유시트(10)가 수용되는 트레이장치(110), 트레이장치(110)의 상면과 하면이 뒤집어지게 자전시키는 회전장치(120), 트레이장치(110)에 실리카 전구체(20)를 주입하는 실리카 전구체 주입장치(130), 트레이장치(110)에 코팅액(30)을 주입하는 표면개질장치(140), 및 트레이장치(110)까지 섬유시트(10)를 이송하거나 또는 트레이장치(110)에 수용된 섬유시트(10)를 인출하는 이송장치(150)를 포함한다.
트레이장치
트레이장치(110)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 덮개(111a)에 의해 밀폐되는 구조를 가지며 섬유시트(10)가 수용되는 트레이용기(111)와, 트레이용기(111)의 일측에 구비되고 실리카 전구체 주입장치(130) 또는 표면개질장치(140)가 연결되는 연결부(112)로 마련된다.
즉, 트레이장치(110)는 트레이용기(111)에 섬유시트(10)가 인입되면, 덮개(111a)가 닫히면서 밀폐된다. 그리고 연결부(112)를 통해 실리카 전구체 주입장치(130)의 실리카 전구체(20)를 주입하여 섬유시트(10)에 함침 및 겔화시키거나 또는 표면개질장치(140)의 코팅액(30)을 주입하여 섬유시트(10)의 표면을 개질한다.
여기서 연결부(112)와 실리카 전구체 주입장치(130) 또는 연결부(112)와 표면개질장치(140)는 착탈이 가능하게 결합되며, 이에 따라 연결부(112)에 실리카 전구체 주입장치(130) 또는 표면개질장치(140)를 선택적으로 연결할 수 있다.
한편, 트레이용기(111)에 수용된 섬유시트(10)는 트레이용기(111)의 회전시 원심력에 의해 트레이용기(111)의 일측으로 몰리면서 불량이 발생하는 문제가 있었다. 이를 방지하기 위해 본 발명에 따른 트레이장치(110)는 섬유시트(10)를 고정하는 구조를 가진다.
즉, 덮개(111a)의 이면에는 트레이용기(111)에 수용된 섬유시트(10)를 눌려서 고정하는 하나 이상의 격벽(113)이 구비되며, 격벽(113)은 덮개(111a)의 길이방향 또는 폭방향으로 연장되고 등간격으로 복수개가 형성되면서 섬유시트(10)의 상면을 눌러서 고정한다. 이에 따라 트레이용기(111)가 회전하더라도 섬유시트(10)가 일측으로 몰리는 문제를 해결할 수 있고 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 격벽(113)의 표면에는 복수개의 관통구멍(113a)이 형성되며, 관통구멍(113a)으로 트레이용기(111)에 주입된 실리카 전구체(20) 또는 코팅액(30)이 통과하면서 트레이용기(111)의 전체에 실리카 전구체(20) 또는 코팅액(30)을 주입할 수 있고, 그 결과 섬유시트(10) 전체에 실리카 전구체(20)를 균일하게 함침시킬 수 있다 또한, 섬유시트(10)의 표면 전체에 코팅액(30)을 균일하게 코팅하여 표면을 균일하게 개질할 수 있다.
한편, 트레이장치(110)는 트레이용기(111)의 바닥면과 섬유시트(10) 사이에 복수의 타공이 형성된 간극부재(114)가 구비된다. 즉, 트레이용기(111)에 실리카 전구체를 주입하여 섬유시트(10)에 겔화시킬 경우 섬유시트(10)의 저면이 트레이용기(111)의 바닥면에 들러붙는 문제가 있었다. 이를 방지하기 위해 트레이용기(111)의 바닥면과 섬유시트(10) 사이에 간극부재(114)를 삽입함으로써 섬유시트(10)가 트레이용기(111)의 바닥면에 들러붙는 문제를 해결할 수 있다.
여기서 간극부재(114)는 미세한 타공이 형성된 판재이거나 또는 메쉬망일 수 있다. 그리고 간극부재(114)는 섬유시트(10)의 표면 개질이 완료되면, 섬유시트(10)로부터 분리하여 제거한다.
회전장치
회전장치(120)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 트레이장치를 장치를 자전시키기 위한 것으로, 트레이장치(110)의 트레이용기(111)가 고정되는 회전봉(121)과, 회전봉(121)을 지면으로부터 이격된 상태로 회전 가능하게 고정하는 지지대(122)와, 상기 회전봉(121)을 회전시켜서 트레이용기(111)를 회전봉(121)의 상부에서 하부 또는 하부에서 상부에 위치하도록 자전시키는 구동부재(123)로 마련된다.
즉, 회전장치(120)는 구동부재(123)가 회전하면 구동부재(123)에 의해 회전봉(121)이 회전하고, 회전봉(121)과 연동하여 트레이용기(111)가 회전하는데, 이때 트레이용기(111)는 회전봉(121)을 중심으로 자전한다.
여기서 구동부재(123)는 구동모터일 수 있으며, 이 구동모터인 구동부재(123)와 회전봉(121)은 벨트를 통해 동력 전달 가능하게 연결될 수 있다.
실리카 전구체 주입장치
실리카 전구체 주입장치(130)는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 실리카 전구체(20)가 저장되는 실리카 주입용기(131)와, 실리카 주입용기(131)에 저장된 실리카 전구체(20)를 트레이장치(110)의 연결부(112)를 통해 트레이용기(111)에 주입되게 공급하는 전구체 주입라인(132)으로 마련된다. 그리고 실리카 주입용기(131)에 저장된 실리카 전구체(20)를 실리카 주입라인(122)으로 강제로 이동시키기 위한 실리카 주입펌프(133)가 더 마련된다.
여기서 실리카 전구체(20)는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합에 의해 마련되며, 이에 공정을 단순화와 작업성을 높일 수 있다.
한편, 실리카졸은 TEOS(tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합에 의해 마련한다. 즉, 실리카졸은 반응조(미도시)에 TEOS 1.2kg과 에탄올 2.7kg을 포함하여 실리카 졸을 얻을 수 있다.
상기 TEOS는 물과의 반응성이 뛰어난 용매로, 가수분해된 것을 사용하며, 이에 반응성을 더욱 높일 수 있다. 즉, 가수분해된 TEOS와 에탄올을 혼합함에 따라 반응성이 우수한 실리카 졸을 얻을 수 있다.
한편, 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련한다. 즉, 겔화용 촉매는 반응조(미도시)에 에탄올 0.5kg과 암모니아수(NH4OH) 30ml를 혼합하여 제조한다.
이와 같은 실리카 전구체 주입장치(130)는 실리카 주입용기(131)에 저장된 실리카 전구체(20)를 전구체 주입라인(132)을 통해 트레이용기(111)에 주입하면, 실리카 전구체(20)가 트레이용기(111)에 수용된 섬유시트(10)에 함침됨과 동시에 겔화되며, 이에 작업성을 높일 수 있다.
표면개질장치
표면개질장치(140)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 코팅액(30)이 저장되는 코팅액 주입용기(141)와, 코팅액 주입용기(141)에 저장된 코팅액(30)을 트레이장치(110)의 연결부(112)를 통해 트레이용기(111)에 주입되게 공급하는 코팅액 주입라인(142)으로 마련된다. 그리고 코팅액 주입용기(141)에 저장된 코팅액(30)을 코팅액 주입라인(142)으로 강제로 이동시키기 위한 코팅액 주입펌프(143)가 더 마련된다.
즉, 표면개질장치(140)는 연결부(112)에 결합된 전구체 주인라인(132)을 제거하고, 코팅액 주입라인(142)을 연결부(112)에 결합한 다음, 코팅액 주입펌프(143)의 펌핑력으로 코팅액 주입용기(141)에 저장된 코팅액(30)을 연결부(112)를 통해 트레이용기(111)에 주입한다. 한편, 트레이용기(111)에 코팅액(30)이 주입되면 코팅액이 실리카 전구체가 겔화된 섬유시트(10)에 함침되면서 섬유시트(10)의 표면을 개질한다.
여기서 표면개질장치(140)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 트레이용기(111)가 뒤집어진 상태로 코팅액(30)을 주입하기 때문에 섬유시트(10)의 전체에 코팅액(30)이 균일하게 함침되지 못하는 문제가 있었다. 이를 방지하기 위해 표면개질장치(140)는 흡입력을 통해 코팅액(30)을 강제고 상승시켜서 섬유시트(30)에 함침시키는 한편, 상승한 코팅액(30)은 외부로 인출시켜서 다시 코팅액 주입용기(141)로 회수하는 코팅액 회수부재(144)를 포함한다.
즉, 코팅액 회수부재(144)는 트레이장치(110)와 회전봉(121) 사이에 구비되고 트레이장치(110)에 주입된 코팅액을 흡입력을 통해 강제로 인출시키는 흡입밸브(144a)와, 흡입밸브(144a)에 의해 인출된 코팅액(30)이 회전봉(121)에 형성된 중공에 회수되고 회전봉(121)에 결합되면서 회전봉(121)에 회수된 코팅액(30)을 코팅액 주입용기(141)로 회수하는 코팅액 배출라인(144b)과, 흡입밸브(144a)에 흡입력을 발생시키는 회수펌프(144c)로 마련된다. 여기서 코팅액 배출라인(144b)은 흡입밸브(144a)에 직접 연결될 수도 있다.
이와 같은 코팅액 회수부재(144)를 이용함으로써 섬유시트(10)의 표면을 균일하게 개질할 수 있으며, 특히 코팅액(30)을 회수하여 재사용할 수 있다.
한편, 코팅액(30)은 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련된다.
이송장치
한편, 에어로겔 시트용 제조장치는 섬유시트(10)의 이송을 용이하게 하기 위해 이송장치(150)를 더 포함한다.
즉, 이송장치(150)는 적재된 섬유시트(10) 중 최상단에 적재된 섬유시트(10)를 흡착한 후 트레이장치(110)까지 이송하거나 또는 표면개질이 완료된 섬유시트(10)를 흡착한 후 트레이장치(110) 밖으로 인출하고 설정된 장소까지 이송한다.
이와 같은 이송장치(150)는 섬유시트(10)가 적재된 적재장소에서 트레이장치(110)까지 설치되는 가이드레일(151)과, 가이드레일(151)에 이동 가능하게 설치되고 섬유시트(10)를 흡착한 후 가이드레일(151)를 따라 섬유시트(10)를 이송하는 이송부재(152)를 포함한다.
[에어로겔 시트용 제조방법]
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치를 이용한 에어로겔 시트의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 이송장치(150)의 이송부재(152)를 통해 적재장소(미도시)에 적재된 섬유시트(10)를 흡착한 후 가이드레일(151)을 따라 트레이장치(110)의 상부까지 이송한다.
그런 다음 트레이장치(110)에서 트레이용기(111)의 덮개(111a)를 개방한 다음, 트레이용기(111)의 내부에 간극부재(114)를 삽입하고, 다음으로 이송된 섬유시트(10)를 삽입한다. 그리고 덮개(111a)를 닫아서 트레이용기(111)를 밀폐한다.
이때, 덮개(111a)의 이면에 구비된 격벽(113)이 섬유시트(10)를 눌려주게 되며, 이에 섬유시트(10)를 움직이지 않게 고정할 수 있다.
이와 같은 상태에서 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 실리카 전구체 주입장치(120)를 통해 트레이용기(111)에 실리카 전구체(20)를 주입하여 섬유시트(10)에 함침 및 겔화시킨다.
즉, 전구체 주입용기(130)에 저장된 실리카 전구체를 실리카 주입라인(132)을 통해 트레이용기(111)에 주입한다. 그러면 실리카 전구체(20)가 트레이용기(111)에 수용된 섬유시트(10)에 함침되고, 실리카 전구체(20)에 포함된 겔화용 촉매에 의해 겔화된다. 이때 실리카 전구체(20)는 격벽(113)의 관통구멍(113a)을 통과하면서 트레이용기(111)의 일단에서 타단까지 안정적으로 유입되며, 이에 섬유시트(10)의 표면에 균일한 두께로 실리카 전구체(20)를 겔화시킬 수 있다.
이와 같이 실리카 전구체의 겔화가 완료되면, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 회전장치(120)를 통해 트레이장치(110)를 뒤집어지게 하향으로 회전시킨다.
즉, 회전장치(120)의 구동부재(123)를 통해 회전봉(121)을 회전시키면, 회전봉(121)과 연동하여 트레이장치(110)가 상에서 하로 회전하는데, 이때 트레이장치(110)는 회전봉(121)을 중심으로 자전하면서 뒤집어진 상태가 된다.
이와 같은 상태에서 연결부(112)에 결합된 전구체 주입라인(132)을 제거하고, 코팅액 주입라인(142)을 연결부(112)에 결합한다.
그런 다음, 표면개질장치(140)를 통해 트레이용기(111)에 코팅액(30)을 주입하여 실리카 전구체가 겔화된 섬유시트(10)의 표면을 개질한다.
즉, 표면개질장치(140)는 코팅액 주입펌프(143)의 펌핑력에 의해 코팅액 주입용기(141)에 저장된 코팅액(30)이 코팅액 주입라인(142)을 통해 트레이용기(111)에 주입된다. 그러면 코팅액(30)이 섬유시트(10)의 표면에 함침되면서 표면이 개질된다. 이때 코팅액(30)은 격벽(113)의 관통구멍(113a)을 통과하면서 섬유시트(10)의 전체에 균일하게 공급되며, 이에 섬유시트(10) 표면 전체를 균일하게 개질할 수 있다.
한편, 표면개질장치(140)는 코팅액 회수부재(144)를 통해 트레이용기(111)에 주입된 코팅액을 강제로 상승시켜서 섬유시트(10)의 표면을 관통시키며, 이에 섬유시트(10)의 표면을 보다 안정적으로 개질할 수 있다, 그리고 상승한 코팅액은 회수하여 재사용한다.
즉, 코팅액 회수부재(144)는 회수펌프(144c)를 통한 펌핑력과 흡입밸브(144a)를 통해 트레이용기(111)에 주입된 코팅액(30)을 흡입하여 회수하며, 회수한 코팅액(30)은 코팅액 배출라인(144b)을 통해 코팅액 주입용기(141)로 회수한다.
여기서 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 회전장치(120)에 의해 상부로 회전한 트레이장치(110)에는 앞서 설명한 바와 같이 섬유시트(10)와 간극부재(114)를 삽입하여 실리카 전구체(20)를 함침하기 위한 준비를 하고, 하부에 위치한 트레이용기(111)에 코팅액(30)을 주입함과 동시에 상부에 위치한 트레이용기(111)에는 실리카 전구체(20)를 주입하며, 이에 연속작업이 가능하다.
이와 같이 섬유시트(10)의 표면 개질이 완료되면, 에어로겔 시트를 제조할 수 있으며, 이와 같이 에어로겔 시트가 제조되면, 트레이장치(110)를 하부에서 상부로 자전시킨다. 그런 다음 트레이용기(111)의 덮개(111a)를 개방한 다음, 이송장치(150)를 통해 에어로겔 시트를 별도의 저장소까지 이송한다.
이때 하부로 자전한 트레이장치(110)에 코팅액을 주입하여 실리카 전구체가 겔화된 섬유시트(10)의 표면을 개질한다.
따라서 본 발명에 따른 에어로겔 시트용 제조장치는 상기와 같은 과정을 연속함으로써 단열성과 내구성, 두께가 균일한 에어로겔시트를 대량생산할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

Claims (16)

  1. 섬유시트가 수용되는 트레이장치;
    상기 트레이장치가 고정되는 회전봉과, 상기 회전봉을 회전시켜서 상기 트레이장치를 상기 회전봉의 상부에서 하부 또는 하부에서 상부에 위치하도록 자전시키는 구동부재가 마련된 회전장치;
    상기 회전봉의 상부에 위치한 상기 트레이장치에 실리카 전구체를 주입하여 상기 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입장치; 및
    상기 회전봉의 하부에 위치한 상기 트레이장치에 코팅액을 주입하여 실리카 전구체가 함침된 섬유시트의 표면을 개질하는 표면개질장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 트레이장치는 덮개에 의해 밀폐되는 구조를 가지며 상기 섬유시트가 수용되는 트레이용기와, 상기 트레이용기의 일측에 구비되고 상기 실리카 전구체 주입장치 또는 상기 표면개질장치가 연결되는 연결부로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 덮개의 이면에는 상기 트레이용기에 수용된 상기 섬유시트를 눌려서 고정하는 하나 이상의 격벽이 구비되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 격벽은 상기 덮개의 길이방향 또는 폭방향으로 연장되게 형성되고, 표면에 복수개의 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 트레이용기의 바닥면과 상기 섬유시트의 저면 사이에는 복수의 타공이 형성된 간극부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 간극부재는 미세한 타공이 형성된 판재이거나 또는 메쉬망인 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리카 전구체 주입장치는 실리카 전구체가 저장되는 실리카 주입용기와, 상기 실리카 주입용기에 저장된 실리카 전구체를 상기 트레이장치에 주입되게 공급하는 전구체 주입라인으로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리카 전구체는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 실리카졸은 TEOS(tetraethly orthosilicate)와 에탄올의 혼합에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 TEOS(tetraethly orthosilicate)는 가수분해된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면개질장치는 코팅액이 저장되는 코팅액 주입용기와, 코팅액 주입용기에 저장된 코팅액을 상기 트레이장치에 주입되게 공급하는 코팅액 주입라인으로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 표면개질장치는 상기 트레이장치에 주입된 코팅액을 상기 코팅액 주입용기로 회수하기 위한 코팅액 회수부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 코팅액 회수부재는 상기 트레이장치와 회전봉 사이에 구비되고 상기 트레이장치에 주입된 코팅액을 흡입력을 통해 강제로 인출시키는 흡입밸브와, 흡입밸브에 의해 인출된 코팅액을 상기 코팅액 주입용기로 회수하는 코팅액 배출라인과, 상기 흡입밸브에 흡입력을 발생시키는 회수펌프로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅액은 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유시트를 상기 트레이장치까지 이송하거나 또는 표면개질이 완료된 섬유시트를 흡착한 후 상기 트레이장치 밖으로 인출하는 이송장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트용 제조장치.
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