常規(guī)條件制備硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備氣凝膠的方法和裝置，更具體地，涉及到常規(guī)條件下制備硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化硅氣凝膠是一種低密度、高孔隙率的納米多孔非晶態(tài)固體材料，透光率較高，又被稱作“藍煙”、“固體煙”，孔洞中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)，具有連續(xù)的納米級三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及孔洞，是目前世界上已知的密度最小和的導熱系數(shù)最低的固體材料。其孔洞尺寸及網(wǎng)絡骨架均為納米級，孔洞尺寸分布范圍為I?100納米，網(wǎng)絡骨架顆粒尺寸分布范圍為I?30納米，這種特殊結(jié)構(gòu)使其具有高孔隙率(80%?99.8%)、低密度(3?250kg/m3)、高比表面積(500?1000m2/g)、低介電常數(shù)(1.1?2.5)、低導熱系數(shù)(0.013?0.025w/ (m *k))等特點，在力學、聲學、熱學、光學等多方面有獨特性質(zhì)，在航天航空、軍工、石化、礦產(chǎn)、電子、醫(yī)用、冶金等等領域有廣闊的應用前景。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中制備二氧化硅氣凝膠的工藝和裝置通常存在凝膠的空隙和骨架容易出現(xiàn)塌陷或者破裂，超臨界干燥裝置高壓危險性高、耗能大、產(chǎn)量低、價格昂貴，以及一般的常壓制備氣凝膠方法在系統(tǒng)壓力和溫度條件方面極為不穩(wěn)定等各種問題，因此急需提出一種能對現(xiàn)有技術(shù)進行改進的新型制備方法和裝置，用于制備二氧化硅氣凝膠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，現(xiàn)提出本發(fā)明。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二氧化硅氣凝膠的制備方法，包括:
按照固定的比例和順序?qū)⒐杷猁}類纖維和硅源、無水乙醇、有機酸與去離子水在指定pH下混勻制成凝膠前驅(qū)體溶液，在凝膠前驅(qū)體溶液中拌入適量氨水凝膠、老化后，利用負壓送料裝置將凝膠送入固定溫度和壓力的干燥系統(tǒng)，在靜態(tài)常規(guī)條件下進行凝膠干燥，制備得到氣凝膠。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方方面，提供了一種二氧化硅氣凝膠的制備裝置，包括:
一種硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠材料制備裝置，其特征在于，整個氣凝膠生產(chǎn)裝置包括混勻攪拌系統(tǒng)、成膠老化系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)幾大部分。
[0007]采用本發(fā)明的上述方案，能夠解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的下述問題中的一項或多項:超臨界干燥裝置高壓危險、耗能大、產(chǎn)量少、價格昂貴，一般的常壓制備氣凝膠方法系統(tǒng)壓力、溫度條件不穩(wěn)定，以及凝膠孔隙和骨架結(jié)構(gòu)極易破裂和塌陷。
[0008]
【具體實施方式】
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種制備硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠材料的方法，包括如下步驟:將硅酸鹽纖維諸如硅酸鋁鹽纖維和優(yōu)選為有機硅源的硅源、無水乙醇、有機酸與去離子水在指定PH下混勻成凝膠前驅(qū)體溶液，攪拌后加入適量的氨水進行溶膠凝膠過程，再經(jīng)過固定時間的老化，在靜態(tài)常規(guī)條件下，利用負壓送料裝置將凝膠送入固定溫度和壓力的干燥系統(tǒng)，對成型的凝膠進行干燥。其中，優(yōu)選按照固定的比例和順序加入原料。本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可采用抽真空裝置、負壓送料裝置和紅外加熱裝置等常規(guī)設備，為成型的二氧化硅凝膠營造一個靜態(tài)的負壓低熱環(huán)境，凝膠在這樣的靜態(tài)常規(guī)環(huán)境中干燥，凝膠的孔隙和骨架結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)塌陷或破裂，制備出性能極佳的硅酸鋁鹽纖維增強的二氧化硅氣凝膠。
[0010]優(yōu)選地，凝膠前驅(qū)體溶液是按照質(zhì)量比:硅酸鹽纖維:有機硅源:無水乙醇:有機酸:去離子水=1:15:60:45:20的比例混勻制備得到的，加入順序優(yōu)選為硅酸鹽纖維，有機硅源，無水乙醇，有機酸，最后是去離子水?；靹虻那膀?qū)液體PH值可穩(wěn)定在2~3。在干燥過程中，干燥系統(tǒng)的固定溫度可為180°C ±5°C，且干燥系統(tǒng)的固定壓力可為60kPa±5kPa。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種制備硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠材料的裝置，該裝置至少包括混勻攪拌系統(tǒng)、成膠老化系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)幾大部分。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，混勻攪拌系統(tǒng)包括原料調(diào)配裝置、送料裝置、多進料口攪拌混勻裝置三部分。其中原料調(diào)配裝置可包括工作臺面、調(diào)配桶；送料裝置區(qū)分固體和液體，均優(yōu)選為密封送料；多進料口攪拌混勻裝置根據(jù)原料特點可設置封閉式進料口。并且，成膠老化系統(tǒng)可包含成膠裝置和老化箱兩部分。成膠裝置和老化箱可放置在潔凈密閉室內(nèi)。優(yōu)選地，干燥系統(tǒng)可包含干燥通道箱、抽真空裝置、紅外加熱裝置、負壓送料裝置四部分。其中，在干燥通道箱中可設有傳送裝置，通道箱兩側(cè)和上方可設置抽真空孔和紅外加熱埋線，通道入口可采用蠕動式負壓送料裝置，通道兩端可設置可調(diào)節(jié)開關(guān)。
[0012]采用本發(fā)明的上述方法和裝置能夠制備出孔隙和骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氣凝膠，氣凝膠比表面積達450~750m2/g，孔體積為1.5~2.5cm3/g，孔徑為l~40nm。
[0013]應注意，上述實施例僅用于解釋說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，而非對本發(fā)明權(quán)利保護的限定，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠材料制備方法，其特征在于，將硅酸鹽類纖維和硅源、無水乙醇、有機酸與去離子水在指定pH下混勻制成凝膠前驅(qū)體溶液，在凝膠前驅(qū)體溶液中拌入適量氨水凝膠、老化后，利用負壓送料裝置將凝膠送入固定溫度和壓力的干燥系統(tǒng)，在靜態(tài)常規(guī)條件下進行凝膠干燥，制備得到氣凝膠。2.如權(quán)利要求1所述的氣凝膠材料制備方法，其特征在于，按照質(zhì)量比:硅酸鹽纖維:有機硅源:無水乙醇:有機酸:去離子水=1:15:60:45:20的比例混勻制備前驅(qū)體溶液。3.如權(quán)利要求1所述的氣凝膠材料制備方法，其特征在于，混勻后的溶液PH穩(wěn)定在2?3 ο4.如權(quán)利要求1所述的氣凝膠材料制備方法，其特征在于，干燥系統(tǒng)固定溫度為1800C ±5°C。5.如權(quán)利要求1所述的氣凝膠材料制備方法，其特征在于，干燥系統(tǒng)固定壓力為60kPa±5kPa。6.一種硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠材料制備裝置，其特征在于，整個氣凝膠生產(chǎn)裝置包括混勻攪拌系統(tǒng)、成膠老化系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)幾大部分。7.如權(quán)利要求6所述的氣凝膠材料制備裝置，其特征在于，混勻攪拌系統(tǒng)包含原料調(diào)配裝置、送料裝置、多進料口攪拌混勻裝置三部分，其中原料調(diào)配裝置包含工作臺面、調(diào)配桶；送料裝置區(qū)分固體和液體，均為密封送料；多進料口攪拌混勻裝置根據(jù)原料特點設置封閉式進料口。8.如權(quán)利要求6所述的氣凝膠材料制備裝置，其特征在于，成膠老化系統(tǒng)包含成膠裝置和老化箱兩部分，其中成膠裝置和老化箱放置在潔凈密閉室內(nèi)。9.如權(quán)利要求6所述的氣凝膠材料制備裝置，其特征在于，干燥系統(tǒng)包含干燥通道箱、抽真空裝置、紅外加熱裝置、負壓送料裝置四部分，其中，干燥通道箱中設有傳送裝置，通道箱兩側(cè)和上方設置抽真空孔和紅外加熱埋線，通道入口采用蠕動式負壓送料裝置，通道兩端設置可調(diào)節(jié)開關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硅酸鹽纖維增強型二氧化硅氣凝膠的工藝和裝置，所述的氣凝膠制備工藝，按照固定的比例和順序，將硅酸鋁鹽纖維和硅源、無水乙醇、有機酸與去離子水在指定pH下混勻成凝膠前驅(qū)體溶液，攪拌后加入適量的氨水進行溶膠凝膠過程，再經(jīng)過固定時間的老化，在靜態(tài)常規(guī)條件下對成型的凝膠進行干燥。采用抽真空裝置、負壓送料裝置和紅外加熱裝置等常規(guī)設備，為成型的二氧化硅凝膠營造一個靜態(tài)的負壓低熱環(huán)境，凝膠在這樣的環(huán)境中干燥，凝膠的孔隙和骨架結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)塌陷或破裂，制備出性能極佳的硅酸鋁鹽纖維增強的二氧化硅氣凝膠。本發(fā)明制備出孔隙和骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氣凝膠，氣凝膠比表面積達450~750m2/g，孔體積為1.5~2.5cm3/g，孔徑為1~40nm。
【IPC分類】C04B28/24, C04B14/38
【公開號】CN105130365
【申請?zhí)枴緾N201510381321
【發(fā)明人】周杰
【申請人】周杰
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月3日