一种用于制备气凝胶的前驱体溶胶的设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于制备气凝胶的前驱体溶胶的设备，其中，所述设备包括：反应部分和循环冷却部分；其中，所述反应部分由反应釜形成，并且所述反应釜包括反应釜主体和反应釜釜盖以及与反应釜流体连通的进胶口和出胶口；并且其中，所述循环冷却部分包括冷却液釜、冷却液循环管道以及容纳在所述冷却液釜和冷却循环管道中的冷却液，并且所述冷却液循环管道在近端与所述冷却液釜流体连通并且在远端包围在所述反应釜周围。所述设备尤其适合用于制备以正硅酸甲酯和水为原料，以醇溶剂为溶剂制备溶胶，并且结构简单实用，在制备高性能气凝胶复合材料中具有广泛应用前景。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种用于制备气凝胶的前驱体溶胶的设备，其中，所述设备包括：反应部分和循环冷却部分；其中，所述反应部分由反应釜形成，并且所述反应釜包括反应釜主体和反应釜釜盖以及与反应釜流体连通的进胶口和出胶口；并且其中，所述循环冷却部分包括冷却液釜、冷却液循环管道以及容纳在所述冷却液釜和冷却循环管道中的冷却液，并且所述冷却液循环管道在近端与所述冷却液釜流体连通并且在远端包围在所述反应釜周围。所述设备尤其适合用于制备以正硅酸甲酯和水为原料，以醇溶剂为溶剂制备溶胶，并且结构简单实用，在制备高性能气凝胶复合材料中具有广泛应用前景。【专利说明】一种用于制备气凝胶的前驱体溶胶的设备
本技术涉及材料制备工艺
，具体地说，本技术涉及一种凝胶可控气凝胶复合材料及其制备方法以及制备稳定溶胶所需的设备。
技术介绍
随着人类经济生活的迅速发展，人类对能源的需求越来越大，对环境的破坏也越来越大。面对世界能源短缺、环境遭受破坏的危机，国内外普遍重视高效节能材料的研究，以求减少能源浪费，提高使用效率。其中，提高工业、建筑、军事等领域的保温技术水平对于节能减排具有十分重要的意义。气凝胶材料作为一种新型轻质的纳米多孔材料，是目前发现的一类最高效的隔热材料。气凝胶也被称为“固体烟”，它是由纳米胶体粒子或高聚物分子构成的轻质、非晶、多孔性凝聚态固体材料，其颗粒尺寸介于I至IOOnm之间，属于纳米材料的范畴。气凝胶具有独特的开放性多孔结构和连续三维网络，具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率、低热导率和低折射率等优异性能，是一种新型高效隔热保温材料。气凝胶材料以其独特的结构可有效的阻止热量传输，常温常压下热导率小于0.013ff/m.K，比静止空气的热导率(0.026W/m*K)还低，是目前热导率最低的固体材料，可称为超级绝热材料。纳米多孔SiO2气凝胶具有一定的抗压强度，可在高温下稳定工作，高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料。在石油化工、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。在石油、化工和冶金行业中，管道、炉窑及其它热工设备普遍存在，用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温，可以大大减少热能损失，提高热能利用率。气凝胶复合材料还可以用作液态天然气罐和储油罐等的保温材料以及汽车、飞机等发动机和排气管的隔热材料。在建筑领域，由于气凝胶既具有绝热特性，又具有吸声特性，且具有透光性，因此可以将气凝胶夹在双层玻璃之间制成夹芯玻璃，其绝热效果比普通的双层玻璃高几倍，且具有降噪效果。将这种玻璃用于房屋的窗户，可以大大降低热量流失，有明显的节约能源的作用，以气凝胶为夹套的窗玻璃的热损失率比目前最好的窗系(氢气充填并用低发射率的铟氧化物或银涂层)还要减少三分之二。如果将气凝胶玻璃用于高层建筑取代一般幕墙玻璃，将大大减轻建筑物自重，并能起到防火作用。SiO2气凝胶复合材料可以用更轻的质量、更小的体积达到更好的隔热效果，这一特点在航空、航天应用领域具有极大的优势。美国NASA Ames研究中心研发的硅酸铝耐火纤维/SiO2气凝胶复合绝热瓦已用于航天飞机，俄罗斯的“和平号”空间站也采用了 SiO2气凝胶作为隔热保温材料。气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制一种保温隔热衬里。另外，在军工领域，SiO2气凝胶可作为飞机机舱的隔热层材料。可以作为核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆、蒸发器、锅炉以及复杂的高温蒸汽管路系统的高效隔热材料，可以增强隔热效果，降低舱内温度，同时有效降低隔热材料的用量，增大舱内的使用空间，有效改善各种工作环境。另外，国外已用气凝胶材料研制出了士兵防护服，将对保护士兵免受环境影响、提高战斗力十分有利。中国专利CN1557778A、CN1335805A、CN1196036A、CN1592651A 均报道了气凝胶材料，其中，气凝胶的制备方法均采用溶胶-凝胶法，但是在溶胶-凝胶过程中，为促进反应的发生，通常会向反应体系中加入酸碱催化剂，工序复杂。由于在反应体系中添加催化剂使得溶胶体系在较短时间内凝胶，使得凝胶时间无法精确控制，使得溶胶体系无法充分浸溃纤维；且催化剂的加入会对产品性能带来负面影响，这为制备高性能气凝胶复合材料带来一定的制约；或者会形成酸碱性废液，造成环保问题。中国专利CN101948297A采用硅基水溶胶、硅醇盐、醇溶剂和水制备了气凝胶复合材料，制备过程无需额外添加催化剂，利用硅基水溶胶自身的酸碱性催化反应的发生，进而制备了气凝胶复合材料。由于该反应是利用硅基水溶胶的酸碱性催化反应发生，因此，对硅基水溶胶的酸碱性也有要求，不能太高也不能太低，否则会影响制备材料的性能，其对原材料的要求较为苛刻。
技术实现思路
为了解决气凝胶复合材料制备技术中存在的制备工艺复杂、凝胶时间无法准确控制、催化剂种类多、不利于环保等缺点，本技术提供了一种凝胶可控二氧化硅气凝胶复合材料及该材料的制备方法。制备过程无需额外添加催化剂，只需要正硅酸甲酯、醇溶剂和水，使用反应原材料少，制备工艺简单，且可以控制溶胶体系凝胶时间，确保溶胶在凝胶前可以充分浸溃纤维，解决了气凝胶复合材料制备工艺过程复杂和无法准确控制溶胶凝胶时间的问题，为制备高性能气凝胶复合材料奠定了基础。此外，制备过程无需额外添加催化剂也免去了催化剂对于环境的污染。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的:1.一种气凝胶复合材料，其中，所述气凝胶复合材料包含二氧化硅气凝胶和纤维材料，所述二氧化硅气凝胶以正硅酸甲酯和水为原料、以醇溶剂为溶剂制备硅溶胶，并且在所述硅溶胶不添加凝胶催化剂。2.如技术方案I所述的气凝胶复合材料，其中，所述硅溶胶在_40°C至0°C的温度下配制。3.如技术方案I或2所述的气凝胶复合材料，其中，在_40°C至0°C的温度下用所述硅溶胶浸溃所述纤维材料。4.如技术方案3所述的方法，其中，浸溃时间为放置时间为I小时至240小时，优选为24小时至96小时。5.如技术方案I至4中任一项所述的气凝胶复合材料，其中，所述纤维材料为选取由下列纤维材料组成的组中的一种或者两种以上的组合:玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、碳纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维；另外优选的是，所述纤维材料选取如下纤维材料组成的组中的一种或者多种的组合:玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、碳纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维和氮化硼纤维。6.如技术方案I至5中任一项所述的气凝胶复合材料，其中，所述纤维材料的体积密度为 0.005g/cm3 至 1.00g/cm3,优选为 0.03g/cm3 至 0.50g/cm3。7.如技术方案I至6中任一项所述的气凝胶复合材料，其中，所述纤维材料为连续纤维材料或短纤维材料。8.如技术方案I至7中任一项所述的气凝胶复合材料，其中，所述纤维材料为连续纤维材料的有序组合体或短纤维材料的有序组合体。9.如技术方案I至8任一项所述的气凝胶复合材料，其中，所述正硅酸甲酯:醇溶齐U:水以摩尔比计为1: (I至60): (I至60)。10.如技术方案I至9所述的气凝胶复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备气凝胶的前驱体溶胶的设备，其中，所述设备包括： 反应部分；和 循环冷却部分； 其中，所述反应部分由反应釜形成，并且所述反应釜包括反应釜主体和反应釜釜盖以及与反应釜流体连通的进胶口和出胶口；并且 其中，所述循环冷却部分包括冷却液釜、冷却液循环管道以及容纳在所述冷却液釜和冷却循环管道中的冷却液，并且所述冷却液循环管道在近端与所述冷却液釜流体连通并且在远端包围在所述反应釜周围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜宗，詹万初，张继成，邹军锋，张昊，赵小玲，周清，隋鹏，简文政，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11