[发明专利]应用模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置干燥气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明属于气凝胶制备领域，具体涉及一种干燥气凝胶的装置及其应用方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶(Silica Aerogel)是种可控纳米多孔非晶材料，其孔洞尺寸为1～100nm，孔隙率高达密度为80％～99.8％、具有较高的比表面积(200～1000m²/g)，光折射率接近1；同时由于硅凝胶中的空气被固定在纳米孔洞中，能够有效的阻止气体分子的热运动，因此气凝胶具有非常低的热导率系数(室温导热系数可低达0.012W/(m·K))高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料。二氧化硅气凝胶与各种耐热纤维复合后，可制成种形式的保温材料。

在其制备过程中为了避免气凝胶内部骨架结构的塌陷，传统上都采用超临界干燥的方法。虽然超临界流体作为一种可以有效消除毛细作用力的流体而避免干燥过程中凝胶骨架的收缩，但是超临界干燥的高成本和危险性极大地限制了气凝胶材料的大规模生产应用。与其相比，常压干燥法成本很低，对设备依赖性低，且安全性高，是气凝胶干燥技术发展的趋势。

目前采用常压干燥制备气凝胶仍存在易破碎，成型率低的弊端，常压干燥法不易制出大块完整的SiO₂气凝胶，气凝胶颗粒之间较大的空隙使热对流难以控制，大大降低了气凝胶的保温隔热性能。而且纤维复合气凝胶中气凝胶颗粒与纤维材料之间结合松散，易分离，从而降低了性能，缩短了使用寿命。

发明内容

本发明的目的是要解决现有制备气凝胶的干燥过程中容易使气凝胶大面积不受控破碎的问题，而提供模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置及其应用方法。

本发明模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置由干燥池和第一干燥模板组成，干燥池的顶面敞口，第一干燥模板搭载在干燥池的顶部，在第一干燥模板上开有多个圆形孔。

本发明通过在干燥工艺流程中添加干燥模板，使湿凝胶在干燥过程中的表面张力出现应力集中效应，把干燥过程中气凝胶的破裂限制在开孔区域，避免了气凝胶出现大面积不受控破碎，从而使气凝胶基于模板成型。

应用模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置干燥气凝胶的方法按下列步骤实现：

一、在模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置中的干燥池内采用溶胶-凝胶法并加入纤维制备得到复合SiO₂湿凝胶；

二、将步骤一得到的复合SiO₂湿凝胶使用TMCS/正己烷混合溶液进行疏水改性，洗涤处理后得到洗涤后的一号湿凝胶；

三、在干燥池的顶面搭载上第一干燥模板，第一干燥模板上开有多个圆形孔，然后进行干燥处理，得到I型气凝胶；

四、重复步骤一和步骤二制备得到洗涤后的二号湿凝胶，在干燥池的顶面搭载上外形尺寸与第一干燥模板相同的第二干燥模板，第二干燥模板上开有的多个圆形孔中心线与第一干燥模板上的圆形孔中心线不重合，然后进行干燥处理，得到II型气凝胶；

五、将步骤三得到的I型气凝胶与干燥模板贴合的侧面和步骤四得到的II型气凝胶与干燥模板贴合的侧面叠放在一起，完成干燥气凝胶的制备。

现有常规常压干燥方法难以制得大块完整气凝胶，本发明通过干燥模板的圆孔限制了干燥优先区域，将气凝胶干燥所产生的表面张力集中在圆孔附近，把干燥过程中气凝胶的破裂限制在开孔区域，避免了气凝胶出现大面积不受控破碎，从而使气凝胶基于模板成型。

本发明通过干燥模板干燥制得的复合纤维气凝胶中的气凝胶与纤维在结构上结合得更为紧密。在纤维的骨架外，气凝胶仍然保持了块状的表面结构，削弱了对流传热，加强了力学稳定性，解决了气凝胶在外力作用下易从纤维结构中脱落的问题。

同时步骤五将I型和II型干燥模板制取出的气凝胶重叠在一起使用，两种凝胶的开裂位置由于圆孔位置的互补而完全错开，因此能够互相弥补开裂部分的缺陷，极大地减少了对流传热，提升了产品隔热性能。

附图说明

图1为本发明模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置的结构示意图；

图2为本发明第一干燥模板上的圆形孔开孔位置示意图；

图3为本发明第二干燥模板上的圆形孔开孔位置示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式模板控制干燥点位的气凝胶干燥装置由干燥池1和第一干燥模板2组成，干燥池1的顶面敞口，第一干燥模板2搭载在干燥池1的顶部，在第一干燥模板2上开有多个圆形孔3。

本实施方式根据实际干燥池的形状和尺寸来确定干燥模板的形状和尺寸。