氣凝膠涂抹裝置的研制

韓健健，胡勇杰，劉 谷

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東廣州 510670；2.廣州恩灃新材料科技有限公司，廣東廣州 511400）

氣凝膠是一種具有超高孔隙率的三維納米多孔材料［1］。1931 年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的Kistler 教授利用水玻璃成功制備了世界上第一塊SiO2氣凝膠，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，氣凝膠材料的優(yōu)異性能逐漸被發(fā)掘。氣凝膠中大量納米級(jí)的細(xì)小氣孔賦予其低密度、低折射率、小孔徑、高比表面積、高孔隙率，使氣凝膠具有良好的透光性、環(huán)保性、隔聲性［2］，被期許為“改變世界的神奇材料”，在保暖服飾、航空航天、石油化工、環(huán)境治理、能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化、建筑保溫等諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值［3-5］。鑒于其廣闊的應(yīng)用空間及前景，氣凝膠的研制顯得尤為重要。

氣凝膠在進(jìn)行涂抹制備時(shí)需要用到涂抹裝置，現(xiàn)有的涂抹裝置在涂抹后還需要用刮板等裝置將氣凝膠抹平，且氣凝膠從涂抹到凝固的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易造成氣凝膠磨損。為了攻克該難題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)了氣凝膠涂抹裝置。

1 設(shè)計(jì)原理

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的氣凝膠涂抹裝置是在進(jìn)行氣凝膠涂抹時(shí)，通過(guò)進(jìn)料管將氣凝膠輸送至儲(chǔ)料室，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、攪拌桿和螺旋攪拌葉對(duì)氣凝膠進(jìn)行攪拌防止其凝固，然后在進(jìn)料管的壓力下，氣凝膠壓出涂抹口并通過(guò)滾動(dòng)輥將氣凝膠壓平，氣泵、出氣管和噴氣管將氣體吹向氣凝膠，加快氣凝膠的凝固速度，從而解決因凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的氣凝膠磨損問(wèn)題，可以有效節(jié)省原材料，控制生產(chǎn)成本。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果

氣凝膠涂抹裝置的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。固定板3 上表面固定連接著儲(chǔ)料室12，儲(chǔ)料室12 上端面開(kāi)設(shè)了進(jìn)料口10，進(jìn)料口10與外界進(jìn)料管連通，氣凝膠通過(guò)進(jìn)料管輸送至儲(chǔ)料室12。儲(chǔ)料室12 內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)連接豎直設(shè)置的攪拌桿11，攪拌桿11 外側(cè)固定連接若干等距分布的螺旋攪拌葉6；儲(chǔ)料室12上表面固定連接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)9，攪拌桿11 的上端貫穿儲(chǔ)料室12 的上內(nèi)壁，并與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)9 的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器固定連接；儲(chǔ)料室12 下表面開(kāi)設(shè)出料口，出料口通過(guò)連通管與涂抹口4連通。固定板3 下端連接兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的連接塊15，兩個(gè)連接塊15 之間連接著轉(zhuǎn)動(dòng)桿1，轉(zhuǎn)動(dòng)桿1 外側(cè)固定連接滾動(dòng)輥14，且滾動(dòng)輥14 與轉(zhuǎn)動(dòng)桿1 同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)用氣凝膠進(jìn)行涂抹時(shí)，通過(guò)進(jìn)料管將氣凝膠輸送至儲(chǔ)料室12，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)9 帶動(dòng)攪拌桿11 轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌桿11 帶動(dòng)螺旋攪拌葉6 轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到攪拌氣凝膠的效果，防止氣凝膠凝固。通過(guò)進(jìn)料管的壓力將氣凝膠壓出涂抹口4，通過(guò)滾動(dòng)輥14 的滾動(dòng)壓平氣凝膠，從而方便對(duì)氣凝膠進(jìn)行定形，提升了氣凝膠涂抹的效率和質(zhì)量。

圖1 氣凝膠涂抹裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

儲(chǔ)料室12 外側(cè)固定連接氣泵7，固定板3 下表面固定連接兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的噴氣管13，氣泵7的出氣口通過(guò)出氣管5 分別與兩個(gè)噴氣管13 連通，出氣管5 通過(guò)管卡與儲(chǔ)料室12 連接。氣泵7 將空氣通過(guò)出氣管5和噴氣管13 吹到剛涂抹的氣凝膠表面，加快氣凝膠的凝固，可以提升氣凝膠的涂抹效果。連接塊15 通過(guò)彈簧2 與固定板3 連接，從而在壓平氣凝膠時(shí)給滾動(dòng)輥14 一個(gè)緩沖，提升了氣凝膠涂抹壓平的效果；氣泵7 的進(jìn)氣口連接過(guò)濾網(wǎng)8，通過(guò)此設(shè)定，防止空氣中過(guò)多的雜質(zhì)進(jìn)入氣凝膠，提升氣凝膠的質(zhì)量。

氣凝膠涂抹裝置的主視圖如圖2 所示。儲(chǔ)料室12外側(cè)套橡膠圈16，通過(guò)橡膠圈16可以方便拿持裝置，從而提升涂抹效率；儲(chǔ)料室12開(kāi)設(shè)觀察窗17，觀察窗17上安裝玻璃，方便對(duì)儲(chǔ)料室12內(nèi)部進(jìn)行觀察。

圖2 氣凝膠涂抹裝置的主視圖

3 結(jié)論

研制的氣凝膠涂抹裝置有效地解決了現(xiàn)有同類裝置所遇到的問(wèn)題，可防止氣凝膠凝固，提高了制備的氣凝膠的質(zhì)量，且方便對(duì)氣凝膠進(jìn)行定形，顯著提升了氣凝膠涂抹效果。