气凝胶涂抹装置的研制

韩健健，胡勇杰，刘 谷

（1.广东产品质量监督检验研究院，广东广州 510670；2.广州恩沣新材料科技有限公司，广东广州 511400）

气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料［1］。1931 年，美国斯坦福大学的Kistler 教授利用水玻璃成功制备了世界上第一块SiO2气凝胶，经过近半个世纪的发展，气凝胶材料的优异性能逐渐被发掘。气凝胶中大量纳米级的细小气孔赋予其低密度、低折射率、小孔径、高比表面积、高孔隙率，使气凝胶具有良好的透光性、环保性、隔声性［2］，被期许为“改变世界的神奇材料”，在保暖服饰、航空航天、石油化工、环境治理、能量储存与转化、建筑保温等诸多领域具有潜在的应用价值［3-5］。鉴于其广阔的应用空间及前景，气凝胶的研制显得尤为重要。

气凝胶在进行涂抹制备时需要用到涂抹装置，现有的涂抹装置在涂抹后还需要用刮板等装置将气凝胶抹平，且气凝胶从涂抹到凝固的时间过长，容易造成气凝胶磨损。为了攻克该难题，本项目设计研发了气凝胶涂抹装置。

1 设计原理

本项目设计的气凝胶涂抹装置是在进行气凝胶涂抹时，通过进料管将气凝胶输送至储料室，通过转动电机、搅拌杆和螺旋搅拌叶对气凝胶进行搅拌防止其凝固，然后在进料管的压力下，气凝胶压出涂抹口并通过滚动辊将气凝胶压平，气泵、出气管和喷气管将气体吹向气凝胶，加快气凝胶的凝固速度，从而解决因凝固时间过长导致的气凝胶磨损问题，可以有效节省原材料，控制生产成本。

2 结构设计及应用效果

气凝胶涂抹装置的结构如图1 所示。固定板3 上表面固定连接着储料室12，储料室12 上端面开设了进料口10，进料口10与外界进料管连通，气凝胶通过进料管输送至储料室12。储料室12 内转动连接竖直设置的搅拌杆11，搅拌杆11 外侧固定连接若干等距分布的螺旋搅拌叶6；储料室12上表面固定连接转动电机9，搅拌杆11 的上端贯穿储料室12 的上内壁，并与转动电机9 的输出端通过联轴器固定连接；储料室12 下表面开设出料口，出料口通过连通管与涂抹口4连通。固定板3 下端连接两个对称设置的连接块15，两个连接块15 之间连接着转动杆1，转动杆1 外侧固定连接滚动辊14，且滚动辊14 与转动杆1 同轴转动。当用气凝胶进行涂抹时，通过进料管将气凝胶输送至储料室12，通过转动电机9 带动搅拌杆11 转动，搅拌杆11 带动螺旋搅拌叶6 转动，达到搅拌气凝胶的效果，防止气凝胶凝固。通过进料管的压力将气凝胶压出涂抹口4，通过滚动辊14 的滚动压平气凝胶，从而方便对气凝胶进行定形，提升了气凝胶涂抹的效率和质量。

图1 气凝胶涂抹装置的结构示意图

储料室12 外侧固定连接气泵7，固定板3 下表面固定连接两个对称设置的喷气管13，气泵7的出气口通过出气管5 分别与两个喷气管13 连通，出气管5 通过管卡与储料室12 连接。气泵7 将空气通过出气管5和喷气管13 吹到刚涂抹的气凝胶表面，加快气凝胶的凝固，可以提升气凝胶的涂抹效果。连接块15 通过弹簧2 与固定板3 连接，从而在压平气凝胶时给滚动辊14 一个缓冲，提升了气凝胶涂抹压平的效果；气泵7 的进气口连接过滤网8，通过此设定，防止空气中过多的杂质进入气凝胶，提升气凝胶的质量。

气凝胶涂抹装置的主视图如图2 所示。储料室12外侧套橡胶圈16，通过橡胶圈16可以方便拿持装置，从而提升涂抹效率；储料室12开设观察窗17，观察窗17上安装玻璃，方便对储料室12内部进行观察。

图2 气凝胶涂抹装置的主视图

3 结论

研制的气凝胶涂抹装置有效地解决了现有同类装置所遇到的问题，可防止气凝胶凝固，提高了制备的气凝胶的质量，且方便对气凝胶进行定形，显著提升了气凝胶涂抹效果。