氣凝膠涂抹裝置的研制

韓健健，胡勇杰，劉 谷

（1.廣東產品質量監督檢驗研究院，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，美國斯坦福大學的Kistler 教授利用水玻璃成功制備了世界上第一塊SiO2氣凝膠，經過近半個世紀的發展，氣凝膠材料的優異性能逐漸被發掘。氣凝膠中大量納米級的細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、環境治理、能量儲存與轉化、建筑保溫等諸多領域具有潛在的應用價值［3-5］。鑒于其廣闊的應用空間及前景，氣凝膠的研制顯得尤為重要。

氣凝膠在進行涂抹制備時需要用到涂抹裝置，現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間過長，容易造成氣凝膠磨損。為了攻克該難題，本項目設計研發了氣凝膠涂抹裝置。

1 設計原理

本項目設計的氣凝膠涂抹裝置是在進行氣凝膠涂抹時，通過進料管將氣凝膠輸送至儲料室，通過轉動電機、攪拌桿和螺旋攪拌葉對氣凝膠進行攪拌防止其凝固，然后在進料管的壓力下，氣凝膠壓出涂抹口并通過滾動輥將氣凝膠壓平，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，從而解決因凝固時間過長導致的氣凝膠磨損問題，可以有效節省原材料，控制生產成本。

2 結構設計及應用效果

氣凝膠涂抹裝置的結構如圖1 所示。固定板3 上表面固定連接著儲料室12，儲料室12 上端面開設了進料口10，進料口10與外界進料管連通，氣凝膠通過進料管輸送至儲料室12。儲料室12 內轉動連接豎直設置的攪拌桿11，攪拌桿11 外側固定連接若干等距分布的螺旋攪拌葉6；儲料室12上表面固定連接轉動電機9，攪拌桿11 的上端貫穿儲料室12 的上內壁，并與轉動電機9 的輸出端通過聯軸器固定連接；儲料室12 下表面開設出料口，出料口通過連通管與涂抹口4連通。固定板3 下端連接兩個對稱設置的連接塊15，兩個連接塊15 之間連接著轉動桿1，轉動桿1 外側固定連接滾動輥14，且滾動輥14 與轉動桿1 同軸轉動。當用氣凝膠進行涂抹時，通過進料管將氣凝膠輸送至儲料室12，通過轉動電機9 帶動攪拌桿11 轉動，攪拌桿11 帶動螺旋攪拌葉6 轉動，達到攪拌氣凝膠的效果，防止氣凝膠凝固。通過進料管的壓力將氣凝膠壓出涂抹口4，通過滾動輥14 的滾動壓平氣凝膠，從而方便對氣凝膠進行定形，提升了氣凝膠涂抹的效率和質量。

圖1 氣凝膠涂抹裝置的結構示意圖

儲料室12 外側固定連接氣泵7，固定板3 下表面固定連接兩個對稱設置的噴氣管13，氣泵7的出氣口通過出氣管5 分別與兩個噴氣管13 連通，出氣管5 通過管卡與儲料室12 連接。氣泵7 將空氣通過出氣管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 通過彈簧2 與固定板3 連接，從而在壓平氣凝膠時給滾動輥14 一個緩沖，提升了氣凝膠涂抹壓平的效果；氣泵7 的進氣口連接過濾網8，通過此設定，防止空氣中過多的雜質進入氣凝膠，提升氣凝膠的質量。

氣凝膠涂抹裝置的主視圖如圖2 所示。儲料室12外側套橡膠圈16，通過橡膠圈16可以方便拿持裝置，從而提升涂抹效率；儲料室12開設觀察窗17，觀察窗17上安裝玻璃，方便對儲料室12內部進行觀察。

圖2 氣凝膠涂抹裝置的主視圖

3 結論

研制的氣凝膠涂抹裝置有效地解決了現有同類裝置所遇到的問題，可防止氣凝膠凝固，提高了制備的氣凝膠的質量，且方便對氣凝膠進行定形，顯著提升了氣凝膠涂抹效果。