1.本发明涉及一种湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品及其制备方法。
背景技术：
2.气凝胶是指将凝胶结构中的液体被气体取代后，没有坍塌的固体结构，二氧化硅气凝胶是一种纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，因其具有特殊的纳米级微孔和骨架结构而使其热导率效率、对流传热效率和辐射传热效率都得到了有效的限制，所以气凝胶具有非常低的导热系数，是目前世界上导热系数最低的固体材料。但由于纯气凝胶力学性能不好，而且很脆，因此通常采用纤维材料浸渍溶胶制备气凝胶复合材料，以增强气凝胶的力学性能。
3.目前，在使用湿法纤维材料作为气凝胶的增强材料时，由于湿法纤维材料的制备过程中需要使用有机胶黏剂，在气凝胶复合材料进行疏水、干燥工艺过程中会出现“出胶现象”，导致气凝胶复合性能下降；另一方面，从湿法纤维材料上溢出的“胶”会粘贴在干燥设备及工装中，每制备一批产品就需要清理一次，否则会影响下一批凝胶材料干燥时的质量。此外，由于其自身的原因，sio2气凝胶毡在运输、施工和使用过程中普遍存在毡体脱落气凝胶粉的情况，掉粉情况不仅给施工带来了不便，给施工人员健康带来了威胁，同时也会降低气凝胶毡本身的性能。
技术实现要素：
4.鉴于此，本发明的目的在于提供一种湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品及其制备方法，以解决现有技术中采用湿法纤维材料对气凝胶进行增强的过程中，湿法纤维片材内部的有机胶黏剂容易溢出而粘贴在工装设备上，影响下一批待干燥气凝胶材料的质量的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的技术方案是：一种湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品，包括气凝胶-湿法纤维片材以及设置于气凝胶-湿法纤维片材上下面的覆膜材料，湿法纤维片材中包含有机胶黏剂；所述气凝胶-湿法纤维片材与所述覆膜材料之间通过湿法纤维片材在超临界干燥过程中溢出的有机胶黏剂固定，覆膜材料四周预留超出气凝胶-湿法纤维片材的边沿并通过热压塑封。
6.优选的，所述有机胶黏剂包括酚醛树脂胶黏剂、环氧树脂胶黏剂、脲醛树脂胶黏剂、聚丙烯酸树脂胶黏剂、三聚氰胺-甲醛胶黏剂、聚氨酯胶黏剂中的一种以上。
7.本发明的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法所采用的技术方案是：湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将湿法纤维片材浸渍溶胶处理，经凝胶后得到凝胶片材；步骤二：将覆膜材料分别设置在凝胶片材的上、下面，覆膜后的凝胶片材放置在具有夹持作用的框体中进行超临界干燥处理，得到气凝胶-湿法纤维片材，覆膜材料的四周尺寸均大于凝胶片材的四周尺寸；
步骤三：将步骤二得到的气凝胶-湿法纤维片材进行热压处理，得到气凝胶覆膜产品。
8.优选的，步骤一中，溶胶采用二氧化硅溶胶、铝溶胶或者硅铝复合溶胶中的一种。
9.进一步的，二氧化硅溶胶的配置步骤包括：取硅源、乙醇和水混合均匀，然后加入催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；其中，以摩尔比计，按照硅源∶乙醇∶水=1∶（2~60）∶（0.05~30）混合得到；所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种或多种；所述烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述催化剂包括碱性催化剂，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合；铝溶胶的配置步骤包括：将铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂配制得到铝溶胶，所述铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂的摩尔比为1：（0.001~0.06）：（4~32）：（0.6~4）：（0.0001~1)；所述铝源为异丙醇铝、仲丁醇铝、硝酸铝中的一种或两种以上的组合；所述螯合剂为乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯中的一种；所述铝溶胶用溶剂选自乙醇、异丙醇和正丁醇组成的组中的一种或两种以上的组合；所述铝溶胶用催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵组成的组中的一种或两种以上的组合；硅铝复合溶胶的配置为将二氧化硅溶胶和铝溶胶混合均匀制备得到或将硅铝复合溶胶所用前驱体溶液直接混合均匀制备得到。
10.优选的，步骤二中，所述框体上设有多个可供超临界流体通过的孔隙，框体上的孔隙可设置于框体的框架和/或框架之间的框壁上。
11.优选的，将多层凝胶片材进行叠加放置在框体中，叠加过程，每层凝胶片材的上下面均设有一层覆膜材料。
12.优选的，所述湿法纤维片材为硅酸铝纤维片材、玻璃纤维片材、玄武岩纤维片材、莫来石纤维片材、石英纤维片材和氧化铝纤维片材中的一种。
13.优选的，所用覆膜材料为pi膜、pet膜、pvc膜、ptfe膜、tpu膜、pc膜、pe膜、ps膜、pp膜膜中的一种。
14.优选的，所述超临界干燥的温度为40~55℃，压力为7~20mpa。
15.优选的，所述热压处理的温度为80℃~300℃、热压处理的时间为20s ~100s、压力为1 kg/cm
2 ~100 kg/cm2。
16.本发明的有益效果是：1、本发明在制备覆膜产品的过程中，在凝胶片材的上下面覆盖尺寸大于凝胶片材的覆膜材料，由于在超临界干燥的过程中湿法纤维片材中的有机胶黏剂溢出湿法纤维片材，覆膜材料尺寸比凝胶片材大，此时，覆膜材料对溢出的有机胶黏剂形成阻挡作用，避免溢出的有机胶黏剂对产品及工装设备造成污染，减少清理工装设备的耗时及人工，提高生产效率；溢出的有机胶黏剂可以防止气凝胶-湿法纤维片材与覆膜材料之间在物料转运及热压塑封过程中发生错位。
17.2、在超临界干燥的过程中，可将多组覆膜的凝胶片材上下叠放进行，此时任意相
邻的两块凝胶片材之间均设置有覆膜材料，该覆膜材料在多块凝胶片材之间形成分隔层，以避免出现凝胶片材之间太贴合而造成的干燥效果不好的情况。另外，在框体的框架及框壁上开设孔隙，有利于超临界干燥过程中，超临界流体的流动，缩短干燥时间。
18.3、由于覆膜材料的尺寸大于凝胶片材的尺寸，在超临界干燥之后进行热压处理后，覆膜材料在凝胶片材的表面形成封装层，通过覆膜材料将湿法纤维毡在超临界干燥过程中溢出的有机胶黏剂塑封在产品之内，避免溢出的有机胶黏剂对相邻气凝胶纤维产品的相互粘接，提高产品品控；在超临界干燥的过程中，通过湿法纤维本身的有机胶黏剂将凝胶片材和覆膜材料结合在一起，在超临界干燥的过程中对凝胶片材和覆膜材料实现一定的定位作用；若采用先制备气凝胶-湿法纤维片材，再对其进行塑封，由于湿法纤维材料本身有机胶黏剂溢出，刮除过程中会影响气凝胶-湿法纤维片材的表观及性能，而且制备的气凝胶-湿法纤维片材表面存在掉粉现象，在进行塑封时，其表面的粉尘会造成气凝胶-湿法纤维片材与塑封膜之间产生分层，造成塑封效果不佳。
19.4、本发明制备得到的覆膜产品可以应用在新能源领域中，对电池组进行相互隔离，提高新能源电池组工作时的安全可靠性。
具体实施方式
20.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
21.本发明的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法的具体实施例：本发明中，湿法纤维片材为片材形状的湿法纤维毡，湿法纤维毡为利用非织造湿法技术制备的纤维毡。此处非织造湿法技术指纤维加入有机胶黏剂、分散剂、增稠剂后通过湿法成型仪器成型的技术，湿法成型仪器可选用湿法纤网快速成型仪或其他成型仪器。
22.实施例1本实施例中，湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法包括以下步骤：步骤一：将湿法纤维片材浸渍二氧化硅溶胶处理，经凝胶后得到凝胶片材；该步骤中，浸渍处理是将二氧化硅溶胶倾倒在湿法纤维片材上。
23.步骤二：将覆膜材料分别设置在在步骤一得到的凝胶片材的上、下面，然后将覆膜后的凝胶片材放置在具有夹持作用的框体中，并进行超临界干燥处理，得到气凝胶-湿法纤维片材。
24.步骤三：将步骤二得到的气凝胶-湿法纤维片材进行热压处理，便可得到气凝胶覆膜产品。
25.在步骤一中，湿法纤维片材采用湿法硅酸铝纤维片材，二氧化硅溶胶的配置步骤包括：以摩尔比计，取硅源、乙醇和水，按照硅源∶乙醇∶水=1∶30∶12的比例混合均匀，然后加入碱性催化剂搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶。硅源采用甲基三甲氧基硅烷，碱性催化剂采用氨水和氟化铵的混合溶液。
26.步骤二中，覆膜材料采用pi膜（聚酰亚胺薄膜），覆膜材料的四周尺寸比凝胶片材的四周尺寸均大于3mm，此时处于凝胶片材上下面的覆膜材料能够将凝胶片材包裹。框体为具有底板和一体成型在底板四周的围挡的箱型结构，四周的围挡上均设置有孔隙。覆膜时，直接将热压用的pi膜覆盖在凝胶片材的上下面即可，无需使用有机胶黏剂。将覆膜后的凝胶片材直接放置在框体内，采用co2超临界干燥的方式，干燥温度为40℃，干燥压力为8mpa，
升温速度为5℃/min，替换时间为5h，放气时间为5h。由于围挡上设有孔隙，在超临界干燥的过程中，有利于超临界流体的流动，缩短干燥时间。
27.步骤三中，将覆膜的气凝胶-湿法纤维片材在热压机中进行热压即可，热压处理的温度为100℃，热压处理的时间为30s，热压处理的压力为10kg/ cm2。热压机进行热压属于现有技术，在此不再详细赘述具体的热压原理。
28.本实施例中，具有夹持作用的框体为夹持覆膜后的凝胶片材的上、下面的框体。框体预留供单组覆膜后的凝胶片材放入的空腔的框体，该框体的空腔与覆膜后的凝胶片材相匹配。框体的相对的两个内壁与覆膜后的凝胶片材的上、下面相接触，并可以防止其滑脱。覆膜后的凝胶片材分别通过框体盛装后进行超临界干燥。多组框体可同时进行超临界干燥。
29.本实施例中，在超临界干燥的过程中，硅酸铝纤维片材中的有机胶黏剂溢出并溢至pi膜与凝胶片材之间，由于pi膜的尺寸大于凝胶片材的尺寸，有机胶黏剂不会继续从pi膜处溢出冲刷到超临界设备及工装内，而会使凝胶片材与pi膜之间有一定的粘合作用，防止pi膜与凝胶片材之间错位，不会影响下一批待干燥的气凝胶材料的质量。另外，由于pi膜的尺寸比凝胶片材的尺寸要大，在热压的过程中，pi膜能对凝胶片材的四周形成封装，避免成型后的覆膜产品发生掉粉的现象。
30.实施例2本实施例中，湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法包括以下步骤：步骤一：将湿法纤维片材浸渍铝溶胶处理，经凝胶后得到凝胶片材；该步骤中，浸渍处理是将铝溶胶涂刷在湿法纤维片材上。
31.步骤二：将覆膜材料分别设置在在步骤一得到的凝胶片材的上、下面，然后将覆膜后的凝胶片材放置在具有夹持作用的框体中，并进行超临界干燥处理，得到气凝胶-湿法纤维片材。
32.步骤三：将步骤二得到的气凝胶-湿法纤维片材进行热压处理，便可得到气凝胶覆膜产品。
33.在步骤一中，湿法纤维片材采用湿法玻璃纤维片材，铝溶胶的配置步骤包括：将铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂配制得到铝溶胶，铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂的摩尔比为1：0.001：4：0.6：0.0001；其具体制备步骤为：先将铝源仲丁醇铝与螯合剂乙酰乙酸乙酯混合均匀，再加入铝溶胶用溶剂乙醇并混合均匀，然后加入水和铝溶胶用催化剂醋酸并混合均匀，得到铝溶胶。
34.步骤二中，覆膜材料采用pc膜（聚碳酸酯膜），覆膜材料的四周尺寸比凝胶片材的四周尺寸均大于4mm，此时处于凝胶片材上下面的覆膜材料能够将凝胶片材包裹。框体仍为具有底板和一体成型在底板四周的围挡的箱型结构，四周的围挡上均设置有孔隙。覆膜时，直接将热压用的pc膜覆盖在凝胶片材的上下面即可，无需使用有机胶黏剂。将覆膜后的凝胶片材直接放置在框体内，采用乙醇超临界干燥的方式，干燥温度为250℃，干燥压力为10mpa，升温速度为15℃/min，超临界状态保持时间为3h，放气时间为5h。
35.步骤三中，将覆膜的气凝胶-湿法纤维片材在热压机中进行热压即可，热压处理的温度为200℃，热压处理的时间为50s，热压处理的压力为20kg/ cm2。
36.本实施例中，具有夹持作用的框体为夹持覆膜后的凝胶片材的上、下面的框体。框
体预留供单组覆膜后的凝胶片材放入的空腔的框体，该框体的空腔中还设有具有回弹性的弹片。覆膜后的凝胶片材的放入空腔后还通过弹片进行夹持，弹片和框体的内壁分别接触覆膜后的凝胶片材的上、下面，并可以防止其滑脱。覆膜后的凝胶片材分别通过框体盛装后进行超临界干燥。
37.本实施例中，虽然改变了湿法纤维片材、溶胶和覆膜材料的用材以及超临界干燥的方式，但是在超临界干燥的过程中，玻璃纤维片材中的有机胶黏剂仍溢出至pc膜与凝胶片材之间，不会继续从pc膜处溢出冲刷到超临界设备及工装内，而会使凝胶片材与pi膜之间有一定的粘合作用，防止pc膜与凝胶片材之间错位，不会影响下一批待干燥的气凝胶材料的质量。另外，在热压的过程中，pc膜能对凝胶片材的四周形成封装，避免成型后的覆膜产品发生掉粉的现象。
38.实施例3本实施例中，湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法包括以下步骤：步骤一：将湿法纤维片材浸渍硅铝复合溶胶处理，经凝胶后得到凝胶片材；该步骤中，浸渍处理是将铝溶胶喷淋在湿法纤维片材上。
39.步骤二：在步骤一得到的凝胶片材的上下面覆膜，然后将覆膜后的凝胶片材放置在具有夹持作用的框体中，并进行超临界干燥处理，得到气凝胶-湿法纤维片材。
40.步骤三：将步骤二得到的气凝胶-湿法纤维片材进行热压处理，便可得到气凝胶覆膜产品。
41.具体的，在步骤一中，湿法纤维片材采用湿法石英纤维片材，硅铝复合溶胶的配置步骤包括：（1）以摩尔比计，按照硅源：乙醇：水=1:40:15混合均匀，然后加入氟化铵水溶液搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶，硅源采用甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷的混合硅源，碱催化剂为氟化铵水溶液；（2）将铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂配制得到铝溶胶，铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂的摩尔比为1: 0.06：32：4：1；（3）将步骤（1）所得二氧化硅溶胶和步骤（2）所得铝溶胶混合均匀制备得到硅铝复合溶胶。
42.步骤二中，覆膜材料采用tpu膜（热可塑性聚氨酯膜），覆膜材料的四周尺寸比凝胶片材的四周尺寸均大于3mm，此时处于凝胶片材上下面的覆膜材料能够将凝胶片材包裹。框体仍为具有底板和一体成型在底板四周的围挡的箱型结构，四周的围挡上均设置有孔隙。覆膜时，直接将热压用的tpu膜覆盖在凝胶片材的上下面即可，无需使用有机胶黏剂。将覆膜后的凝胶片材直接放置在框体内，采用co2超临界干燥的方式，干燥温度为55℃，干燥压力为14mpa，升温速度为3℃/min，超临界状态保持时间为12h，放气时间为12h。
43.步骤三中，将覆有tpu膜的气凝胶-湿法纤维片材在热压机中进行热压即可，热压处理的温度为300℃，热压处理的时间为100s，热压处理的压力为100kg/ cm2。
44.实施例4本实施例与上述实施例1的区别仅在于：本实施例中，将两层以上的凝胶片材进行叠加放置在框体中，覆膜材料为pvc膜，湿法纤维片材采用湿法玄武岩纤维片材。
45.本实施例中，具有夹持作用的框体为夹持叠加后覆膜凝胶片材的侧面的框体。框体预留供两层以上覆膜后的凝胶片材放入的空腔的框体，该框体的空腔与叠加后的覆膜凝胶片材相匹配。框体的相对的两个内壁与叠加后覆膜凝胶片材相对的两个侧面相接触，并
可以防止其滑脱。覆膜后的凝胶片材分别通过框体盛装后进行超临界干燥。侧面指叠加后的凝胶片材的侧边。
46.此时，在进行超临界干燥时，从玄武岩纤维片材中溢出的有机胶黏剂能同时朝向两侧的pvc膜溢出，使处于相邻两层凝胶片材之间的pvc膜能够同时与相邻两层凝胶片材进行粘合，pvc膜在多块凝胶片材之间形成分隔层，以避免出现凝胶片材之间太贴合而造成的干燥效果不好的情况。
47.综上，本发明的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法不局限于上述4种实施例，还包括多种其他实施例，比如：1、湿法纤维片材还可以采用湿法莫来石纤维片材和湿法氧化铝纤维片材中的一种。
48.2、覆膜材料还可以采用pet膜、ptfe膜、pe膜、ps膜和pp膜中的一种。
49.3、二氧化硅溶胶的配置中，只要满足硅源∶乙醇∶水在1∶（2~60）∶（1~30）这个比例范围内，混合得到的二氧化硅溶胶都是符合要求的。硅源也可以采用正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷中的一种，烷基烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；碱性催化剂也可以采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、丙胺、二丙胺、异丙醇胺、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种或两种的组合。当然，也可以在二氧化硅溶胶中额外加入酸性催化剂。
50.铝溶胶的配置中，只要满足铝源、螯合剂、铝溶胶用溶剂、水和铝溶胶用催化剂的摩尔比为1：（0.001~0.06）：（4~32）：（0.6~4）：（0.0001~1)这个比例范围内，混合得到的铝溶胶都是符合要求的；铝源可以采用异丙醇铝、仲丁醇铝、硝酸铝中的一种或两种以上的组合；螯合剂包括乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯中的一种；铝溶胶用溶剂可以选自乙醇、异丙醇和正丁醇组成的组中的一种或两种以上的组合；铝溶胶用催化剂可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氟化铵组成的组中的一种或两种以上的组合。
51.4、采用乙醇超临界干燥时，干燥温度在245~260℃范围内，干燥压力在8~14mpa范围内，升温速率在5~20℃/min范围内，超临界状态保持时间在0.5h~3h范围内，放气时间在3h~9h范围内均能满足制备要求。
52.同样的，采用co2超临界干燥时，干燥温度为40~55℃范围内，干燥压力在8~14mpa范围内，升温速度在1~5℃/min范围内，替换时间在3h~12h范围内，放气时间在3h~12h范围内均能满足制备要求。
53.5、热压处理的温度在80℃~300℃范围内、热压处理的时间在20s ~100s范围内、压力在1 kg/ cm
2 ~100 kg/ cm2范围内均能满足热压要求。
54.本发明的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的实施例：湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品由上述各个实施例中所述的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品的制备方法制作得到，在此不再详细赘述。制得的湿法纤维片材增强气凝胶的覆膜产品包括气凝胶-湿法纤维片材以及设置于气凝胶-湿法纤维片材上下面的覆膜材料，湿法纤维片材中包含有机胶黏剂；所述气凝胶-湿法纤维片材与所述覆膜材料之间通过湿法纤维片材在超临界干燥过程中溢出的有机胶黏剂固定，覆膜材料四周预留超
出气凝胶-湿法纤维片材的边沿并通过热压塑封。其中，有机胶黏剂包括酚醛树脂胶黏剂、环氧树脂胶黏剂、脲醛树脂胶黏剂、聚丙烯酸树脂胶黏剂、三聚氰胺-甲醛胶黏剂、聚氨酯胶黏剂中的一种以上。
55.以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。