一种自动切割纳米气凝胶复合材料装置及方法与流程

发明属于气凝胶材料加工成型技术领域，具体涉及一种用于切割气凝胶的装置及方法。

背景技术：

水刀切割，又称水刀，即高压水射流切割技术，是一种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意切割异形件，而且受材料质地影响小。因其成本低，易操作，良品率又高，水刀切割正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。

二氧化硅(sio2)气凝胶由sio2网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体构成，具有极低密度、高孔隙率、大比表面积、高透光率等优良的特性，被列入21世纪十大新材料之一，能广泛的应用于隔热保温、防火、隔音、红外吸收、催化剂载体等领域。气凝胶的制备过程一般采用与其它材料复合的方法，该方法有个缺点是掉粉，在气凝胶加工成型过程中如何防止粉尘污染是个难点。气凝胶复合材料的加工成型一般都是工人手工切割成型。手工加工成型是最原始的方法，但是该方法生产出来的气凝胶产品偏差较大，异形件难以切割完成。由于掉粉还会对工人的身体健康造成影响，对环境造成粉尘污染。因此，此方法很难被大范围推广应用。

在现有技术中，由湖南上懿丰新材料科技有限公司申请并获得授权的发明专利201510560077.9，公开了一种高能切割制备规则外形二氧化硅气凝胶颗粒的方法，包括以下步骤：(1)0～40℃下将有机硅烷、稀盐酸、去离子水溶于有机溶剂中，混合均匀，反应0.1～8h，得到硅溶胶；(2)0～40℃下加碱搅拌，反应0.01～1h后，静置；(3)待凝胶；(4)干燥，得到气凝胶；(5)采用高能切割得到规则外形的气凝胶颗粒。该方法方法通过高能切割成型方式，得到规则外形的二氧化硅气凝胶颗粒，所得规则外形的二氧化硅气凝胶颗粒质地均匀，可见光透射率高，填充性好，十分便于后续加工，大大促进了二氧化硅气凝胶的工业化。

又有，由天津城建大学申请并获得授权的实用新型专利201820262103.9公开了网状气凝胶保温建材的缓冲切割装置，包括缓冲回弹装置、电磁装置、切割装置和切割支架，在切割支架的顶端设置有电磁装置，在切割装置的底端设置有缓冲回弹装置，在切割支架上滑动设置有切割装置；电磁装置包括保护壳、聚磁体、聚磁线圈、磁力电源和导线，保护壳设置在切割支架上，聚磁体设置在保护壳内，在聚磁体的外侧设置有聚磁线圈，聚磁线圈的两端通过导线与磁力电源相连，磁力电源设置在保护壳内。该方案的有益效果是通过电磁装置和回弹装置的协同作用，将切割后的切割装置自动恢复至切割前的位置处。

在以上现有技术的基础上，将水刀切割用于制备气凝胶产品是目前一个可行的更好的发展方向，对于异形件可以轻易制备，因此在该方向的研发是有重要意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有的气凝胶产品加工成型过程中存在问题，提供一种用于切割气凝胶材料的装置及方法，工艺简单，操作便利，能有效将气凝胶材料切割成型，所制备的气凝胶产品稳定性提高，易实现大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动切割纳米气凝胶复合材料装置，包括主机、切割工作台，压缩空气储罐和超纯水机四个部分，各个部分由控制柜进行控制；前述的压缩空气储罐包括固定于地面的支架和设置在该支架上的壳体，在该压缩空气储罐顶部设有压力表，在前述的壳体上侧面设有空气输送管，空气输送管上设有空气输送进口阀；在前述的壳体下侧面设有进口部，在进口部对侧壳体上设有带空气输送出口阀的管道；在前述的壳体底部设有出口部。

进一步的，前述的壳体与支架采用可拆卸式安装。

进一步的，前述的主机通过干燥压缩空气加压水流。

进一步的，前述的壳体为半球形、圆柱形、正方体形或长方体形。

进一步的，前述的切割工作台包括水箱，在水箱顶部铺设有筛网；在水箱上方设有双轨横梁臂，在双轨横梁臂中部设有切割头，在该切割头上设有水开关和气管。

进一步的，前述的切割头采用单刀头结构、双层刀头结构或多层刀头结构。

采用前述的装置切割纳米气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：

s1，超纯水机将净化后的水通过输水管进入压缩空气储罐中同时主机加压空气并通过空气输送管将加压后的空气输送入压缩空气储罐内，待压力表显示0.6-0.8mpa时，超纯水机停止输水；

s2，打开控制柜，将控制平台下端的水箱注满水，使水位达到工作平面，在控制柜台控制机床x向、y向和z向移动并调整机床水平；

s3，将所生产的气凝胶材料放在已调整好的切割工作台上，打开切割头上的水开关和气管，在控制柜台上输入目标函数，按下控制柜平台上开始按钮，切割头开始工作；

s4，在切割过程观察压缩空气储罐的压力表值，待气凝胶材料切割完毕后，按下控制柜平台停止按钮，关闭主机，取出已切割好的气凝胶产品。

进一步的，还包括将水箱里的水通过超纯水机的净化与过滤再次循环利用。

进一步的，前述的纳米气凝胶复合材料为玻璃纤维气凝胶、陶瓷纤维气凝胶、预氧丝气凝胶、气凝胶纸、碳气凝胶、新型气凝胶中的一种。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明水刀切割所制备出的气凝胶产品偏差较小，对于异形件可以轻易制备，设备投资成本低，工艺相对简单，粉尘污染小。所制备的气凝胶产品稳定性提高，易实现大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明的整体装置系统布置图；

图2是凝胶水刀切割装置的结构示意图；

图3是压缩空气储罐的结构示意图；

图4是超纯水机的结构示意图；

图5是主机的结构示意图。

附图标记说明：1-主机，11-空气输送接头，2-超纯水机，21-超纯水输送控制阀，22-溶剂输送管，3-压缩空气储罐，31-压力表，32-壳体，33-进口部，34-出口部，35-空气输送管，36-空气输送进口阀，37-空气输送出口阀，38-支架，4-切割工作台，41-筛网，42-水箱，43-双轨横梁臂，44-切割头，45-水开关，46-气管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1，本发明的一种自动切割纳米气凝胶复合材料装置，主要包括主机1、超纯水机2、压缩空气储罐3、切割工作台4四个部分，各个部分通过控制柜进行控制，主机1上设有空气输送接头11，主机1和压缩空气储罐3通过空气输送管35连接，使得主机1和压缩空气储罐3实现串联连接，压缩空气储罐3用于盛装压缩空气，超纯水机2用于盛装净化水，压缩空气储罐3上配置有空气输送进口阀36。

参照图3，压缩空气储罐3包括压力表31，壳体32，进口部33，出口部34，空气输送管35，空气输送进口阀36，空气输送出口阀37；进口部33设置在壳体32的上部或顶部，主机1上接过来的空气输送管35连接至壳体32的进口部33且安装有空气输送进口阀36。出口部34的置于壳体32下端或底部，出口部34设置有与溶剂输送管22连接的空气输送出口阀37，这样从主机1加压后供给压缩空气储罐3的加压空气能够通空气输送管35直接进入至壳体32的底部，保持压缩空气的稳定，波动小。

参照图2，本发明的切割工作台4的横梁臂优选采用的是双轨横梁臂43，当然也可以采用单轨的横梁臂，通过采用双轨横梁臂43能够确保切割工作台4稳定。双轨横梁臂43和切割头44的可拆卸式连接方式，本实施例中采用的是在双轨横梁臂43上设置有开口向上的l形连接件，切割头44的一侧则设置有开口向下的l形连接件，这样切割头44即可直接扣在双轨横梁臂43上，拆装十分方便，有助于在切割过程中，遇到问题后可及时拆卸检查，操作简单、方便。当然也可以采用其他卡片或卡槽的连接结构。

如图5所示，主机1的一侧可以通过空气输送接头11与压缩空气储罐3相连接，通过压缩空气储罐3的空气输送进口阀36和压力表31可及时关注储罐的压力，这样可防止事故的发生。如图4所示，超纯水机2可对水箱42里的水循环利用。

控制柜是对整个切割工作台4的控制，控制柜的程序控制能有效的切割出异形件，从而更进一步的提高工作效率。

本发明的控制柜能有效的控制切割平台，实现自动高效的加工效率。

作为发明的一个实施例：使用人员将气凝胶复合材料放置在筛网41上面，将主机1通过导线与外接电源相连接，主机1将空气输入压缩空气储罐3内，通过空气输送管35将高压气体输送到切割头44内，同时超纯水机2的水经过溶剂输送管22传输到切割头44内，气管46喷射出高压水对气凝胶复合材料进行切割。在使用过程中，若想要切割气凝胶复合材料异形件时，通过控制柜上的操作平台设置程序，调整好x轴和y轴设置好切割头44的移动位置即可，人员就可以在一旁观看，提高了本发明的安全系数。超纯水机2将水切割气凝胶复合材料后的水进行循环利用，提高了本发明的经济环保性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。