本发明涉及保温隔热材料领域，具体涉及气凝胶保温隔热材料，进一步涉及一种连续制备气凝胶保温隔热毡的方法。
背景技术：
建筑能耗、工业能耗是目前能源增加最快的领域，因此通过使用高效的节能系统能够有效的减少能耗。其中采用保温隔热材料是实现能耗降低的主要措施之一。但传统保温隔热材料已越来越难以满足节能的需求。因此低导热系数、高温不燃的高性能无机保温材料成为建筑保温节能技术的关键。
二氧化硅气凝胶是一种由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致使其热传导效率、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，其在常温常压下为0.01W/(m.K)，是目前世界上导热系数最低的固体材料。近年来随着研究的深入和应用的拓展，气凝胶逐渐由航天等领域向民用建筑保温隔热领域、工业保温隔热领域应用。其节能效果实现数量级上的提高，因此日益展现出巨大优势和前景。特别是在建筑墙面保温、石化行业、冶金行业的管道、炉窑及其它热工设备，用气凝胶作保温隔热材料替代传统的保温材料，节能优势最为明显。
气凝胶性能主要由其纳米孔洞结构决定，一般通过溶胶-凝胶工艺获得所需纳米孔洞和相应凝胶骨架，然后干燥除去液相溶剂从而得到气凝胶。但由于凝胶骨架内部的溶剂存在表面张力，在普通的干燥条件下会造成骨架的坍缩，气凝胶制备技术核心在于避免干燥过程中由于毛细管力导致纳米孔洞结构塌陷。
超临界干燥技术是一种成熟的制备气凝胶的技术，其通过反应釜内高压，使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点，形成一种超临界流体，处于超临界状态的溶剂无明显表面张力，从而实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。但由于超临界干燥技术对原料要求较高，通常以高纯的有机硅为原料，而且设备处于高压工作，因此对设备、工艺要求极高，特别是难以连续化量产。显然，难以满足建筑和工业领域的应用。
研究人员通过常压干燥制备气凝胶极大地降低了气凝胶的成本，首先其原料适应性更广，适应于包括硅酸钠在内的各类无机硅，而且生产设备要求低、能耗低。但存在的问题是气凝胶的网络缺陷多，强度和韧性差。因此增强和复合成为气凝胶应用首要解决的问题。
中国发明专利申请号201010515083.X公开了一种玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料，将玻璃纤维预处理与二氧化硅湿凝胶复合，然后老化、干燥得到增强的气凝胶。这种通过纤维作为增强相，制备出增强型气凝胶复合材料，提高了气凝胶的力学性能，但气凝胶以粉体存在，且气凝胶与纤维连接不牢，在二次加工中易粉化掉粉。
中国发明专利申请号201610165874.1公开了一种玻璃纤维毡增强二氧化硅气凝胶及其制备方法，通过玻璃纤维毡与二氧化硅气凝胶胶液复合干燥得到了气凝胶毡。玻璃纤维只能作外围增强，气凝胶自身增强并不明显，因此干燥时形成的网络塌陷缺陷较多。通常需要溶剂交换、长时间干燥老化才能保持气凝胶网络结构的完整。
常压干燥制备气凝胶降低了成本，但得到的气凝胶易破碎，尽管采用各类纤维毡作增强载体，在使用中仍存在严重的掉粉和粉尘。而且为了防止气凝胶在常压干燥过程中网络塌陷，通常需要长达几十小时的老化和干燥。因此，存在难以连续化、规模化、稳定化制备的缺陷。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种连续制备气凝胶保温隔热毡的方法。该方法是将矿物纤维表面的基团激活，并通过与亲水性高分子材料交联凝胶化，使矿物纤维表面形成凝胶从而具有柔性，进一步与二氧化硅湿凝胶复合均匀后形成复合凝胶，并将复合凝胶连续成型、阶梯干燥得到成卷的气凝胶保温隔热毡。该方法不但实现了连续稳定制备气凝胶保温隔热毡，而且制备过程无需溶剂置换，气凝胶网络保持完整，得到的气凝胶保温隔热毡具有柔性，不掉粉，极大地推动了气凝胶在建筑保温隔热、石化行业、冶金行业的管道、炉窑及其它热工设备领域的应用。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种连续制备气凝胶保温隔热毡的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制备二氧化硅湿凝胶
以含硅无机物为原料，通过碱液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，进一步通过氨水调制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅湿凝胶；
（2）矿物纤维凝胶化
将矿物纤维通过分散剂分散在水中形成浆体，加入氢氧化钠，在400-800rpm高速搅拌条件下，活化15-20min，使矿物纤维表面基团活化，然后加入亲水性高分子材料、交联剂，进一步搅拌得到凝胶化的矿物纤维；
（3）制备气凝胶毡雏形
将步骤（1）预备的二氧化硅湿凝胶、步骤（2）预备的凝胶化矿物纤维以体积比1:2-5配制，加入粘合剂混合均匀，以瀑布状流体形式连续平铺引入模压辊，模压辊温度设置为80-100℃，通过模压辊定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的气凝胶毡雏形；
（4）阶梯干燥
将步骤（3）得到的气凝胶毡雏形通过牵引辊引入烘干隧道，烘干隧道设置阶梯温度，分别为一段烘干温度100-120℃、二段温度130-150℃、三段温度180-200℃，通过阶梯烘干，凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免气凝胶网络的坍塌；
（5）冷却卷取
通过烘干隧道干燥，经牵引进入冷却辊冷却，然后卷取得到气凝胶保温隔热毡。
优选的，步骤（1）所述含硅无机物为高岭土、硅酸钠、粉煤灰、硅灰石中的至少一种。
优选的，步骤（2）所述的矿物纤维为玄武岩纤维、石膏纤维、海泡石纤维、水镁石纤维中的至少一种；
优选的，步骤（2）所述的分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磺化琥珀酸钠中的至少一种，用量为矿物纤维质量的0.3-2%。
优选的，步骤（2）所述的亲水性高分子材料为纤维素醚、壳聚糖、聚乙烯醇、羧甲基淀粉、海藻酸钠中的至少一种。
优选的，步骤（2）所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇双丙烯酸酯、1,3- 丙二醇双丙烯酸酯、硼酸、环氧氯丙烷、戊二醛中的一种。
进一步优选的，步骤（2）所述的矿物纤维、氢氧化钠、亲水性高分子材料、交联剂的质量比例为：100:（5-10）:（3-5）:（0.01-0.1）。
优选的，步骤（3）所述的粘合剂为酚醛树脂、环氧聚脂、聚氨酯中的一种。
优选的，步骤（4）气凝胶毡雏形通过烘干隧道中的时间为30-60min。
本发明通过对矿物纤维表面的基团激活，并辅助亲水性高分子材料交联凝胶化，使矿物纤维表面形成凝胶从而具有柔性，其突出的优势是与二氧化硅湿凝胶混合后能形成相互交织、均匀的支撑网络，从而避免干燥时气凝胶网络的坍塌，进一步通过紫外光辅助老化，实现连续成型和干燥。该方法无需溶剂置换，可连续化生产，获得气凝胶保温隔热毡柔性好、无掉粉、可卷取。大幅降低气凝胶的生产成本，推进了气凝胶规模化稳定量产，对气凝胶在建筑保温隔热、工业管路保温隔热、热工设备等领域的应用产生重大影响。
一个典型的制备过程得到的气凝胶保温隔热毡在保温隔热性能和使用方面均表现出优异的特性。通过测试，气凝胶保温隔热毡的厚度为0.45cm，密度为260kg/m3，导热系数小于0.03w/m·k，具有良好的强度和可裁切性，抗拉强度超过250kPa。
一种连续制备气凝胶保温隔热毡的方法，与现技术相比突出的特点和有益的效果在于：
1、通过对矿物纤维凝胶化，使凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免常压干燥时气凝胶网络的坍塌。
2、通过矿物纤维表面形成凝胶，赋予良好的柔性，并通过紫外光辅助老化实现了连续干燥、卷取，得到质量稳定、柔性良好的气凝胶保温隔热毡。
3、本发明制备工艺简稳定易控，可连续化封闭生产，适合于大规模化生产应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
本实施列步骤如下：
（1）制备二氧化硅湿凝胶
以含硅无机物高岭土为原料，通过碱液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，进一步通过氨水调制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅湿凝胶；
（2）矿物纤维凝胶化
将100kg玄武岩纤维与0.3kg分散剂六偏磷酸钠分散在水中形成浆体，加入10kg氢氧化钠，在400rpm高速搅拌条件下，活化15min，使玄武岩纤维表面基团活化，然后加入3kg亲水性高分子材料聚乙烯醇、0.1kg交联剂硼酸，进一步搅拌得到凝胶化的矿物纤维；
（3）制备气凝胶毡雏形
将步骤（1）预备的二氧化硅湿凝胶、步骤（2）预备的凝胶化矿物纤维以体积比1:5配制，加入适量水性聚氨酯混合均匀，以瀑布状流体形式连续平铺引入模压辊，模压辊温度设置为80-100℃，通过模压辊定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的气凝胶毡雏形；水性聚氨酯的量为二氧化硅湿凝胶和凝胶化矿物纤维体积总量的1%；
（4）阶梯干燥
将步骤（3）得到的气凝胶毡雏形通过牵引辊引入烘干隧道，烘干隧道设置阶梯温度，分别为一段烘干温度100-120℃、二段温度130-150℃、三段温度180-200℃，通过阶梯烘干，凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免气凝胶网络的坍塌；
（5）冷却卷取
通过烘干隧道干燥，经牵引进入冷却辊冷却，然后卷取得到气凝胶保温隔热毡。
实施例1得到的气凝胶保温隔热毡在保温隔热性能和使用方面均表现出优异的特性。通过测试，气凝胶保温隔热毡的厚度为0.45cm，密度为260kg/m3，导热系数小于0.03w/m·k，具有良好的强度和可裁切性，抗拉强度超过250kPa。
实施例2
本实施列步骤如下：
（1）制备二氧化硅湿凝胶
以含硅无机物粉煤灰为原料，通过碱液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，进一步通过氨水调制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅湿凝胶；
（2）矿物纤维凝胶化
将100kg水镁石纤维与1kg分散剂三聚磷酸钠分散在水中形成浆体，加入5kg氢氧化钠，在500rpm高速搅拌条件下，活化15min，使水镁石纤维表面基团活化，然后加入5kg亲水性高分子材料海藻酸钠、0.05kg交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进一步搅拌得到凝胶化的矿物纤维；（3）制备气凝胶毡雏形
将步骤（1）预备的二氧化硅湿凝胶、步骤（2）预备的凝胶化矿物纤维以体积比1:3配制，加入适量环氧聚酯混合均匀，以瀑布状流体形式连续平铺引入模压辊，模压辊温度设置为80-100℃，通过模压辊定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的气凝胶毡雏形；
（4）阶梯干燥
将步骤（3）得到的气凝胶毡雏形通过牵引辊引入烘干隧道，烘干隧道设置阶梯温度，分别为一段烘干温度100-120℃、二段温度130-150℃、三段温度180-200℃，通过阶梯烘干，凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免气凝胶网络的坍塌；
（5）冷却卷取
通过烘干隧道干燥，经牵引进入冷却辊冷却，然后卷取得到气凝胶保温隔热毡。
实施例2得到的气凝胶保温隔热毡在保温隔热性能和使用方面均表现出优异的特性。通过测试，气凝胶保温隔热毡的厚度为0.3cm，密度为280kg/m3，导热系数小于0.025w/m·k，具有良好的强度和可裁切性，抗拉强度超过300kPa。
实施例3
本实施列步骤如下：
（1）制备二氧化硅湿凝胶
以含硅无机物硅灰石为原料，通过碱液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，进一步通过氨水调制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅湿凝胶；
（2）矿物纤维凝胶化
将100kg石膏纤维与0.5kg分散剂磺化琥珀酸钠分散在水中形成浆体，加入10kg氢氧化钠，在800rpm高速搅拌条件下，活化20min，使石膏纤维表面基团活化，然后加入3kg亲水性高分子材料壳聚糖、0.1kg交联剂环氧氯丙烷，进一步搅拌得到凝胶化的矿物纤维；
（3）制备气凝胶毡雏形
将步骤（1）预备的二氧化硅湿凝胶、步骤（2）预备的凝胶化矿物纤维以体积比1:3配制，加入适量酚醛树脂混合均匀，以瀑布状流体形式连续平铺引入模压辊，模压辊温度设置为80-100℃，通过模压辊定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的气凝胶毡雏形
（4）阶梯干燥
将步骤（3）得到的气凝胶毡雏形通过牵引辊引入烘干隧道，烘干隧道设置阶梯温度，分别为一段烘干温度100-120℃、二段温度130-150℃、三段温度180-200℃，通过阶梯烘干，凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免气凝胶网络的坍塌；
（5）冷却卷取
通过烘干隧道干燥，经牵引进入冷却辊冷却，然后卷取得到气凝胶保温隔热毡。
实施例3得到的气凝胶保温隔热毡在保温隔热性能和使用方面均表现出优异的特性。通过测试，气凝胶保温隔热毡的厚度为0.40cm，密度为255kg/m3，导热系数小于0.028w/m·k，具有良好的强度和可裁切性，抗拉强度超过320kPa。
实施例4
本实施列步骤如下：
（1）制备二氧化硅湿凝胶
以含硅无机物硅酸钠为原料，通过碱液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，进一步通过氨水调制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅湿凝胶；
（2）矿物纤维凝胶化
将100kg海泡石纤维与2kg分散剂磺化琥珀酸钠分散在水中形成浆体，加入8kg氢氧化钠，在600rpm高速搅拌条件下，活化20min，使海泡石纤维表面基团活化，然后加入3kg亲水性高分子材料纤维素醚、0.05kg交联剂、戊二醛，进一步搅拌得到凝胶化的矿物纤维；
（3）制备气凝胶毡雏形
将步骤（1）预备的二氧化硅湿凝胶、步骤（2）预备的凝胶化矿物纤维以体积比1:5配制，加入适量水性聚氨酯混合均匀，以瀑布状流体形式连续平铺引入模压辊，模压辊温度设置为80-100℃，通过模压辊定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的气凝胶毡雏形；
（4）阶梯干燥
将步骤（3）得到的气凝胶毡雏形通过牵引辊引入烘干隧道，烘干隧道设置阶梯温度，分别为一段烘干温度100-120℃、二段温度130-150℃、三段温度180-200℃，通过阶梯烘干，凝胶化矿物纤维与二氧化硅湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，从而避免气凝胶网络的坍塌；通过控制隧道长度和牵引速度，使气凝胶毡烘干时间为达到60min；
（5）冷却卷取
通过烘干隧道干燥，经牵引进入冷却辊冷却，然后卷取得到气凝胶保温隔热毡。
实施例4连续化制备气凝胶毡的牵引速度达到20m/min，得到的气凝胶保温隔热毡柔性好、无掉粉、可卷取、可裁切。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。