本發明涉及保溫隔熱材料領域，具體涉及氣凝膠保溫隔熱材料，進一步涉及一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法。
背景技術：
建筑能耗、工業能耗是目前能源增加最快的領域，因此通過使用高效的節能系統能夠有效的減少能耗。其中采用保溫隔熱材料是實現能耗降低的主要措施之一。但傳統保溫隔熱材料已越來越難以滿足節能的需求。因此低導熱系數、高溫不燃的高性能無機保溫材料成為建筑保溫節能技術的關鍵。
二氧化硅氣凝膠是一種由納米量級顆粒相互聚合形成的連續三維網絡結構，因其具有特殊的納米級微孔和骨架結構而致使其熱傳導效率、對流傳熱效率和輻射傳熱效率都得到了有效的限制，所以氣凝膠具有非常低的導熱系數，其在常溫常壓下為0.01W/(m.K)，是目前世界上導熱系數最低的固體材料。近年來隨著研究的深入和應用的拓展，氣凝膠逐漸由航天等領域向民用建筑保溫隔熱領域、工業保溫隔熱領域應用。其節能效果實現數量級上的提高，因此日益展現出巨大優勢和前景。特別是在建筑墻面保溫、石化行業、冶金行業的管道、爐窯及其它熱工設備，用氣凝膠作保溫隔熱材料替代傳統的保溫材料，節能優勢最為明顯。
氣凝膠性能主要由其納米孔洞結構決定，一般通過溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架，然后干燥除去液相溶劑從而得到氣凝膠。但由于凝膠骨架內部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會造成骨架的坍縮，氣凝膠制備技術核心在于避免干燥過程中由于毛細管力導致納米孔洞結構塌陷。
超臨界干燥技術是一種成熟的制備氣凝膠的技術，其通過反應釜內高壓，使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態的溶劑無明顯表面張力，從而實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構。但由于超臨界干燥技術對原料要求較高，通常以高純的有機硅為原料，而且設備處于高壓工作，因此對設備、工藝要求極高，特別是難以連續化量產。顯然，難以滿足建筑和工業領域的應用。
研究人員通過常壓干燥制備氣凝膠極大地降低了氣凝膠的成本，首先其原料適應性更廣，適應于包括硅酸鈉在內的各類無機硅，而且生產設備要求低、能耗低。但存在的問題是氣凝膠的網絡缺陷多，強度和韌性差。因此增強和復合成為氣凝膠應用首要解決的問題。
中國發明專利申請號201010515083.X公開了一種玻璃纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料，將玻璃纖維預處理與二氧化硅濕凝膠復合，然后老化、干燥得到增強的氣凝膠。這種通過纖維作為增強相，制備出增強型氣凝膠復合材料，提高了氣凝膠的力學性能，但氣凝膠以粉體存在，且氣凝膠與纖維連接不牢，在二次加工中易粉化掉粉。
中國發明專利申請號201610165874.1公開了一種玻璃纖維氈增強二氧化硅氣凝膠及其制備方法，通過玻璃纖維氈與二氧化硅氣凝膠膠液復合干燥得到了氣凝膠氈。玻璃纖維只能作外圍增強，氣凝膠自身增強并不明顯，因此干燥時形成的網絡塌陷缺陷較多。通常需要溶劑交換、長時間干燥老化才能保持氣凝膠網絡結構的完整。
常壓干燥制備氣凝膠降低了成本，但得到的氣凝膠易破碎，盡管采用各類纖維氈作增強載體，在使用中仍存在嚴重的掉粉和粉塵。而且為了防止氣凝膠在常壓干燥過程中網絡塌陷，通常需要長達幾十小時的老化和干燥。因此，存在難以連續化、規模化、穩定化制備的缺陷。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法。該方法是將礦物纖維表面的基團激活，并通過與親水性高分子材料交聯凝膠化，使礦物纖維表面形成凝膠從而具有柔性，進一步與二氧化硅濕凝膠復合均勻后形成復合凝膠，并將復合凝膠連續成型、階梯干燥得到成卷的氣凝膠保溫隔熱氈。該方法不但實現了連續穩定制備氣凝膠保溫隔熱氈，而且制備過程無需溶劑置換，氣凝膠網絡保持完整，得到的氣凝膠保溫隔熱氈具有柔性，不掉粉，極大地推動了氣凝膠在建筑保溫隔熱、石化行業、冶金行業的管道、爐窯及其它熱工設備領域的應用。
為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：
一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法，其特征在于包括以下步驟：
（1）制備二氧化硅濕凝膠
以含硅無機物為原料，通過堿液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，進一步通過氨水調制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅濕凝膠；
（2）礦物纖維凝膠化
將礦物纖維通過分散劑分散在水中形成漿體，加入氫氧化鈉，在400-800rpm高速攪拌條件下，活化15-20min，使礦物纖維表面基團活化，然后加入親水性高分子材料、交聯劑，進一步攪拌得到凝膠化的礦物纖維；
（3）制備氣凝膠氈雛形
將步驟（1）預備的二氧化硅濕凝膠、步驟（2）預備的凝膠化礦物纖維以體積比1:2-5配制，加入粘合劑混合均勻，以瀑布狀流體形式連續平鋪引入模壓輥，模壓輥溫度設置為80-100℃，通過模壓輥定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的氣凝膠氈雛形；
（4）階梯干燥
將步驟（3）得到的氣凝膠氈雛形通過牽引輥引入烘干隧道，烘干隧道設置階梯溫度，分別為一段烘干溫度100-120℃、二段溫度130-150℃、三段溫度180-200℃，通過階梯烘干，凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠逐步干燥、相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免氣凝膠網絡的坍塌；
（5）冷卻卷取
通過烘干隧道干燥，經牽引進入冷卻輥冷卻，然后卷取得到氣凝膠保溫隔熱氈。
優選的，步驟（1）所述含硅無機物為高嶺土、硅酸鈉、粉煤灰、硅灰石中的至少一種。
優選的，步驟（2）所述的礦物纖維為玄武巖纖維、石膏纖維、海泡石纖維、水鎂石纖維中的至少一種；
優選的，步驟（2）所述的分散劑為六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、磺化琥珀酸鈉中的至少一種，用量為礦物纖維質量的0.3-2%。
優選的，步驟（2）所述的親水性高分子材料為纖維素醚、殼聚糖、聚乙烯醇、羧甲基淀粉、海藻酸鈉中的至少一種。
優選的，步驟（2）所述的交聯劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇雙丙烯酸酯、1,3- 丙二醇雙丙烯酸酯、硼酸、環氧氯丙烷、戊二醛中的一種。
進一步優選的，步驟（2）所述的礦物纖維、氫氧化鈉、親水性高分子材料、交聯劑的質量比例為：100:（5-10）:（3-5）:（0.01-0.1）。
優選的，步驟（3）所述的粘合劑為酚醛樹脂、環氧聚脂、聚氨酯中的一種。
優選的，步驟（4）氣凝膠氈雛形通過烘干隧道中的時間為30-60min。
本發明通過對礦物纖維表面的基團激活，并輔助親水性高分子材料交聯凝膠化，使礦物纖維表面形成凝膠從而具有柔性，其突出的優勢是與二氧化硅濕凝膠混合后能形成相互交織、均勻的支撐網絡，從而避免干燥時氣凝膠網絡的坍塌，進一步通過紫外光輔助老化，實現連續成型和干燥。該方法無需溶劑置換，可連續化生產，獲得氣凝膠保溫隔熱氈柔性好、無掉粉、可卷取。大幅降低氣凝膠的生產成本，推進了氣凝膠規模化穩定量產，對氣凝膠在建筑保溫隔熱、工業管路保溫隔熱、熱工設備等領域的應用產生重大影響。
一個典型的制備過程得到的氣凝膠保溫隔熱氈在保溫隔熱性能和使用方面均表現出優異的特性。通過測試，氣凝膠保溫隔熱氈的厚度為0.45cm，密度為260kg/m3，導熱系數小于0.03w/m·k，具有良好的強度和可裁切性，抗拉強度超過250kPa。
一種連續制備氣凝膠保溫隔熱氈的方法，與現技術相比突出的特點和有益的效果在于：
1、通過對礦物纖維凝膠化，使凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免常壓干燥時氣凝膠網絡的坍塌。
2、通過礦物纖維表面形成凝膠，賦予良好的柔性，并通過紫外光輔助老化實現了連續干燥、卷取，得到質量穩定、柔性良好的氣凝膠保溫隔熱氈。
3、本發明制備工藝簡穩定易控，可連續化封閉生產，適合于大規模化生產應用。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下,根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更,均應包含在本發明的范圍內。
實施例1
本實施列步驟如下：
（1）制備二氧化硅濕凝膠
以含硅無機物高嶺土為原料，通過堿液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，進一步通過氨水調制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅濕凝膠；
（2）礦物纖維凝膠化
將100kg玄武巖纖維與0.3kg分散劑六偏磷酸鈉分散在水中形成漿體，加入10kg氫氧化鈉，在400rpm高速攪拌條件下，活化15min，使玄武巖纖維表面基團活化，然后加入3kg親水性高分子材料聚乙烯醇、0.1kg交聯劑硼酸，進一步攪拌得到凝膠化的礦物纖維；
（3）制備氣凝膠氈雛形
將步驟（1）預備的二氧化硅濕凝膠、步驟（2）預備的凝膠化礦物纖維以體積比1:5配制，加入適量水性聚氨酯混合均勻，以瀑布狀流體形式連續平鋪引入模壓輥，模壓輥溫度設置為80-100℃，通過模壓輥定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的氣凝膠氈雛形；水性聚氨酯的量為二氧化硅濕凝膠和凝膠化礦物纖維體積總量的1%；
（4）階梯干燥
將步驟（3）得到的氣凝膠氈雛形通過牽引輥引入烘干隧道，烘干隧道設置階梯溫度，分別為一段烘干溫度100-120℃、二段溫度130-150℃、三段溫度180-200℃，通過階梯烘干，凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠逐步干燥、相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免氣凝膠網絡的坍塌；
（5）冷卻卷取
通過烘干隧道干燥，經牽引進入冷卻輥冷卻，然后卷取得到氣凝膠保溫隔熱氈。
實施例1得到的氣凝膠保溫隔熱氈在保溫隔熱性能和使用方面均表現出優異的特性。通過測試，氣凝膠保溫隔熱氈的厚度為0.45cm，密度為260kg/m3，導熱系數小于0.03w/m·k，具有良好的強度和可裁切性，抗拉強度超過250kPa。
實施例2
本實施列步驟如下：
（1）制備二氧化硅濕凝膠
以含硅無機物粉煤灰為原料，通過堿液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，進一步通過氨水調制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅濕凝膠；
（2）礦物纖維凝膠化
將100kg水鎂石纖維與1kg分散劑三聚磷酸鈉分散在水中形成漿體，加入5kg氫氧化鈉，在500rpm高速攪拌條件下，活化15min，使水鎂石纖維表面基團活化，然后加入5kg親水性高分子材料海藻酸鈉、0.05kg交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，進一步攪拌得到凝膠化的礦物纖維；（3）制備氣凝膠氈雛形
將步驟（1）預備的二氧化硅濕凝膠、步驟（2）預備的凝膠化礦物纖維以體積比1:3配制，加入適量環氧聚酯混合均勻，以瀑布狀流體形式連續平鋪引入模壓輥，模壓輥溫度設置為80-100℃，通過模壓輥定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的氣凝膠氈雛形；
（4）階梯干燥
將步驟（3）得到的氣凝膠氈雛形通過牽引輥引入烘干隧道，烘干隧道設置階梯溫度，分別為一段烘干溫度100-120℃、二段溫度130-150℃、三段溫度180-200℃，通過階梯烘干，凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠逐步干燥、相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免氣凝膠網絡的坍塌；
（5）冷卻卷取
通過烘干隧道干燥，經牽引進入冷卻輥冷卻，然后卷取得到氣凝膠保溫隔熱氈。
實施例2得到的氣凝膠保溫隔熱氈在保溫隔熱性能和使用方面均表現出優異的特性。通過測試，氣凝膠保溫隔熱氈的厚度為0.3cm，密度為280kg/m3，導熱系數小于0.025w/m·k，具有良好的強度和可裁切性，抗拉強度超過300kPa。
實施例3
本實施列步驟如下：
（1）制備二氧化硅濕凝膠
以含硅無機物硅灰石為原料，通過堿液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，進一步通過氨水調制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅濕凝膠；
（2）礦物纖維凝膠化
將100kg石膏纖維與0.5kg分散劑磺化琥珀酸鈉分散在水中形成漿體，加入10kg氫氧化鈉，在800rpm高速攪拌條件下，活化20min，使石膏纖維表面基團活化，然后加入3kg親水性高分子材料殼聚糖、0.1kg交聯劑環氧氯丙烷，進一步攪拌得到凝膠化的礦物纖維；
（3）制備氣凝膠氈雛形
將步驟（1）預備的二氧化硅濕凝膠、步驟（2）預備的凝膠化礦物纖維以體積比1:3配制，加入適量酚醛樹脂混合均勻，以瀑布狀流體形式連續平鋪引入模壓輥，模壓輥溫度設置為80-100℃，通過模壓輥定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的氣凝膠氈雛形
（4）階梯干燥
將步驟（3）得到的氣凝膠氈雛形通過牽引輥引入烘干隧道，烘干隧道設置階梯溫度，分別為一段烘干溫度100-120℃、二段溫度130-150℃、三段溫度180-200℃，通過階梯烘干，凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠逐步干燥、相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免氣凝膠網絡的坍塌；
（5）冷卻卷取
通過烘干隧道干燥，經牽引進入冷卻輥冷卻，然后卷取得到氣凝膠保溫隔熱氈。
實施例3得到的氣凝膠保溫隔熱氈在保溫隔熱性能和使用方面均表現出優異的特性。通過測試，氣凝膠保溫隔熱氈的厚度為0.40cm，密度為255kg/m3，導熱系數小于0.028w/m·k，具有良好的強度和可裁切性，抗拉強度超過320kPa。
實施例4
本實施列步驟如下：
（1）制備二氧化硅濕凝膠
以含硅無機物硅酸鈉為原料，通過堿液浸出得到水溶性硅源溶液，然后酸化形成硅酸水溶液，進一步通過氨水調制溶液的pH 值至5-8，形成二氧化硅濕凝膠；
（2）礦物纖維凝膠化
將100kg海泡石纖維與2kg分散劑磺化琥珀酸鈉分散在水中形成漿體，加入8kg氫氧化鈉，在600rpm高速攪拌條件下，活化20min，使海泡石纖維表面基團活化，然后加入3kg親水性高分子材料纖維素醚、0.05kg交聯劑、戊二醛，進一步攪拌得到凝膠化的礦物纖維；
（3）制備氣凝膠氈雛形
將步驟（1）預備的二氧化硅濕凝膠、步驟（2）預備的凝膠化礦物纖維以體積比1:5配制，加入適量水性聚氨酯混合均勻，以瀑布狀流體形式連續平鋪引入模壓輥，模壓輥溫度設置為80-100℃，通過模壓輥定型和紫外光照射形成厚度小于0.5cm的氣凝膠氈雛形；
（4）階梯干燥
將步驟（3）得到的氣凝膠氈雛形通過牽引輥引入烘干隧道，烘干隧道設置階梯溫度，分別為一段烘干溫度100-120℃、二段溫度130-150℃、三段溫度180-200℃，通過階梯烘干，凝膠化礦物纖維與二氧化硅濕凝膠逐步干燥、相互交織，形成均勻的支撐網絡，從而避免氣凝膠網絡的坍塌；通過控制隧道長度和牽引速度，使氣凝膠氈烘干時間為達到60min；
（5）冷卻卷取
通過烘干隧道干燥，經牽引進入冷卻輥冷卻，然后卷取得到氣凝膠保溫隔熱氈。
實施例4連續化制備氣凝膠氈的牽引速度達到20m/min，得到的氣凝膠保溫隔熱氈柔性好、無掉粉、可卷取、可裁切。
盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。