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世界上最輕固體的那些事兒:氣凝膠行業的現狀與展望

王明 2019-09-17 2018 0

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國內市場一半以上的氣凝膠產品依賴進口,美國航空航天局下屬的阿斯彭氣凝膠公司(Aspen?Aerogels)制造工藝領先,市場占有率高,去年由于國際貿易,它與國內企業納諾科技和廣東埃力生發生了知識產權糾紛。

  摘要:氣凝膠的誕生源于一次美國化學家Samuel Kistler與Charles Learned的賭局:看誰能夠將凝膠內的液體換成氣體同時不改變固體結構?1931年,《自然》雜志(第127卷,第741頁)發布論文《共聚擴散氣凝膠與果凍》,Kistler正式提出了超臨界干燥技術。之后,氣凝膠因為其90%以上是空氣,以世界上密度最低的固體,入選《吉尼斯世界紀錄》。本文針對這種獨特的材料,對其行業現狀和發展前景進行了解析。

  也曾生不逢時,氣凝膠的絕熱性能無與倫比

  任何材料的商業化之路都充滿著艱辛和考驗,氣凝膠也不例外。在Kistler將氣凝膠的專利授權給美國孟山都公司后。它主要是用作化妝品和牙膏中的添加劑或觸變劑,也用作油漆的增稠劑。因為其散光性可以使墨水和涂料產生一種霧面的效果,后來還被用于墨水和涂料行業。那時候,其絕熱性能一直被市場邊緣化,下游應用需求并不旺盛,再加上它高昂的生產成本和極具危險性的生產工藝,上世紀70年代,孟山都公司宣布氣凝膠停產。

  后來,隨著法國、德國科學家及美國國家宇航局對氣凝膠生產工藝迭代式改進,氣凝膠成為優異的火星探測器和宇航服的絕熱材料,它與常見保溫材料的絕熱性能對比見表1,為了更直觀的呈現,相同效果下,四種保溫材料厚度對比見圖1。

表1 保溫材料性能對比

(來源:《硅酸鹽通報》)

  

圖1 相同效果下,四種保溫材料厚度對比  

(來源:中國粉體網)

  由此可見,氣凝膠的絕熱性能無與倫比,雖然它已經從實驗室階段步入商業化應用階段,但是其大范圍應用并沒有推廣開來。2017全國氣凝膠材料創新應用研討會上,工信部原材料司建材處相關人員表示,當前制約氣凝膠大規模應用的因素是價格和生產工藝。

  國內市場一半依賴進口,行業產銷缺口大

  2016年,我國氣凝膠國產售價在40萬-70萬/噸,進口氣凝膠達到15萬美元/噸。產量為1.83萬噸,消費量為4.01萬噸,進口約為2.18萬噸,但是很少出口。國內市場一半以上的氣凝膠來自進口,產銷缺口較大。在過去的5年間,氣凝膠產量年復合增長率為31.07%,消費量的增速為產量增速一半左右,我國氣凝膠市場處于高速增長期,如圖2所示。

 

圖2 我國氣凝膠行業產銷情況  

(來源:銀川濱投集團)

  國內氣凝膠生產企業起步較晚,數量較少,大多數企業能夠生產氣凝膠粉體顆粒,但能夠生產氣凝膠復合材料產品的僅有納諾科技、廣東埃力生等少數幾家企業,其產能如下表。

表2 中國主要氣凝膠生產企業產能

(來源:公開資料整理)

  投資熱度不減,高端材料民用化指日可待

  2018年9月1日,我國第一個氣凝膠材料的國家標準《納米孔氣凝膠復合絕熱制品》正式實施,標志著國家領導下的氣凝膠產業化已經步入正軌。原來由于生產成本居高不下,氣凝膠被大量應用的領域為:航空航天、石油化工、軍工這些對價格不敏感的行業。但是隨著資本的追逐,氣凝膠投產項目已經在中國遍地開花,如表3所示。

表3 氣凝膠行業企業投資一覽

(來源:公開資料整理)

  結語

  從全球的角度看,經過80多年的發展,氣凝膠材料的生產工藝并不成熟,行業仍然處于成長期。截止目前,氣凝膠已經創下了15項吉尼斯世界紀錄,其熱、力、聲、光、電等方面的優異性能有待進一步產品化提升。

  國內市場一半以上的氣凝膠產品依賴進口,美國航空航天局下屬的阿斯彭氣凝膠公司(Aspen?Aerogels)制造工藝領先,市場占有率高,去年由于國際貿易,它與國內企業納諾科技和廣東埃力生發生了知識產權糾紛。最近幾年氣凝膠的相關標準已經出臺,資本市場熱捧,產業化進程加速,未來高端材料民用化指日可待。

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