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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-01-16 18:59
01、氣凝膠概述
氣凝膠是一種隔熱性能優(yōu)異的固體材料，具有高比表面積，納米級(jí)孔洞，低密度等特殊的微觀結(jié)構(gòu)，基于這些結(jié)構(gòu)在熱學(xué)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。它的導(dǎo)熱率為0.012mw/mk、密度為0.16mg/cm3、比表面積在 400~1000m2/g、孔隙率為 90~99.8%， 它化學(xué)性能穩(wěn)定，內(nèi)部體積99%由氣體組成，是目前已知密度最小的固體。
1.1. 氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化日趨成熟
氣凝膠從發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)經(jīng)歷過三次產(chǎn)業(yè)化，目前正處在第四次產(chǎn)業(yè)化浪潮的快速發(fā)展中。氣凝膠誕生于1931年，由 Steven.S.Kistler 在Nature雜志上發(fā)表《共聚擴(kuò)散氣凝膠與果凍》標(biāo)志著氣凝膠的發(fā)現(xiàn)。也正是 Kistler首次通過乙醇超臨界干燥技術(shù)， 制備出世界上第一塊氣凝膠——SiO2氣凝膠。
第一次產(chǎn)業(yè)化發(fā)生在 20 世紀(jì) 40 年代早期，但是由于高昂的成本，第一次產(chǎn)業(yè)化最終失敗。美國(guó)孟山都公司（MonsantoCorp.)與 Kistler 合作生產(chǎn)名為 Santocel的氣凝膠粉體，用來作化妝品、硅橡膠添加劑、凝固汽油增稠劑等。但因?yàn)楦甙旱闹圃斐?本及應(yīng)用開發(fā)的滯后，孟山都公司于20世紀(jì)70年代終止了氣凝膠項(xiàng)目。
第二次產(chǎn)業(yè)化浪潮中，出現(xiàn)了不同技術(shù)方向的典型代表。（1）1984年，瑞典Airglass公司使用甲醇超臨界技術(shù)，該材料用于切倫科夫探測(cè)器；（2）1989 年，美國(guó) Thermalux 公司使用CO?超臨界技術(shù)，由于經(jīng)營(yíng)不善，項(xiàng)目終止；（3）1992年，德國(guó)Hoechst公司以常壓干燥技術(shù)生產(chǎn)氣凝膠粉體，推動(dòng)其在隔熱涂料、消光劑等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用；（4）2003年，同濟(jì)大學(xué)開始發(fā)表常壓干燥的研究論文，中國(guó)技術(shù)工作者在常壓干燥領(lǐng)域的投入逐步增多。
第三次產(chǎn)業(yè)化發(fā)生在21世紀(jì)初，在這次產(chǎn)業(yè)化中誕生了著名的Aspen Aerogel和Cabot公司。1999年美國(guó)Aspen Systems公司承接美國(guó)宇航局的課題，成功制備出纖維復(fù)合的氣凝膠超級(jí)絕熱材料。2001年正式成立了Aspen Aerogel公司進(jìn)行氣凝膠的商業(yè)化運(yùn)作，開始將氣凝膠絕熱氈推廣應(yīng)用至航天軍工、以及石化領(lǐng)域。由此開啟了氣凝膠材料第三次產(chǎn)業(yè)化浪潮，氣凝膠終于找到了一個(gè)好的商業(yè)化產(chǎn)品模型。2003年全球領(lǐng)先的特種化學(xué)品和高性能材料公司Cabot通過兼并德國(guó) Hoechst， 掌握了常壓干燥制備SiO2氣凝膠材料的生產(chǎn)技術(shù)，成立了氣凝膠專業(yè)公司，主要產(chǎn)品為氣凝膠粉體顆粒，作為涂料添加劑或采光玻璃中的填充層應(yīng)用。2004年國(guó)內(nèi)開始出現(xiàn)從事氣凝膠材料產(chǎn)業(yè)化研究的企業(yè)。
第四次產(chǎn)業(yè)化主要發(fā)生在國(guó)內(nèi)，隨著氣凝膠工藝成本的降低和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一些新興應(yīng)用不斷開發(fā)出來，氣凝膠市場(chǎng)日益成熟。2010年開始，國(guó)內(nèi)首批氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)成功開拓了工業(yè)設(shè)備管道節(jié)能、新能源汽車安全防護(hù)、軌交車廂及船體防火隔熱保溫的應(yīng)用市場(chǎng)。2017年，我國(guó)發(fā)布了《納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制 品》（GB/T34336-2017）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同年，氣凝膠被列入國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄。2019年，我國(guó)氣凝膠產(chǎn)量 7.82萬立方米，2019年我國(guó)氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模約為11.23億元。
1.2. 國(guó)內(nèi)氣凝膠產(chǎn)業(yè)逆境崛起
氣凝膠產(chǎn)業(yè)逆境崛起，國(guó)內(nèi)不斷重視并快速發(fā)展。2016年，美國(guó)阿斯彭氣凝膠股份有限公司（Aspen Aerogels）向美國(guó)國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）提起了 337調(diào)查申請(qǐng)， 稱來自中國(guó)的兩家企業(yè)的產(chǎn)品侵犯其復(fù)合氣凝膠隔熱材料和制造方法相關(guān)的專利權(quán)，請(qǐng)求ITC發(fā)布一般排除令（或有限排除令）和禁止令。2018 年，ITC對(duì)氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制造工藝做出337調(diào)查部分終裁：裁定兩家中國(guó)公司存在侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為。此次調(diào)查事件引起了國(guó)內(nèi)氣凝膠行業(yè)及科研人員對(duì)氣凝膠專利產(chǎn)權(quán)的高度重視。
2010年之后專利和申請(qǐng)人數(shù)量增長(zhǎng)迅速。從專利檢索數(shù)據(jù)來看，氣凝膠專利申請(qǐng)中年度新增的申請(qǐng)人數(shù)量逐年快速增加，每年有大量新增申請(qǐng)人涌入氣凝膠領(lǐng)域。從國(guó)內(nèi)氣凝膠專利申請(qǐng)人排名來看，排名前二十位的，三分之二為高校和科研院所， 企業(yè)申請(qǐng)人相對(duì)較少，且平均專利申請(qǐng)數(shù)量不到50，授權(quán)發(fā)明量更少。從發(fā)明專利的技術(shù)方向來看，目前主要集中在氣凝膠制備工藝及設(shè)備上，這也是氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的需要重點(diǎn)突破的方向。從國(guó)內(nèi)氣凝膠專利申請(qǐng)情況來看，氣凝膠產(chǎn)業(yè)目前處于產(chǎn)業(yè)化初期，已經(jīng)有大批企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)涌入這一領(lǐng)域。
政策支持逐步明確，氣凝膠推手頻出。國(guó)際頂級(jí)權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》雜志在第250期將氣凝膠被列為十大熱門科學(xué)技術(shù)之一，稱之為可以改變世界的多功能新材料。2014年和2015年，發(fā)改委連續(xù)兩年將氣凝膠材料列為《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》，開始了對(duì)氣凝膠材料的初步推廣應(yīng)用。2018年6月氣凝膠被列入建材新興產(chǎn)業(yè)，同年9月發(fā)布第一個(gè)氣凝膠材料方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2019年12月國(guó)家發(fā)改 委發(fā)布文件鼓勵(lì)氣凝膠節(jié)能材料，2020年11月，《氣凝膠保溫隔熱涂料系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》啟用，有利于規(guī)范氣凝膠保溫隔熱涂料在建筑工程中的應(yīng)用，為建筑領(lǐng)域新建、 擴(kuò)建和既有建筑改造工程中氣凝膠應(yīng)用的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收提供了技術(shù)保證。
據(jù)中國(guó)石油管道科技研究中心評(píng)估，以350℃蒸汽管道的保溫應(yīng)用為例，相比于傳統(tǒng)保溫材料，氣凝膠的保溫厚度減少2/3，節(jié)約能耗40%以上，每公里管道每年可減少二氧化碳排放125噸。
隨著氣凝膠行業(yè)進(jìn)入企業(yè)不斷增多，產(chǎn)品應(yīng)用不斷擴(kuò)寬，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)研發(fā)速度加快，產(chǎn)品價(jià)格顯著降低，行業(yè)領(lǐng)先的公司進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，目前國(guó)內(nèi)尚沒有一家企業(yè)形成穩(wěn)固的龍頭地位，掌握低成本核心技術(shù)和一定市場(chǎng)資源的企業(yè)將獲得巨大發(fā)展空間，整個(gè)行業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展的窗口期。
1.3. 氣凝膠的種類
氣凝膠可分為無機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、混合氣凝膠和復(fù)合氣凝膠。常見的氣凝膠主要是硅氣凝膠、碳?xì)饽z和二氧化硅氣凝膠，新進(jìn)發(fā)展的氣凝膠主要是氧化石墨烯氣凝膠、富勒烯氣凝膠和纖維/二氧化硅氣凝膠。
目前市場(chǎng)上常見的以及研究較多的可分為氧化物氣凝膠材料、炭氣凝膠材料（耐高溫性可達(dá)3000℃）和碳化物氣凝膠材料。
1.3.1. 氧化物氣凝膠材料
氧化物氣凝膠材料在高溫區(qū)（＞1000℃）容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變及顆粒的燒結(jié)，其耐溫性相對(duì)較差，但是其在中高溫區(qū)（＜1000℃）具備較低的熱導(dǎo)率。氧化物氣凝膠材料主要有 SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CuO等。
1）SiO2氣凝膠材料
SiO2氣凝膠是目前隔熱領(lǐng)域研究最多也是較為成熟的一種耐高溫氣凝膠，其孔隙率高達(dá)80%~99.8%，孔洞的典型尺寸為1~100nm，比表面積為 200~1000m2/g，而密度可低達(dá)3kg/m3，室溫?zé)釋?dǎo)率可低達(dá)12mW/（m·K）。SiO2氣凝膠材料通常是將與 紅外遮光劑以及增強(qiáng)體進(jìn)行復(fù)合，以提高SiO2氣凝膠的隔熱和力學(xué)性能，使其既具有實(shí)用價(jià)值的納米孔超級(jí)絕熱材料，同時(shí)還兼有良好的隔熱和力學(xué)性能，主要應(yīng)用于航空航天、軍事、電子、建筑、家電和工業(yè)管道等領(lǐng)域的保溫隔熱。常用的紅外遮光劑有碳化硅、TiO2（金紅石型和銳鈦型）、炭黑、六鈦酸鉀等；常用的增強(qiáng)材料有陶瓷纖維、無堿超細(xì)玻璃纖維、多晶莫來石纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋯纖維等。
2）ZrO2氣凝膠材料
與SiO2氣凝膠材料相比，ZrO2氣凝膠的高溫?zé)釋?dǎo)率更低，更適宜于高溫段的隔熱應(yīng)用，在作為高溫隔熱保溫材料方面具有極大的應(yīng)用潛力。ZrO2氣凝膠材料的孔徑小于空氣分子的平均自由程，在氣凝膠中沒有空氣對(duì)流，孔隙率極高，固體所占的體積比很低，使氣凝膠的熱導(dǎo)率很低。目前關(guān)于ZrO2氣凝膠應(yīng)用于隔熱領(lǐng)域的報(bào)道還比較少，研究者主要致力于ZrO2氣凝膠制備工藝的研究。
3）Al2O3氣凝膠材料
氧化鋁氣凝膠材料具有納米多孔結(jié)構(gòu)、使其具有更輕質(zhì)量、更小體積達(dá)到等效的隔熱效果，同時(shí)具有高孔隙率、高比表面積和開放的織態(tài)結(jié)構(gòu)，在催化劑和催化載體方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。氧化鋁氣凝膠還可用作高壓絕緣材料，高速或超速集成 電路的襯底材料，真空電極的隔離介質(zhì)以及超級(jí)電容器。
1.3.2. 炭氣凝膠與碳化物凝膠材料
炭氣凝膠最大的特點(diǎn)就是其在惰性及真空氛圍下高達(dá)2000℃的耐溫性，石墨化后耐溫性能甚至能達(dá)到3000℃，而且炭氣凝膠中的炭納米顆粒本身就具備對(duì)紅外輻射極好的吸收性能，從而產(chǎn)生類似于紅外遮光劑的效果，因此其高溫?zé)釋?dǎo)率較低。但是在有氧條件下，炭氣凝膠在 350℃以上便發(fā)生氧化，這使得其在高溫隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用受到了極大地限制。隨著 SiC、MoSi2、HfSi2、TaSi2等高抗氧化性涂層的發(fā)展， 在炭氣凝膠材料表面涂覆致密的抗氧化性涂層，阻止氧氣的進(jìn)一步擴(kuò)散，將使該材料具備極大的應(yīng)用前景。
碳化物材料具備極好的抗氧化性能，但是其本身熱導(dǎo)率較高，將其制成含有三維立體網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的氣凝膠，可以極大地降低材料的熱導(dǎo)率，進(jìn)一步提高材料的隔熱性能。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于碳化物氣凝膠的研究還相對(duì)較少，特別是對(duì)于成形性良好的塊狀碳化物氣凝膠的研究尚處于初始階段，對(duì)于其作為高效隔熱材料的研究也較為匱乏，僅限于對(duì)該材料的制備與表征。
1.4. SiO2氣凝膠的制備
由于 SiO2氣凝膠是目前產(chǎn)業(yè)化最成熟的產(chǎn)品，該類氣凝膠的制備包括兩種方法：干燥法和溶膠-凝膠法。目前產(chǎn)業(yè)化中主要使用的技術(shù)是干燥技術(shù)。
1.4.1. 干燥技術(shù)
目前產(chǎn)業(yè)化中主要使用的技術(shù)是超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)，其他尚未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)技術(shù)還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。
超臨界干燥技術(shù)是最早實(shí)現(xiàn)批量制備氣凝膠技術(shù)，已經(jīng)較為成熟，也是目前國(guó)內(nèi)外氣凝膠企業(yè)采用較多的技術(shù)。超臨界干燥可以實(shí)現(xiàn)凝膠在干燥過程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。
常壓干燥技術(shù)一種新型的氣凝膠制備工藝，是當(dāng)前研究最活躍，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臍饽z批產(chǎn)技術(shù)。其原理是采用疏水基團(tuán)對(duì)凝膠骨架進(jìn)行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結(jié)合并提高彈性，同時(shí)采用低表面張力液體臵換凝膠原來高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料。
相比超臨界干燥技術(shù)，常壓干燥技術(shù)在設(shè)備投入、硅源上均具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)， 在技術(shù)上存在一定的門檻，適合于后期氣凝膠的大規(guī)模量產(chǎn)。
1.4.2. 溶膠-凝膠法
通過硅源物質(zhì)的水解和縮聚獲得具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的SiO2凝膠，反應(yīng)生成以 ≡Si-O-Si≡為主體的聚合物，再經(jīng)過老化階段后，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。在凝膠形成的過程中，部分水解的有機(jī)硅發(fā)生縮聚反應(yīng)，縮聚的硅氧鏈上未水解的基團(tuán)可繼續(xù)水解。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的酸堿度，控制水解-縮聚過程中水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的相對(duì)速率，可得到凝膠結(jié)構(gòu)。在酸性條件下（pH=2.0~5.0），水解速率較快，有利于成核反應(yīng)形成較多的核；在堿性條件下，有利于核的長(zhǎng)大及交聯(lián)，易形成致密的膠體顆粒。強(qiáng)堿性或高溫條件下SiO2的溶解度增大，使最終凝膠結(jié)構(gòu)形成膠粒聚集體。
1.4.3. 氣凝膠改性賦予其更強(qiáng)性能
氣凝膠材料本身具有強(qiáng)度低、脆性高的缺點(diǎn)，為了克服這一缺點(diǎn)，需要對(duì)氣凝膠材料進(jìn)行改性，這是目前最重要的工藝，通過改性可賦予氣凝膠材料不同性能。目前氣凝膠材料改性最常用的方法就是摻雜，即加入摻雜劑或者增強(qiáng)／增韌材料，制備復(fù)合氣凝膠材料。
復(fù)合氣凝膠材料的制備方法通常有兩種：一種是在凝膠過程前加入摻雜材料；另一種是先制備氣凝膠顆?；蛘叻勰偌尤霌诫s材料和黏結(jié)劑，經(jīng)模壓或注塑成型制成二次成型的復(fù)合體。常用的摻雜材料有玻璃纖維、莫來石纖維、巖棉、硅酸鋁纖維等。摻雜材料種類的選擇主要依氣凝膠復(fù)合材料的應(yīng)用目的而定。
氣凝膠可與玻璃纖維、陶瓷纖維或者碳纖維進(jìn)行復(fù)合，提高體系的結(jié)合力，使表面不易脆裂粉化。常見的產(chǎn)品如氣凝膠玻璃纖維氈、氣凝膠陶瓷纖維氈、預(yù)氧化纖維等，該類產(chǎn)品主要應(yīng)用于管道爐體等保溫隔熱，可取代聚氨酯泡沫、石棉保溫墊、 硅酸鹽纖維等不環(huán)保、保溫性能差的傳統(tǒng)柔性保溫材料。
在氣凝膠基體材料表面與更高強(qiáng)度與韌性的材料進(jìn)行復(fù)合，可提高整個(gè)材料體系的強(qiáng)度，拓寬更多的應(yīng)用領(lǐng)域。純纖維氈雖然有隔熱效果，但是表面纖維容易斷裂粉化，造成浮纖或粉末污染，不適合長(zhǎng)時(shí)間在高溫、壓縮和振動(dòng)條件下使用。為解決該問題，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新的氣凝膠材料復(fù)合辦法。在氣凝膠復(fù)合層的外部覆蓋一層更高強(qiáng)度、高韌性的材料如膨體聚四氟乙烯和阻燃 PET纖維的復(fù)合層，這類材料能夠應(yīng)用在汽車隔熱等特殊領(lǐng)域。
氣凝膠材料也可用作涂覆材料，在基體表面添加隔熱保護(hù)。將氣凝膠顆粒以及粘合劑、阻燃劑、發(fā)泡劑進(jìn)行混合制備出氣凝膠粘合劑組合物，并在氣凝膠涂料表面再 涂覆熱反射層面，可大幅提升原材料的耐熱性能。
氣凝膠材料也可與阻燃劑協(xié)同使用，獲得更好的阻燃性的同時(shí)也能夠提高材料的強(qiáng)度和韌性。有一種 Sb2O3-SiO2復(fù)合氣凝膠無機(jī)阻燃劑，具有較大的比表面積，其與塑料，橡膠等高分子聚合物基體產(chǎn)生了牢固的界面粘合力，提高了復(fù)合氣凝膠阻燃劑在聚合物熔體中的分散性、流動(dòng)性，提高了阻燃效果，減少了因添加無機(jī)類阻燃劑給聚合物基體造成的力學(xué)性能的損失。
氣凝膠材料也可與紡織纖維如無紡布、聚酯短纖、尼龍等制作成衣服面料，該面料可用于羽絨服、棉襖、戶外用品、防火服、宇航服及特種作業(yè)服等領(lǐng)域。該材料擁有良好的保溫性、隔熱性、耐磨性、防水性、防風(fēng)型，導(dǎo)熱系數(shù)低于 0.05W/(m·K)， 比羽絨羊毛導(dǎo)熱系數(shù)還低。
02、氣凝膠應(yīng)用廣泛
氣凝膠材料由于其優(yōu)異的保溫隔熱性能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要分布在能源設(shè)備、交 通、建筑材料、服裝等領(lǐng)域，潛在規(guī)模巨大，我們判斷全球市場(chǎng)空間在百億美元以上。
整體處于生命周期的成長(zhǎng)期，多領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。據(jù) IDTechEX Research 提及，由于氣凝膠技術(shù)近年來才逐漸進(jìn)步，目前大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域仍處于氣凝膠推廣的早期及成 長(zhǎng)期，區(qū)域能源、建筑建造、服裝、日化、LNG管道等領(lǐng)域發(fā)展較快。目前應(yīng)用相對(duì)成熟的領(lǐng)域主要是油氣管道（LNG管道除外）、煉化項(xiàng)目、工業(yè)隔熱等。
建筑建造、交通領(lǐng)域?qū)?huì)獲得更快增長(zhǎng)。2019年氣凝膠下游大部分應(yīng)用集中于油氣 項(xiàng)目（56%）、工業(yè)隔熱（26%），該兩部分市場(chǎng)占比 82%，建筑建造占比6%，交通項(xiàng)目占比3%。而 IDTechEX Research 分析，2024年建筑建造領(lǐng)域的占比將會(huì)提升，應(yīng)用占比預(yù)計(jì)較原來提升一倍，占比接近12%，到 2029年，建筑建造占比將會(huì)達(dá) 到接近18%，交通領(lǐng)域也會(huì)提升至 5%，而傳統(tǒng)油氣領(lǐng)域占比將降低到41%，建筑 建造以及新興領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹饕M(fèi)驅(qū)動(dòng)。
2.1. 能化領(lǐng)域是目前最大下游，保溫防水應(yīng)用成熟
氣凝膠材料在能化領(lǐng)域主要應(yīng)用在能源基礎(chǔ)設(shè)施的外保溫材料，包含蒸餾塔、反應(yīng)管道、儲(chǔ)罐、泵、閥門的保溫材料，天然氣和 LNG液化氣管道的保溫材料，深海管道保溫材料，發(fā)電廠設(shè)備保溫材料等。
氣凝膠的疏水性可以使管道的保溫層防水，并防止溫差引起的凝結(jié)反應(yīng)，當(dāng)氣凝膠具有相同的保溫效果時(shí)，氣凝膠保溫層所需的厚度或間距較小，綜合成本顯著降低。 管道保溫應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，既有室內(nèi)保溫，也有室外保溫，還有直埋管道保溫。與室內(nèi)外管道保溫相比，氣凝膠氈作為保溫材料在直埋管道保溫中的應(yīng)用凸顯了氣凝膠的突出特點(diǎn)，既可以減少保溫層的厚度，又減少土方工程量和工期。這兩項(xiàng)的成本下降可以完全抵消選擇氣凝膠作為保溫材料的成本。
與傳統(tǒng)保溫材料復(fù)合，有望達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性。氣凝膠主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦魺岜兀鳛樯形创笠?guī)模普及的新型材料，氣凝膠保溫材料的劣勢(shì)在于價(jià)格較高，初始投資較大。但由于其優(yōu)異的耐老化性、尺寸穩(wěn)定性、疏水性、隔熱性能及易于施工的優(yōu) 勢(shì)，其在投入使用一定的時(shí)間后，就會(huì)體現(xiàn)出綜合優(yōu)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)石油管道科技研究中心研究，將三種保溫方案對(duì)蒸汽管道以及地上管道上氣凝膠材料與傳統(tǒng)保溫材料的保溫性能、初始投資費(fèi)用、以及運(yùn)行維護(hù)成本進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在管道上使用氣凝膠材料較傳統(tǒng)保溫材料具有較大綜合優(yōu)勢(shì)。使用氣凝膠材料所節(jié)約的能源和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（主要指更換傳統(tǒng)保溫層的材料和人工費(fèi)用)，可在2～4年內(nèi)超過初期多花費(fèi)的投資。在隨后的利用過程中，可持續(xù)因能源節(jié)約和減少保溫層更換次數(shù)為 管道運(yùn)營(yíng)商節(jié)省開支。此外，當(dāng)管道內(nèi)外溫差較大、年加熱時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)、加熱燃料或電能漲價(jià)時(shí)，復(fù)合使用氣凝膠材料和傳統(tǒng)保溫材料的效果更好。
氣凝膠材料方便施工，提高施工效率30%以上。將氣凝膠氈切割成一定尺寸后，會(huì)產(chǎn)生一定程度的弧度，可直接放臵在管道上安裝固定。氣凝膠氈輕巧、硬度一定、 柔韌性強(qiáng)、不易破碎、切割非常方便。與傳統(tǒng)保溫材料相比，施工效率提高30%以上，也避免了傳統(tǒng)保溫材料后期使用不便維護(hù)的擔(dān)憂。
雖然氣凝膠保溫的初期投資較傳統(tǒng)材料偏高，但其諸多的優(yōu)良性能、持久的節(jié)能收益、顯著的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，使之成為一種綜合性價(jià)比較高的節(jié)能產(chǎn)品。高溫蒸汽、 導(dǎo)熱油以及工藝流體介質(zhì)管線是熱電、煉油、化工等領(lǐng)域至關(guān)重要的設(shè)備，管道常 年暴露于空氣中，其熱損失占整個(gè)廠區(qū)自然熱損失的絕大部分，且所輸送介質(zhì)能量 保持率直接關(guān)系到產(chǎn)品的保質(zhì)保量水平，所以選用優(yōu)良的保溫材料至關(guān)重要。目前全球大型石化企業(yè)如?？松梨?、殼牌、雪佛龍、中石油、華昌化工等公司煉廠均大量采用氣凝膠材料作為保溫材料。
國(guó)內(nèi)大煉化產(chǎn)業(yè)快速崛起，氣凝膠應(yīng)用場(chǎng)景放大。據(jù)資料顯示，2019年我國(guó)煉油能力已超過8.5億噸，2020~2023年，我國(guó)將新增煉油能力1.65億噸，增長(zhǎng)19.4%，全球2020~2025年將會(huì)新增煉能約2.67億噸，中國(guó)以及全球煉能的擴(kuò)張將為氣凝膠復(fù)材帶來一定的增長(zhǎng)空間。
能化領(lǐng)域是目前氣凝膠材料主要的應(yīng)用市場(chǎng)，根據(jù) Aspen Aerogel 19年年報(bào)預(yù)測(cè)， 能化領(lǐng)域的全球市場(chǎng)空間約31億美元。
2.2. 新能源將成為交通領(lǐng)域主要增長(zhǎng)引擎
氣凝膠材料不但能夠解決目前三元電池體系及其它電池體系的安全問題，也能夠發(fā)揮阻燃性能應(yīng)用于汽車內(nèi)飾材料中。
2.2.1. 動(dòng)力電池應(yīng)用呼之欲出，有望解決安全痛點(diǎn)
氣凝膠高溫耐受能力解決三元電池安全痛點(diǎn)。當(dāng)車載電池長(zhǎng)時(shí)間輸出電能后，電池內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)會(huì)使得電池體明顯發(fā)熱，存在燃燒、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的芯模組都是采用塑料隔板將電池相互隔開，并沒有實(shí)際用處，這樣不僅重量大還無法起到保護(hù)作用，且容易造成電池溫度過高導(dǎo)致隔板溶解、著火等問題?，F(xiàn)有的采用的防護(hù)氈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易變形，使其不能很好地與電池組全面接觸，且在電池發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)其并不能起到很好的隔熱效果，而氣凝膠復(fù)合材料的出現(xiàn)有望解決這一痛點(diǎn)。
三元電池對(duì)安全性要求更高。其優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)能密度和抗低溫兩個(gè)方面：1）儲(chǔ)能密度，三元鋰電池能量密度在 170~200Wh/kg，后期能量密度還會(huì)進(jìn)一步提升，而磷酸 鐵鋰電池能量密度為 140~160Wh/kg；2）低溫使用性能，三元鋰電池低溫使用下限值為-30℃，磷酸鐵鋰電池低溫下限值為-20℃，在相同低溫條件下，三元鋰電池冬季衰減不到15%，磷酸鐵鋰電池衰減高達(dá)30%以上。但由于三元電池能量密度更高，電池的穩(wěn)定性和安全性相對(duì)較差，在使用時(shí)更依賴高性能的阻燃材料來增強(qiáng)三元電池體系的安全性能。
動(dòng)力電池發(fā)展迅猛，三元電池占主要份額。數(shù)據(jù)顯示，2020年1~7月，我國(guó)動(dòng)力電池裝車量累計(jì)22.5GWh。其中三元電池裝車量累計(jì)15.9GWh，占總裝車量70.6%；磷酸鐵鋰電池裝車量累計(jì)6.5GWh，占總裝車量28.8%，預(yù)計(jì) 2025年全球三元正極出貨量達(dá)到150萬噸。
氣凝膠復(fù)合材料作為阻燃材料，相比于傳統(tǒng)阻燃材料具有質(zhì)輕、阻燃性能優(yōu)異、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前新能源汽車蓄電池芯模組采用隔熱阻燃材料主要有兩種：1） 塑料類 PP、ABS、PVC 等，其中以ABS工程塑料為主，通常將阻燃劑添加進(jìn)PP、 ABS等塑料制成阻燃塑料；2）玻璃纖維、陶瓷纖維棉等防火類材料制成的防火氈。氣凝膠作為一種新興材料，具有優(yōu)良的絕熱阻燃性能，將氣凝膠與工程材料復(fù)合而成的氣凝膠復(fù)合材料具有極為優(yōu)異的阻燃性能。泛亞微透開發(fā)的SiO2氣凝膠玻纖氈復(fù)合材料，該類材料在常溫25℃環(huán)境下，導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.017W/(m·k)以下，在600℃高溫環(huán)境下，導(dǎo)熱系數(shù)介于 0.047~0.066W/(m·k)之間，它能夠?qū)㈦姵匕邷啬褪苣芰μ岣咧?00℃以上。
該類氣凝膠復(fù)合材料可以耐受住電池包短路造成的高溫能量瞬間沖擊，更好地解決動(dòng)力電池安全問題。根據(jù)《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》要求，可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)（或安 裝艙體）與客艙之間應(yīng)使用阻燃隔熱材料隔離，該材料的燃燒性能應(yīng)符合 GB8624-2012 中規(guī)定的A級(jí)不燃要求，并且在300℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于等于0.04W/(m·k)。專利CN210136903U中公布了一種用于新能源車電池中的二氧化硅氣凝膠氈制品。其二氧化硅氣凝膠氈層的各個(gè)表面均由高硅氧玻璃纖維布層包覆連接，包覆開口處通過高硅氧線連接。該材料達(dá)到了新能源汽車要求的UL94的V0級(jí)不燃的性能指標(biāo)，在400℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)小于等于0.04W/（m•k），在800℃高溫下能夠長(zhǎng)期工作，滿足了鋰離子動(dòng)力電池芯在發(fā)生撞擊短路或過沖電發(fā)熱自燃的條件下，隔離耐受故障電池芯瞬間釋放的高溫能量，使得電池芯自燃起火不再擴(kuò)大延展。
預(yù)計(jì)2025年氣凝膠復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)的潛在規(guī)模約6.28億美元。根據(jù)Aspen Aerogel 19年年報(bào)，氣凝膠材料近年平均價(jià)格約為30美元/平方米，每輛新能源汽車約需要2~5平方米的氣凝膠復(fù)合材料，則每輛新能源汽車平均需要價(jià)值105美元的氣凝膠復(fù)合材料。根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021~2035 年）》中要求，2025年時(shí)，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右，工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌表示，按照規(guī)劃每年的年復(fù)合增長(zhǎng)率必須達(dá)到30%以上。
預(yù)計(jì)2025年氣凝膠復(fù)合材料在全球新能源汽車市場(chǎng)的潛在規(guī)模約15.75億美元， 2030年達(dá)到31.50億美元。新能源汽車也是全球主流發(fā)展方向，根據(jù)主流車企的規(guī)劃目標(biāo)，對(duì)應(yīng)全球銷量在2025年將接近1500萬輛，在2030年將達(dá)到3000萬輛。
2.2.2. 汽車傳統(tǒng)應(yīng)用亦存在優(yōu)化空間
氣凝膠阻燃復(fù)材不僅有更好的阻燃性能和疏水性能，還可以增強(qiáng)材料基體的強(qiáng)度使其韌性得以提高。二氧化硅氣凝膠經(jīng)過特定改性后可具有較大的比表面積，其與塑料、橡膠等高分子聚合物基體產(chǎn)生了牢固的界面粘合力，提高了復(fù)合氣凝膠阻燃劑 在聚合物熔體中的分散性、流動(dòng)性、提高了阻燃效果，其中改性后的橡膠熱穩(wěn)定性、 熱分解溫度均有不同程度提高。
氣凝膠材料可添加阻燃劑協(xié)同使用，共同制備出性能更加優(yōu)越的阻燃材料，潛在市場(chǎng)空間也較大。氣凝膠阻燃材料也可廣泛的應(yīng)用于不同場(chǎng)景，如汽車的不同部位， 如座椅阻燃內(nèi)襯以及車身阻燃內(nèi)襯，可對(duì)傳統(tǒng)隔熱阻燃材料進(jìn)行替代。其阻燃性可遏制火勢(shì)蔓延，低煙密度特性會(huì)降低火災(zāi)的殺傷力，大幅降低火災(zāi)隱患，保護(hù)乘客安全。
2.3. 建筑建材賽道大，有望成氣凝膠滲透最快領(lǐng)域
氣凝膠在建材領(lǐng)域主要應(yīng)用于墻體保溫材料、保溫涂料以及節(jié)能玻璃中，面向新建建筑和既有建筑節(jié)能改造兩大場(chǎng)景。我國(guó)日漸完善的建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)和逐步建立的建 筑節(jié)能運(yùn)行監(jiān)管體系將推動(dòng)建筑墻體保溫材料行業(yè)快速發(fā)展；近年房地產(chǎn)市場(chǎng)向著 高質(zhì)量邁進(jìn)，開發(fā)投資增速連年保持在10%左右，將帶動(dòng)保溫建材市場(chǎng)快速發(fā)展。我們對(duì)市場(chǎng)空間進(jìn)行中期估算，未來十年我國(guó)氣凝膠用在建筑建材的潛在市場(chǎng)規(guī)模約29億美元，其中墻體保溫材料為主要部分，約20億美元。
2.3.1. 內(nèi)外墻滲透率將顯著提升
根據(jù)使用位臵的不同，建筑的墻體保溫材料一般可以分為外墻保溫材料和內(nèi)墻保溫材料，氣凝膠的應(yīng)用可以大大提升墻體的保溫和阻燃性能，并且能夠降低環(huán)境影響。
預(yù)計(jì)到2030年，用于外墻保溫的氣凝膠材料國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模為11億美元；用于內(nèi)墻保溫的氣凝膠材料國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模為9億美元，合計(jì)20億美元。
氣凝膠外墻保溫材料適用于有輕量化、綠色化需求的高端建筑以及有嚴(yán)苛保溫要求的特種建筑，應(yīng)用前景樂觀，測(cè)算潛在市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到11億美元。外墻保溫材料按照可燃程度分為 A、B1、B2 和 B3共四個(gè)等級(jí)，目前在建筑上常用的是B1和B2等級(jí)的產(chǎn)品，主要有聚苯板、聚氨酯等。聚苯板價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛，但是受熱容 易變形；聚氨酯性能更加理想，是歐美國(guó)家主流的外墻保溫材料，但其在中國(guó)市場(chǎng) 滲透率不足10%。我國(guó)目前擁有世界上最大的建筑市場(chǎng)，2019年房屋竣工面積為9.6億平方米。外墻面積一般按照建筑面積0.7倍計(jì)算，2019年新增外墻面積為6.72億平方米。假設(shè)未來十年我國(guó)房屋竣工面積的復(fù)合增長(zhǎng)率按照市場(chǎng)上的中性假設(shè)為 3%，氣凝膠材料能夠搶占部分高端市場(chǎng)，參考目前聚氨酯材料在中國(guó)建筑保溫市場(chǎng)10%的滲透率。那么至2030年，新增外墻面積達(dá)9.3億平米，假設(shè)按照10%的滲透 率計(jì)算，氣凝膠材料在外墻中的應(yīng)用量達(dá)9302萬平方米?，F(xiàn)有的技術(shù)專利顯示， 大多數(shù)氣凝膠材料是以單層毛氈的形式應(yīng)用于墻體材料中，按照10mm氣凝膠氈80元/平方米測(cè)算，氣凝膠外墻保溫材料的潛在市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)11億美元。
氣凝膠憑借其阻熱能力強(qiáng)、輕質(zhì)、無毒、易降解等優(yōu)勢(shì)，成為一種理想的內(nèi)墻保溫材料，測(cè)算潛在市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到9億美元。由于氣候和生活習(xí)慣差異，我國(guó)南、北方對(duì)內(nèi)墻保溫材料的偏好呈現(xiàn)明顯的不同，內(nèi)墻保溫材料在北方更加受到青睞，目前 常用的內(nèi)墻保溫材料主要有聚氨酯發(fā)泡材料和保溫板材，其中以后者為主。2019年房屋竣工面積為9.6億平方米，內(nèi)墻面積通常按照建筑面積 2.7倍計(jì)算，2019年新增內(nèi)墻面積為25.92億平方米。內(nèi)墻保溫材料的需求主要存在于我國(guó)長(zhǎng)江以北的地 區(qū)，則存在內(nèi)墻保溫材料需求的面積約占全國(guó)新增內(nèi)墻面積 55%。據(jù)《新型墻材推 廣應(yīng)用行動(dòng)方案》要求，新建建筑中新型保溫墻材應(yīng)用比例需要達(dá)到 90%，則新增保溫內(nèi)墻面積約為12.83億平方米。假設(shè)未來十年我國(guó)房屋竣工面積的復(fù)合增長(zhǎng)率 為3%，假設(shè)氣凝膠內(nèi)墻應(yīng)用滲透率達(dá)到 2%，那么至2030年，我國(guó)新增內(nèi)墻面積35.88億平方米，氣凝膠內(nèi)墻保溫材料的需求量約為7176萬平方米。按照10mm氣凝膠氈80元/平方米測(cè)算，氣凝膠內(nèi)墻保溫材料的潛在市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)9億美元。
2.3.2. 建筑涂料新市場(chǎng)有望打開
保溫涂料是涂料市場(chǎng)的一個(gè)分支，氣凝膠材料將參與到未來涂料市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中。 2019年全球涂料市場(chǎng)規(guī)模約9195億元，其中建筑涂料占比39%，中國(guó)涂料市場(chǎng)為3000億元，建筑涂料占比29%。
一般而言，涂料根據(jù)化學(xué)屬性可以分為有機(jī)涂料和無機(jī)涂料，其中有機(jī)涂料按用途可以分為建筑涂料、OEM涂料（Original Equipment Manufacture，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)常用的工業(yè)涂料）和特種涂料三大類。
氣凝膠涂料具有防火阻燃、隔音降噪、降低建筑無機(jī)垃圾處理難度，簡(jiǎn)化施工工序等優(yōu)點(diǎn)，后期將廣泛應(yīng)用在涂料市場(chǎng)。氣凝膠涂料是采用特殊工藝將氣凝膠粉體分 散在專用高性能樹脂乳液中，或與無機(jī)粘結(jié)劑體系復(fù)合制備而成的具有保溫隔熱、 隔音降噪、抗震、防火等功能的水性涂料，水性氣凝膠涂料以 SiO? 氣凝膠作為主要功能性填料，以水為溶劑，無機(jī)體系，安全環(huán)保，關(guān)注度較高。
國(guó)內(nèi)用于建筑保溫的氣凝膠涂料潛在市場(chǎng)規(guī)模達(dá)9億美元。從市場(chǎng)需求看，保溫屬 性可以使普通建筑涂料廣受歡迎。2019年中國(guó)建筑涂料產(chǎn)量為694萬噸，同比增長(zhǎng)7%。2019年我國(guó)建筑涂料人均產(chǎn)量?jī)H為 5.0 千克/人，顯著低于美國(guó)的7.9千克/人，隨著未來存量需求的不斷釋放，人均產(chǎn)量的提升將帶動(dòng)建筑涂料產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，同時(shí)輕量、環(huán)保且具有保溫特性的氣凝膠涂料也會(huì)受到更多消費(fèi)者的青睞。假設(shè)十 年內(nèi)我國(guó)人均建筑涂料產(chǎn)量達(dá)到7.9千克/人，則 2030年我國(guó)建筑建筑涂料產(chǎn)量為1106萬噸，同時(shí)考慮到客戶對(duì)功能性建筑涂料的青睞，我們假設(shè)未來十年內(nèi)，氣凝膠環(huán)保類保溫涂料的市場(chǎng)滲透率為10%。按照目前幾種氣凝膠涂料專利方法中氣凝膠質(zhì)量組分情況，假設(shè)涂料中添加氣凝膠質(zhì)量占比為12%，則我國(guó)每年有5.3萬噸的氣凝膠涂料需求，按照目前 SiO2氣凝膠涂料的市場(chǎng)價(jià)45元/kg進(jìn)行計(jì)算，則該應(yīng)用領(lǐng)域的潛在市場(chǎng)約9億美元。
2.3.3. 氣凝膠玻璃對(duì)Low-E玻璃形成替代
氣凝膠材料也可制備節(jié)能玻璃，對(duì)傳統(tǒng)的Low-E鍍膜玻璃形成一定替代。通過兩片玻璃，中間夾填氣凝膠，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，具有很好的保溫隔熱、隔音、防火等性能。氣凝膠節(jié)能玻璃可用于節(jié)能要求較高的建筑，同時(shí)可取代高層建筑一般幕墻玻璃，大大減輕建筑物自重，并起防火作用。相對(duì)于其他種類玻璃而言，氣凝膠玻璃能幫助建筑更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能與舒適、環(huán)境方面三者平衡。
2.4. 高科技服裝逐步打開應(yīng)用
氣凝膠材料用來制作戶外防護(hù)用品具有較大優(yōu)勢(shì)，能夠加工出更加輕薄且保溫性能同樣優(yōu)異的衣物。氣凝膠制作的材料熱導(dǎo)率比市面上羽絨服填充物白鴨絨低，是空氣熱導(dǎo)率的一半。將氣凝膠制成成衣，在相同保暖效果下氣凝膠成衣厚度是傳統(tǒng)保暖服裝的1/4。
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用氣凝膠技術(shù)制作成衣的廠商主要有 OROS、SUPILD、龍牙等，OROS是一家于2015年在 Kickstarter網(wǎng)站上通過眾籌活動(dòng)成立的高科技外套生產(chǎn)商，主要 為戶外探險(xiǎn)提供外套和沖鋒衣，其產(chǎn)品采用 SolarCore氣凝膠隔熱材料，這種材料 與美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在最惡劣的環(huán)境中使用的保護(hù)火星探測(cè)器和宇航服 的絕緣材料類似。SUPILD是一家專注于開發(fā)及運(yùn)用紡織新材料的先進(jìn)科技服飾品 牌，分別在美國(guó)硅谷及中國(guó)上海兩地建立了新材料研發(fā)中心和供應(yīng)鏈中心，已經(jīng)獲 得了國(guó)內(nèi)首份正式推向市場(chǎng)的氣凝膠服裝專利，成為中國(guó)氣凝膠服裝的開創(chuàng)者。
氣凝膠應(yīng)用于服裝制品可通過與復(fù)合纖維無紡布協(xié)同成復(fù)合材料，例如P棉 （Primalloft 保溫棉）將氣凝膠融合至復(fù)合纖維內(nèi)部，提高氣凝膠本身的機(jī)械性能， 同時(shí)讓纖維具有更加優(yōu)異的隔熱保溫性能，也可以通過與聚酯纖維完美結(jié)合制備出氣凝膠纖維。根據(jù)相關(guān)專利數(shù)據(jù)，根據(jù)無紡布厚度和克數(shù)不同，通過相關(guān)制備工藝可以制成1~3mm厚，摻雜氣凝膠濃度為200~400g/㎡的二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料。
03、氣凝膠利于國(guó)內(nèi)發(fā)展
與傳統(tǒng)保溫材料相比，氣凝膠優(yōu)勢(shì)明顯，但缺點(diǎn)也仍然突出：生產(chǎn)成本高昂，產(chǎn)品價(jià)格昂貴。氣凝膠的生產(chǎn)成本主要集中在原材料硅源、設(shè)備折舊以及能耗方面。其 中設(shè)備折舊以及能耗成本約占產(chǎn)業(yè)鏈總成本的6成。有效降低成本一方面依賴于制備工藝的突破，一方面通過低成本原材料的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)。
3.1. 常壓工藝逐步成熟
常壓工藝逐步成主流選擇。氣凝膠制備成本占比約產(chǎn)業(yè)鏈總成本的60%，根據(jù)美國(guó) 國(guó)家航空航天局?jǐn)?shù)據(jù)，每磅氣凝膠平均制造成本高達(dá)23000美元。其中干燥工藝是制約制備流程成本的主要因素。
全球常見干燥工藝分為常壓干燥工藝和超臨界干燥工藝。超臨界干燥工藝使用核心設(shè)備為高壓釜，一般工作壓力高達(dá)7~20MPa，屬于特種設(shè)備中的壓力容器，設(shè)備系統(tǒng)較為復(fù)雜，運(yùn)行和維護(hù)成本也較高，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的固定資產(chǎn)投入巨大。氣凝膠未來如果迎接建筑保溫的巨大市場(chǎng)，就需要達(dá)到年產(chǎn)50萬立方米以上，采用超臨界干燥技術(shù)的設(shè)備投入將高達(dá)數(shù)十億，十分不利于氣凝膠企業(yè)的規(guī)模擴(kuò)張。而常壓干燥技術(shù)隨著規(guī)模擴(kuò)大，投入產(chǎn)出比會(huì)進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)以較少投資獲得較大生產(chǎn)規(guī)模，因而更能適應(yīng)未來大規(guī)模生產(chǎn)的需要。此外，受限于硅源，超臨界的原料成本降低空間有限，只能通過優(yōu)化系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率，而常壓干燥對(duì)廉價(jià)硅源有較強(qiáng)接納能力，流程優(yōu)化方面也有較高自由度，因而擁有更大的成本下降空間。
2004 年我國(guó)氣凝膠材料商業(yè)化以來，氣凝膠制備工藝優(yōu)化取得了持續(xù)突破性進(jìn)展。制備成本大幅下降。氣凝膠材料走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了從年產(chǎn)千立方米到萬立方米級(jí)的規(guī)模化生產(chǎn)，而制備工藝也逐步實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，用成本較低的無機(jī)硅源搭配優(yōu)化 的常壓制備工藝取代原有的成本較高、周期較長(zhǎng)的有機(jī)硅源超臨界制備工藝，所生產(chǎn)出的氣凝膠質(zhì)量達(dá)到了超臨界干燥工藝的技術(shù)指標(biāo)，且大大縮短了投資回報(bào)期， 從根本上脫離了由于超臨界干燥所帶來的各種弊端，制造成本降低至超臨界工藝的1/20。我們預(yù)計(jì)未來氣凝膠制備的發(fā)展方向仍為常壓干燥技術(shù)的硅源選擇和流程組合優(yōu)化，制備成本將進(jìn)一步降低至與傳統(tǒng)保溫材料制備相當(dāng)。而超臨界技術(shù)雖然制備成本的下降難度較大，但由于產(chǎn)品純度極高，在軍工、航天等特殊領(lǐng)域市場(chǎng)具有不可替代性，未來將共存于市場(chǎng)。
3.2. 硅源供給得到釋放，緩解成本端壓力
硅源材料根據(jù)干燥方式以及制備方法種類的不同，主要分為無機(jī)硅源，包括四氯化硅和水玻璃，以及有機(jī)硅源，包括正硅酸甲酯（TMOS）和正硅酸乙酯（TEOS）、 烷氧基硅烷等功能性硅烷。現(xiàn)在TMOS價(jià)格500ML在300~400元之間，TEOS價(jià)格500ML在50~100元之間；而水玻璃價(jià)格在500~1000元/噸，四氯化硅價(jià)格在5000~6000元/噸，相比之下有機(jī)硅源的成本要高很多。水玻璃價(jià)格低廉，但是雜質(zhì)較多，去除雜質(zhì)的工藝較為繁瑣，目前主要應(yīng)用于常壓干燥技術(shù)中。
3.2.1. 四氯化硅供給充足，支撐常壓工藝發(fā)展
四氯化硅作為無機(jī)硅源，其兼?zhèn)涞某杀緝?yōu)勢(shì)以及雜質(zhì)去除技術(shù)的突破為循環(huán)利用創(chuàng)造了條件。四氯化硅大部分為多晶硅副產(chǎn)物。我國(guó)從2015年至今，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)打破國(guó)外技術(shù)壁壘，提純技術(shù)已經(jīng)在不斷突破，在金屬離子雜質(zhì)的去除方面已有較好的表現(xiàn)，并且實(shí)現(xiàn)了電子級(jí)四氯化硅的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。通過副產(chǎn)物四氯化硅制備氣凝膠，可以將多晶硅產(chǎn)業(yè)和氣凝膠產(chǎn)業(yè)結(jié)合，形成產(chǎn)業(yè)鏈，變廢為寶。據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)1千克多晶硅將產(chǎn)生10～15千克四氯化硅，隨著多晶硅下游光伏行業(yè)的快速發(fā) 展，2015-2019 年中國(guó)多晶硅年產(chǎn)量從16.5萬噸增長(zhǎng)至34.2萬噸，復(fù)合增速20%。預(yù)計(jì)到2025年我國(guó)多晶硅年產(chǎn)量將達(dá)到102.2 萬噸，副產(chǎn)的四氯化硅就將達(dá)1022萬～1533萬噸。原材料充足以及產(chǎn)業(yè)鏈一體化的形成將有效降低氣凝膠材料成本中樞，在市場(chǎng)上的替代效應(yīng)更為明顯。
3.2.2. 功能性硅烷需求景氣帶動(dòng)供給擴(kuò)張，解決超臨界工藝的硅源問題
有機(jī)硅源純度高，工藝適應(yīng)性好，可同時(shí)滿足超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝的純度要求，目前國(guó)內(nèi)外采用超臨界干燥工藝的企業(yè)基本上都是采用有機(jī)硅源。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Markets and Markets發(fā)布報(bào)告顯示，全球功能性硅烷市場(chǎng)規(guī)模將從2015年的13.3億美元增加至2020年的17億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為 5%。其中亞太地 區(qū)硅烷需求強(qiáng)勁，是推動(dòng)全球硅烷市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素。中國(guó)作為世界主要硅烷消費(fèi)國(guó)，將引領(lǐng)亞太地區(qū)硅烷市場(chǎng)的發(fā)展。此外，巴西和印度等其他新型經(jīng)濟(jì)體硅烷市場(chǎng)也將伴隨本國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而逐步壯大。全球功能性硅烷主要用于橡膠加工、粘合劑、復(fù)合材料等領(lǐng)域。供應(yīng)端，2018年全球功能性硅烷產(chǎn)能約為59.6萬/噸，產(chǎn)量約為41.5萬/噸。中國(guó)是最大的生產(chǎn)大國(guó)，其目前的產(chǎn)能占到了世界產(chǎn)能的68.4%。其次是美國(guó)、日本和德國(guó)，產(chǎn)能分別占比8.9%、7.8%和6.1%，另外還有英國(guó)、意大利、韓國(guó)、比利時(shí)和新加坡，分別占比2.0%、1.9%、1.1%、0.8%和0.5%。雖然東南亞地區(qū)目前產(chǎn)能占比較小，但未來上漲空間較大。
根據(jù)德國(guó)瓦克年度報(bào)告，人均GDP水平與人均有機(jī)硅消費(fèi)量基本呈正比關(guān)系，而且低收入國(guó)家有機(jī)硅需求增長(zhǎng)對(duì)收入增長(zhǎng)的彈性更大。近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，我國(guó)已成為全球最大的功能性硅烷生產(chǎn)、消費(fèi)與出口國(guó)。
我國(guó)功能性硅烷價(jià)格有望下行。根據(jù)SAGSI數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011~2019 年，我國(guó)功能性硅烷產(chǎn)能由18.80萬噸迅速增長(zhǎng)到43.1萬噸，年產(chǎn)量也從11.1萬噸提高到27.9萬噸。2017年之前，由于產(chǎn)能擴(kuò)張較快，伴隨供給側(cè)改革及環(huán)保督查等因素綜合影響下， 中小企業(yè)大面積關(guān)停，行業(yè)整體開工率不高。之后我國(guó)硅烷行業(yè)開工率持續(xù)改善， 分別在2017年和2018年達(dá)到58.6%和64.6%。2019年初以來，全球主要經(jīng)濟(jì)體均出現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)放緩跡象，以中美及歐美貿(mào)易摩擦、英國(guó)脫歐為代表的“逆全球化”行為進(jìn)一步?jīng)_擊世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)。在下游需求增速有所放緩、行業(yè)供應(yīng)能力繼續(xù)提高的情況下，2019年我國(guó)硅烷行業(yè)開工率同比基本保持穩(wěn)定。伴隨2020年功能性硅烷生產(chǎn)企業(yè)晨光新材、宏柏新材等的上市和亞拓化工等項(xiàng)目投產(chǎn)，我國(guó)功能 性硅烷產(chǎn)能將新增超過16萬噸。供需差的進(jìn)一步擴(kuò)大有望帶動(dòng)功能性硅烷平均價(jià) 格水平下降，為氣凝膠成本下降帶來空間。
硅烷交聯(lián)劑逐漸擺脫進(jìn)口依賴。出口方面，2019年我國(guó)功能性硅烷出口量較2018年小幅下降，達(dá)到9.14萬噸，我國(guó)出口的硅烷品種主要為含硫硅烷，主要出口市場(chǎng) 為美國(guó)、印度、韓國(guó)、日本等國(guó)家或地區(qū)。我國(guó)進(jìn)口的硅烷品種主要為環(huán)氧基硅烷 及交聯(lián)劑，主要來自美國(guó)、日本和韓國(guó)。而氣凝膠主要的有機(jī)硅源TMOS、TEOS、甲基三甲氧基硅烷等均屬于脫醇型交聯(lián)劑，這也是有機(jī)硅源成本昂貴的主要原因之一。隨著我國(guó)未來硅烷交聯(lián)劑產(chǎn)能的大幅擴(kuò)張，氣凝膠的有機(jī)硅源將逐漸擺脫進(jìn)口依賴，自給率提升帶來的成本效益會(huì)更加明顯。
市場(chǎng)趨勢(shì)來看，隨著新能源汽車、復(fù)合材料和表面處理等新興市場(chǎng)需求的壯大成熟， 加之我國(guó)功能性硅烷人均消費(fèi)量仍低于發(fā)達(dá)國(guó)家，未來我國(guó)功能性硅烷的產(chǎn)銷量會(huì) 繼續(xù)增長(zhǎng)，增速保持穩(wěn)定。根據(jù)SAGSI估計(jì)，到2025年，功能性硅烷總產(chǎn)能將達(dá)到80.1萬噸，總產(chǎn)量將達(dá)到55.5萬噸，同期消費(fèi)量將達(dá)34.1萬。規(guī)模效應(yīng)以及供需的絕對(duì)差異增大會(huì)降低硅烷整體平均價(jià)格水平。
產(chǎn)品趨勢(shì)來看，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)功能性硅烷的品種、質(zhì)量以及產(chǎn)量均得到大幅提升，隨著太陽能、鋰電池、LED燈具，5G網(wǎng)絡(luò)等新興行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)密封膠及粘合劑特定種類的需求也越來越分化，如在室溫硫化硅橡膠中，中性膠需求增長(zhǎng)較快，使得脫酮肟型膠成為市場(chǎng)主流，酸型膠則呈萎縮態(tài)勢(shì)，未來中性膠發(fā)展將是大勢(shì)所趨。此外，國(guó)內(nèi)高端功能性硅烷發(fā)展非常迅猛，交聯(lián)劑等高端硅烷產(chǎn)品技術(shù)不斷突破，未來我國(guó)功能性硅烷將向著高端化、專一化、新型化方向發(fā)展。
競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)來看，最近幾年功能性硅烷行業(yè)在爆發(fā)式的增長(zhǎng)后出現(xiàn)了明顯的整合，部分小企業(yè)陸續(xù)退出，產(chǎn)能向大型企業(yè)集中的趨勢(shì)較為明顯。2020年龍頭企業(yè)新產(chǎn)能 陸續(xù)投產(chǎn)，產(chǎn)能的大規(guī)模釋放將對(duì)功能性硅烷行業(yè)供需關(guān)系起到?jīng)_擊作用。且新增產(chǎn)能大部分為國(guó)內(nèi)尚存缺口的硅烷種類，這部分缺口的填補(bǔ)將提高我國(guó)產(chǎn)品 的議價(jià)能力。
在現(xiàn)有隔熱保溫市場(chǎng)上，傳統(tǒng)保溫材料成本一平方米幾十元，而氣凝膠保溫材料歸因于規(guī)?；a(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，成本從兩三年前每平方米200元以上，到現(xiàn)在降到了100多元。但目前氣凝膠的價(jià)格與市場(chǎng)接受程度還有差距。一旦氣凝膠材料生產(chǎn)成本得以顯著下降，市場(chǎng)價(jià)格下降至可對(duì)比水平，市場(chǎng)規(guī)模就會(huì)急劇擴(kuò)大。
04、海外氣凝膠企業(yè)成長(zhǎng)復(fù)盤
根據(jù) IDTechEx 2019 年發(fā)布的市場(chǎng)報(bào)告，企業(yè)發(fā)展所處生命周期可以分為概念階段、 早期半商業(yè)原型階段、半商業(yè)試運(yùn)行階段、早期商業(yè)化階段、全面上市階段、市場(chǎng)滲透階段以及成熟階段。企業(yè)處于后兩個(gè)階段意味著已經(jīng)在市場(chǎng)占據(jù)一定的份額， 其中包括Aspen Aerogels，Inc.、Cabot以及 Armacell Jios Aerogels Ltd(“AJA”)。
05、泛亞微透——國(guó)內(nèi)ePTFE引領(lǐng)者，氣凝膠蓄勢(shì)待發(fā)
公司是ePTFE國(guó)內(nèi)引領(lǐng)者，享受長(zhǎng)尾利基市場(chǎng)。公司主要從事膨體聚四氟乙烯膜 （ePTFE）等微觀多孔材料及其改性衍生產(chǎn)品，從最初的傳統(tǒng)汽車裝配材料業(yè)務(wù)到ePTFE膜相關(guān)產(chǎn)品，立足產(chǎn)品多元，享受長(zhǎng)尾利基市場(chǎng)。該類市場(chǎng)各個(gè)分類市場(chǎng)規(guī)模較小，但是隨著應(yīng)用成熟放量，公司營(yíng)收有望提速，公司毛利率和凈利率均長(zhǎng)期處于較高的水平。
IPO募投SiO2氣凝膠系列材料，布局熱學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，匹配不同客戶的差異化需求。 目前公司ePTFE膜及其組件業(yè)務(wù)已覆蓋“聲、電、氣”等方向，因此 ePTFE膜及其組件在“熱學(xué)”方向的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將是下一步戰(zhàn)略規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)。SiO2氣凝膠是十分優(yōu)良的保溫隔熱材料，而公司將 SiO2氣凝膠與ePTFE 膜結(jié)合形成的復(fù)合材 料還同時(shí)具備優(yōu)秀的絕緣性、阻燃性以及柔韌性，可以被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、新能源、航空航天以及軍工等行業(yè)。通過實(shí)施本項(xiàng)目，公司將推出SiO2氣凝膠、 SiO2氣凝膠與 ePTFE膜復(fù)合材料以及SiO2氣凝膠玻纖氈復(fù)合材料等新產(chǎn)品。其中SiO2氣凝膠玻纖氈復(fù)合材料通過在SiO2氣凝膠制程中引入玻纖氈增強(qiáng)復(fù)合，將其高溫耐受能力提高至800℃以上，可以實(shí)現(xiàn)耐受住電池包短路造成的高溫能量瞬間沖擊的能力，可作為電池包熱管理的理想材料。
SiO2氣凝膠與 ePTFE膜復(fù)合材料同時(shí)具備優(yōu)秀的絕緣性、阻燃性以及柔韌性，可以被應(yīng)用于消費(fèi)電子內(nèi)臵芯片以及汽車隔熱保溫箱體中，具有良好的隔熱支撐、緩沖及隔音作用。同時(shí)，該復(fù)合材料對(duì)重大輸氣輸油工程的管道也能起到高度隔熱防護(hù)功效，在極低的溫度環(huán)境中無凍裂，能夠長(zhǎng)期暴露在戶外照射的紫外線下工作20多年不老化，使得需要隔熱隔音的工程造價(jià)降低且長(zhǎng)期免維護(hù)。目前公司該復(fù)合材料作為隔熱隔音材料已被應(yīng)用于上汽大眾途昂車型。
另外公司還研發(fā)了 SiO2氣凝膠玻纖氈復(fù)合材料，該材料主要應(yīng)用于新能源動(dòng)力電池包中，將電池包高溫耐受能力提高至 800℃以上。該電池包可以耐受住電池包短路造成的高溫能量瞬間沖擊，從而為汽車駕乘人員爭(zhēng)取了寶貴的逃生時(shí)間。該產(chǎn)品在常溫25℃環(huán)境下，導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到 0.017W/(m·k)以下，在600℃高溫環(huán)境下，導(dǎo)熱系數(shù)介于0.047~0.066 W/(m·k)之間，產(chǎn)品性能超過上汽通用電池包對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的要求。據(jù)招股說明書披露，目前公司正在與寧德時(shí)代商談合作事宜。
募投項(xiàng)目的達(dá)產(chǎn)，將進(jìn)一步增強(qiáng)公司在ePTFE膜及SiO2氣凝膠相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)先地位。項(xiàng)目規(guī)劃位于武進(jìn)區(qū)禮嘉鎮(zhèn)工業(yè)集中區(qū)，用地約40.5畝，規(guī)劃建設(shè)廠房、 研究中心等建筑約7萬平方米，新增窄幅 ePTFE（膨體聚四氟乙烯）膜生產(chǎn)線、ePTFE膜生產(chǎn)線、高耐水壓涂層精密涂布機(jī)、高耐水壓透聲 ePTFE 膜組件自動(dòng)生產(chǎn)線、二 氧化硅氣凝膠生產(chǎn)線、激光切割機(jī)等45臺(tái)（套）生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試儀器及輔助設(shè)施， 達(dá)產(chǎn)后形成二氧化硅氣凝膠1604立方米，微納孔二氧化硅氣凝膠、ePTFE膜復(fù)合材料24萬平方米，消費(fèi)電子用高耐水壓透聲 ePTFE改性膜10300平方米的生產(chǎn)能力。
來源：未來智庫
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