2023/6/15
气凝胶被称为“蓝烟”,改变世界的神奇材料
1931年气凝胶正式问世,是目前已知导热系数较低、密度较低的固体材料,因轻若薄雾颜色泛蓝,又被称为“蓝烟”;具有较长的使用寿命、较强的隔热性能、较高的耐火性能等,被誉为“改变世界的神奇材料”。气凝胶是由纳米孔洞与纳米骨架组成的三维连续多孔材料,独特的结构赋予其较强隔热性能。也是国家基础战略性前沿新材料,对降低碳排放、实现“双碳”目标具有重要战略意义。
气凝胶的防火隔热主要来源于它的特殊的结构,我们可以把气凝胶理解成多孔海绵的一个纳米版。它的孔径基本上是20-50纳米的微孔径,空气分子大小约为70纳米,大于气凝胶材料孔隙的直径,因此空气在气凝胶上流动效率较低,隔热性能很好。
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指标 |
性能 |
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热导率 |
常温常压下<0.018W/(m·K), 固体中较低 |
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使用温度 |
-196~650℃ |
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堆积密度 |
0.12~3mg/cm3 |
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比表面积 |
~700㎡/g |
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孔径尺寸 |
1~100nm |
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孔隙率 |
95%~99.8% |
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胶体颗粒尺寸 |
10~100nm |
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声学性能 |
声速100m/s |
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防火性 |
A1级 |
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折射率 |
1.025,接近空气 |
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介电常数 |
<1.1,低介电常数 |
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疏水性能 |
较疏水(接触角>150°) |
近些年来,为了促进气凝胶行业发展,我国陆续发布了许多政策,如2021年国务院办公厅发布的《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》鼓励加强产业共性基础技术研究,加快碳纤维、气凝胶等新型材料研发应用。我国常压干燥工艺逐步完善,正在逐步取代成本高、周期长的较临界制备工艺,制造成本可降低到较临界工艺的1/20,但目前常压干燥工艺依旧不完善,制备产品的质量、性能较差,产品多适用于大型管道级气凝胶市场。此外,在气凝胶的制备过程中,企业也可采用纤维复合来降低综合成本、提高力学强度,国内气凝胶的主流介质有三种:预氧丝、陶瓷纤维、玻璃纤维
气凝胶结构独特,赋予众多优良性能
·气凝胶除质轻、隔热性能优良外,还拥有众多其他优势:良好的防火性、疏水性、隔音性、吸附性、绿色环保性等。
·防火疏水:可达到国家建筑材料A1级不燃标准,憎水率N98%;
·持有耐候:气凝胶保温材料整体疏水,不易吸水解体,使用寿命可达10年以上,相比传统保温材料寿命提高3-5倍;
·隔音抗震:气凝胶的三维多孔网络结构可起到吸声降噪、缓冲抗震的作用;
·健康环保:产品已通过RoHS、REACH、ELV检测,不含对人体有害的物质;非常理想的吸附材料。
气凝胶形态多样,应用灵活宽泛
·气凝胶形态多样,包括气凝胶毡、板、布、纸、颗粒、粉末、涂料和异形件等,产品多样化赋予其更加灵活宽泛的下游应用。
·气凝胶毡、板、布、纸和异形件,是气凝胶与相应产品形态的纤维复合所得。毡产量较大、应用较广,用于管道、储罐、炉体、交通、建筑等保温隔热;板可用于大型设备和建筑内外墙保温;气凝胶布、纸和异形件主要用于一些特殊领域。如,布主要是服装鞋帽以及汽车领域等;纸(薄毡)主要是热电池和一些空间极小或管径极细或希望缠绕施工的领域;异形件基本上用于军工和制作可拆卸保护套。
气凝胶颗粒主要是利用其透明性,填充在PC板或者中空玻璃中做采光隔热板。
·气凝胶涂料:气凝胶涂料相比传统涂料具有更低的导热系数,具有更好的保温隔热效果,能够直接用到建筑内外墙、工业储罐、反应设备、管道、新能源汽车部件等表面我国气凝胶下游应用中占比较多的为油气项目,约占56%;其次是工业隔热占18%、建筑制造占9%、交通运输占8%。
·油气和工业隔热仍将是气凝胶应用的主战场,建筑建造、交通运输和新兴领域将成为未来增长较快的领域。尤其是建筑领域,在气凝胶产业发展更为成熟的美国及部分欧洲地区,建筑用气凝胶已经非常普遍。随着我国节能环保理念的深入,未来建筑领域将成为气凝胶的一大市场。
·预计到2026年,我国气凝胶下游市场中油气项目将减少至47%,建筑建造占比将提升至14%,交通运输占比将提升至13%相比传统保温材料,气凝胶绝热毡具有使用温度范围更广、隔热更优、厚度更薄(传统材料的1/3-1/5)、更抗腐蚀、憎水率高、使用寿命长达15年(传统材料3-5年,大修时修修补补)、更防火等优点,是“双碳”目标下石化、LNG管线等实现节能降碳的优选材料。
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项目名称 |
气凝胶绝热毡 |
硅酸镁纤维毯 |
普通硅酸铝纤维制品 |
岩棉制品 |
玻璃棉制品 |
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使用温度/℃ |
-196-650 |
<700 |
<950 |
<400 |
<300 |
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体积密度/ |
210-230 |
90-110 |
96-128 |
80-120 |
80-100 |
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(kg/m3) |
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耐火不燃性 |
耐火、不燃 |
耐火、不燃 |
耐火、不燃 |
不燃 |
不燃 |
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导热系数/ |
常温0.021 |
常温0.030 |
常温0.042 |
常温0.044 |
常温0.048 |
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300℃ 0036 |
400℃ 0.052 |
400℃ 0075 |
400℃009 |
400℃ 0099 |
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(W/m·K) |
500℃ 0.072 |
600℃ 0.078 |
600℃ 0.089 |
600℃ 0.122 |
600℃ 0.133 |
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化学稳定性 |
优良 |
优良 |
优良 |
良好 |
良好 |
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有机物含量/% |
无 |
无 |
无 |
≤5 |
3-6 |
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应用对比 |
隔热更优,厚度更薄, |
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更抗腐蚀,憎水率高, |
保温效果好,施工方便 |
保温效果好,施工方便 |
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使用寿命长达15年,更 |
使用寿命长,应用前景好 |
气凝胶所处千亿赛道,随渗透率提升,市场规模将较百亿元
在国内新能源领域气凝胶渗透率为20%,国内建筑领域气凝胶渗透率为 0.5%,石化管道领域气凝胶渗透率为3%,则对应的总市场规模可达70亿元;中性假设,2025年,在国内新能源领域气凝胶渗透率为30%,国内建筑领域气凝胶渗透率为1%,石化管道领域气凝胶渗透率为5%,则对应的总市场规模可达124亿元;乐观假设,2025年,在国内新能源领域气凝胶渗透率为50%,国内建筑领域气凝胶渗透率为5%,石化管道领域气凝胶渗透率为10%,则对应的总市场规模可达411亿元。我们认为,气凝胶是一个大单品,所处千亿大赛道,未来随工艺革新、成本下降和渗透率提升,市场规模扩大至百亿元指日可待,气凝胶剑指未来千亿星辰大海。
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