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鄭州中天建筑節(jié)能有限公司
氣凝膠保溫板生產(chǎn)線
鄭州中天建筑節(jié)能公司擁有國(guó)內(nèi)氣凝膠材料生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域多年經(jīng)驗(yàn)，由國(guó)內(nèi)氣凝膠領(lǐng)域分別從事科研開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與建設(shè)、產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量體系、市場(chǎng)銷售和服務(wù)的團(tuán)隊(duì)組建，擁有國(guó)內(nèi)最先進(jìn)最成熟的氣凝膠批產(chǎn)技術(shù)、強(qiáng)大的氣凝膠系列應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和完善的售后服務(wù)能力。
氣凝膠是一種納米多孔超級(jí)絕熱材料，其孔隙率可達(dá)80～99.8%，孔洞尺寸一般在5 ～50nm之間，密度變化范圍達(dá)0.12～600kg/m3，是目前最輕的固體保溫隔熱材料，是迄今為止最好的保溫材料，防火、防水，保溫是航天、軍工、石化、電力、冶金、建筑、服裝等眾多領(lǐng)域傳統(tǒng)保溫材料的革命性替代產(chǎn)品，被稱為“改變世界的神奇材料”，列入國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。
氣凝膠，是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的新型材料，1931年由美國(guó)Kistler.S.發(fā)明，因輕若薄霧藍(lán)色泛藍(lán)，又被稱為“藍(lán)煙”、“凍結(jié)的煙”，在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域顯示許多奇特的性能，被稱成為改變世界的神奇材料，列入20世紀(jì)90年代以來(lái)10大熱門(mén)科學(xué)技術(shù)之一，是具有巨大應(yīng)用價(jià)值的軍民兩用技術(shù)。
氣凝膠因成分不同，主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳?xì)饽z等。當(dāng)前，二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目，技術(shù)也最為成熟，國(guó)內(nèi)外氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應(yīng)用展開(kāi)，
二氧化硅氣凝膠。
氣凝膠因納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)80～99.8％，室溫導(dǎo)熱系數(shù)可低達(dá)0.013w/(m?k)，是迄今為止絕熱性能最好的材料，在航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車輛、精密儀器、冰箱冷庫(kù)、服裝帳篷、建筑節(jié)能等領(lǐng)域的有廣闊的應(yīng)用前景，是傳統(tǒng)隔熱材料革命性替代產(chǎn)品。
伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，節(jié)能降耗政策的持續(xù)大力推進(jìn)，以及中國(guó)實(shí)施多年的納米材料戰(zhàn)略，氣凝膠材料近年來(lái)受到了政府、學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和投資界的廣泛關(guān)注。
氣凝膠是中國(guó)正在逐步顯示出的與世界同行幾乎同步且具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的的高新技術(shù)及產(chǎn)品之一，某種意義上，中國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)世界氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。
一、國(guó)內(nèi)外氣凝膠的市場(chǎng)情況
1.1. 全球氣凝膠市場(chǎng)情況
Allied市場(chǎng)研究公司2014年6月發(fā)布的報(bào)告稱，全球氣凝膠的市場(chǎng)價(jià)值在2013年2.218億美元，估計(jì)到2020年可達(dá)18.966億美元，在預(yù)測(cè)期內(nèi)（從2014–2020）的年復(fù)合增長(zhǎng)率為36.4%。隨著氣凝膠材料在新的應(yīng)用領(lǐng)域探索的持續(xù)進(jìn)步，市場(chǎng)預(yù)計(jì)，隨著時(shí)間的推移市場(chǎng)增長(zhǎng)的動(dòng)力會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。
圖1 氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
據(jù)了解，美國(guó)Aspen公司2008~2013年的復(fù)合增長(zhǎng)率為33.8%，Allied公司的報(bào)告可以認(rèn)為是主要基于美國(guó)Aspen公司業(yè)績(jī)情況的較為保守的預(yù)測(cè)報(bào)告，實(shí)際上隨著亞太市場(chǎng)的發(fā)展，特別是中國(guó)氣凝膠企業(yè)的崛起，氣凝膠行業(yè)未來(lái)的發(fā)展將顯著加快。
圖2 2010年全球絕熱市場(chǎng)規(guī)模
據(jù)Freedonia研究公司報(bào)告，在2010年，全球絕熱材料市場(chǎng)估計(jì)規(guī)模為321億美元，未來(lái)年增長(zhǎng)率為 6.3%，到2019年可達(dá)556億美元。其中工業(yè)和設(shè)備領(lǐng)域約占總份額三分之一，建筑領(lǐng)域占總分額的三分子二。
氣凝膠材料目前占據(jù)了整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)金字塔模型的塔尖部分，目前在整個(gè)絕熱材料市場(chǎng)中的規(guī)模幾乎是微不足道，這一方面說(shuō)明氣凝膠產(chǎn)業(yè)仍然處于早期起步階段，同時(shí)又預(yù)示著其未來(lái)巨大的發(fā)展空間。
圖3 全球絕熱材料與氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)對(duì)比
目前制約氣凝膠市場(chǎng)拓展的最大障礙是高昂的價(jià)格，一旦氣凝膠材料的生產(chǎn)成本得以顯著下降，市場(chǎng)規(guī)模就會(huì)急劇擴(kuò)大，產(chǎn)品銷量也會(huì)迅速擴(kuò)大，并將革命性地替代傳統(tǒng)絕熱材料。
那么氣凝膠爆發(fā)的拐點(diǎn)在何時(shí)？實(shí)際上隨著氣凝膠材料市場(chǎng)價(jià)格不斷下降，目前在工業(yè)絕熱領(lǐng)域，采用氣凝膠材料的工程總造價(jià)已經(jīng)接近采用傳統(tǒng)保溫材料，但卻具有節(jié)能、節(jié)省空間、防腐、長(zhǎng)壽命等顯著優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)多年產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)判斷，氣凝膠快速發(fā)展的拐點(diǎn)其實(shí)已經(jīng)悄然到來(lái)，一些技術(shù)領(lǐng)先的氣凝膠企業(yè)將獲得爆發(fā)式的發(fā)展！
圖4 2020年（左）和2025年（右）氣凝膠市場(chǎng)份額 億美元
隨著氣凝膠制造成本的顯著降低和產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，氣凝膠行業(yè)整體上進(jìn)入爆發(fā)式的增長(zhǎng)階段，預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)55%以上，并在未來(lái)10年將迅速替代傳統(tǒng)絕熱材料，特別是在工業(yè)和設(shè)備領(lǐng)域，替換得速速會(huì)更快，未來(lái)5~10年，可能達(dá)到每年19~170億美元的規(guī)模。
1.2. 國(guó)內(nèi)氣凝膠市場(chǎng)情況
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)起步較晚，前期主要是國(guó)外氣凝膠產(chǎn)品在銷售，價(jià)格較昂貴，市場(chǎng)推廣力度也較小，近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)氣凝膠企業(yè)逐步增多，實(shí)力不斷增強(qiáng)，成本不斷下降，規(guī)模不斷擴(kuò)大，再得益于國(guó)內(nèi)節(jié)能減排政策推行和經(jīng)濟(jì)體量的的迅速擴(kuò)大，氣凝膠行業(yè)駛?cè)肓丝焖侔l(fā)展通道。
2014年國(guó)內(nèi)氣凝膠產(chǎn)量大約在8500立方米，進(jìn)口產(chǎn)品大約1500立方米，市場(chǎng)規(guī)模大約為1.82億元。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(kāi)發(fā)出來(lái)，氣凝膠市場(chǎng)日益成熟。
圖5 國(guó)內(nèi)氣凝膠市場(chǎng)規(guī)模
中國(guó)作為新興經(jīng)濟(jì)體，在市場(chǎng)增長(zhǎng)方面將會(huì)以快于國(guó)際平均水平的速度迅速增加，未來(lái)幾年年將進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段。2015年是國(guó)內(nèi)氣凝膠規(guī)模的突變之年，新增產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到16000~20000立方米（已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的主要?dú)饽z企業(yè)都在大力擴(kuò)產(chǎn)），實(shí)際產(chǎn)量約19600立方米，進(jìn)口產(chǎn)品約1000立方米，預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模3.30億，2020年將達(dá)到37.16億元，2015年到2020年的復(fù)合增長(zhǎng)率約達(dá)61.1%。
圖6 2020年國(guó)內(nèi)氣凝膠市場(chǎng)應(yīng)用分布 萬(wàn)元
目前國(guó)內(nèi)軍品領(lǐng)域需求主要集中在航天、兵器及艦艇等領(lǐng)域；民用領(lǐng)域的石油化工、軌道交通、電力工業(yè)、礦用井下救生艙和城鎮(zhèn)熱力管網(wǎng)已經(jīng)形成一定的市場(chǎng)規(guī)模并繼續(xù)快速增長(zhǎng)，特種服裝和帳篷、LNG管線、建筑節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用也開(kāi)始少量試用后期市場(chǎng)巨大。
國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃指出，保溫材料產(chǎn)值將達(dá)1200億。預(yù)計(jì)進(jìn)入“十三五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)獲得快速發(fā)展。預(yù)計(jì)2015年到2020年氣凝膠材料將在工業(yè)和設(shè)備領(lǐng)域獲得大批量應(yīng)用，2020年開(kāi)始全面替換傳統(tǒng)工業(yè)保溫材料，分享國(guó)內(nèi)每年約500多億的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)2020年開(kāi)始，氣凝膠材料在建筑領(lǐng)域?qū)㈤_(kāi)始大規(guī)模的應(yīng)用，2025年將全面替代傳統(tǒng)建筑保溫材料，分享國(guó)內(nèi)每年1000多億的市場(chǎng)。
二、可供選擇的技術(shù)路線
簡(jiǎn)要介紹氣凝膠的制備工藝。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，氣凝膠制備包含以下過(guò)程：
圖7 氣凝膠制備的典型工藝過(guò)程
氣凝膠性能主要由其納米孔洞結(jié)構(gòu)決定，一般通過(guò)溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應(yīng)凝膠骨架，由于凝膠骨架內(nèi)部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會(huì)造成骨架的坍縮，氣凝膠制備技術(shù)核心在于避免干燥過(guò)程中由于毛細(xì)管力導(dǎo)致納米孔洞結(jié)構(gòu)塌陷。
對(duì)應(yīng)地，為消除應(yīng)力，一般可以從以下幾個(gè)方面采取措施：
根據(jù)干燥工藝的不同，主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種，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)。超臨界干燥旨在通過(guò)壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過(guò)程中達(dá)到其本身的臨界點(diǎn)，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無(wú)明顯表面張力，從而可以實(shí)現(xiàn)凝膠在干燥過(guò)程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)技術(shù)一般采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)，簡(jiǎn)稱二氧化碳超臨界干燥技術(shù)。
常壓干燥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置換凝膠原來(lái)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。
下面對(duì)兩種技術(shù)路線做簡(jiǎn)要的分析對(duì)比：
設(shè)備投入：超臨界干燥技術(shù)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。
常壓干燥技術(shù)采用常規(guī)的常壓設(shè)備，相對(duì)超臨界干燥由于不需要高壓條件，設(shè)備投入低，設(shè)備系統(tǒng)也較為簡(jiǎn)單。
生產(chǎn)成本：氣凝膠的生產(chǎn)成本主要集中在硅源、設(shè)備折舊和能耗三塊。硅源主要包括水玻璃和有機(jī)硅。有機(jī)硅價(jià)格較為昂貴，但是純度高，工藝適應(yīng)性好，既可以應(yīng)用于超臨界干燥工藝，也可以適用于常壓干燥工藝，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。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。設(shè)備折舊方面，因超臨界干燥技術(shù)設(shè)備投資較高，折舊要要高于常壓技術(shù)。能耗方面，超臨界干燥系統(tǒng)耗電要高于常壓 干燥系統(tǒng)，蒸汽消耗方面兩者差別不大。因此，一般而言采用常壓干燥技術(shù)的生產(chǎn)成本要低于超臨界干燥。
產(chǎn)品性能：就二氧化硅氣凝膠而言，目前超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品沒(méi)有任何顯著或?qū)嵸|(zhì)意義的區(qū)別，基本上超臨界技術(shù)能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，常壓干燥工藝都能達(dá)到。在非二氧化硅硅氣凝膠制備方面，超臨界干燥工藝要成熟很多，不過(guò)還沒(méi)有量產(chǎn)的報(bào)道。
技術(shù)門(mén)檻：相對(duì)而言，超臨界干燥技術(shù)的生產(chǎn)效率、安全性，乃至工藝變更都對(duì)設(shè)備系統(tǒng)有較高依賴度，提供設(shè)備系統(tǒng)較為成熟可靠，這也是許多氣凝膠行業(yè)新進(jìn)入者選擇超臨界工藝原因之一，但也因此受到較多制約。常壓干燥技術(shù)設(shè)備的投資門(mén)檻較低，但是技術(shù)門(mén)檻卻較高，對(duì)配方的設(shè)計(jì)和流程組合優(yōu)化有較高要求，如果技術(shù)不過(guò)關(guān)，不僅生產(chǎn)成本可能高于超臨界，甚至于性能指標(biāo)也不能達(dá)到要求。
拓展空間：超臨界干燥作為高壓特種設(shè)備，如果要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，固定資產(chǎn)投入是巨大的，氣凝膠未來(lái)如果要迎接建筑保溫的巨大市場(chǎng)，比如達(dá)到年產(chǎn)50萬(wàn)立方米（這僅是目前中小規(guī)模建材企業(yè)的規(guī)模），采用超臨界干燥技術(shù)的設(shè)備設(shè)備投入將高達(dá)數(shù)十億，十分不利于氣凝膠企業(yè)的做大做強(qiáng)。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，可以較少投資獲得較大生產(chǎn)規(guī)模，因而更能適應(yīng)未來(lái)大生產(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(guò)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)化方面也有較多自由度，因而擁有更大的成本下降空間。
超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，都有存在的合理性。就二氧化硅氣凝膠的制備生產(chǎn)，常壓干燥技術(shù)將最終獲得壓倒性的勝利。
三、氣凝膠主要產(chǎn)品形態(tài)，兼談納米微孔絕熱材料
3.1氣凝膠超級(jí)絕熱原理
二氧化硅氣凝膠及其作為超級(jí)絕熱材料的應(yīng)用。氣凝膠何以成為超級(jí)絕熱材料？氣凝膠的超級(jí)絕熱原理。
圖 8 熱量傳遞的三種基本方式
熱量有三種基本傳遞方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。對(duì)于保溫材料而言，熱傳導(dǎo)主要由保溫材料中的固體部分來(lái)完成；熱對(duì)流則主要由保溫材料中的氣體來(lái)完成；熱輻射的傳遞不需要任何介質(zhì)。
1992年，美國(guó)召開(kāi)的國(guó)際材料工程大會(huì)上提出了超級(jí)絕熱材料的概念，指在預(yù)定的使用條件下，其導(dǎo)熱系數(shù)低于"無(wú)對(duì)流空氣"導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料。具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠就是典型超級(jí)絕熱材料。
圖 9 氣凝膠與傳統(tǒng)絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比
氣凝膠的超級(jí)絕熱性能基于以下原理：
“無(wú)窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)：由于近于無(wú)窮多納米孔的存在，熱流在固體中傳遞時(shí)就只能沿著氣孔壁傳遞，近于無(wú)窮多的氣孔壁構(gòu)成了近于“無(wú)窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)，使得固體熱傳導(dǎo)的能力下降到接近最低極限。
“零對(duì)流”效應(yīng)：當(dāng)氣凝膠材料中的氣孔直徑小于70nm時(shí)，氣孔內(nèi)的空氣分子就失去了自由流動(dòng)的能力，相對(duì)地附著在氣孔壁上，這時(shí)材料處于近似真空狀態(tài)，即產(chǎn)生“零對(duì)流”效應(yīng)。
“無(wú)窮多遮熱板”的效應(yīng)：由于材料內(nèi)的氣孔均為納米級(jí)氣孔再加材料本身極低的體積密度，使材料內(nèi)部氣孔壁數(shù)日趨于“無(wú)窮多”，對(duì)于每一個(gè)氣孔壁來(lái)說(shuō)都具有遮熱板的作用，因而產(chǎn)生近于“無(wú)窮多遮熱板”的效應(yīng)，從而使輻射傳熱下降到近乎最低極限。不過(guò)在400℃以上高溫下使用時(shí)，仍然需要加入遮光劑來(lái)增強(qiáng)氣凝膠對(duì)高溫紅外線的輻射的抵抗。
3.2 氣凝膠主要產(chǎn)品及應(yīng)用
當(dāng)前氣凝膠的產(chǎn)品形態(tài)主要保溫氣凝膠氈、板、布、紙、顆粒、粉末和異形件等。氣凝膠氈、板、布、紙和異形件，都是氣凝膠與相應(yīng)產(chǎn)品形態(tài)的纖維復(fù)合所得產(chǎn)品，基本的技術(shù)工藝是類似的，但是產(chǎn)品應(yīng)用有較大的區(qū)別。
圖10 氣凝膠主要的產(chǎn)品形態(tài)
氣凝膠氈是當(dāng)前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的氣凝膠產(chǎn)品，美國(guó)的某氣凝膠企業(yè)更是挑明了只生產(chǎn)氣凝膠氈。在市場(chǎng)分析部分提到的航天軍工、石油化工、冶金建材、冰箱冷庫(kù)等所有應(yīng)用領(lǐng)域都可以采用氣凝膠氈。
氣凝膠布、紙和異形件主要用于一些特殊需要領(lǐng)域。如氣凝膠布主要是服裝鞋帽領(lǐng)域，氣凝膠紙（薄氈）主要是熱電池和一些空間極小或管徑極細(xì)或希望纏繞施工的領(lǐng)域，氣凝膠異形件基本上都是軍工應(yīng)用和制作可拆卸保溫套。
氣凝膠板，其實(shí)氈與板一個(gè)主要區(qū)別僅僅是硬度的不同，氈有柔韌性可卷曲，板有一定的剛度，不易彎曲。板的主要應(yīng)用是大型設(shè)備保溫以及未來(lái)的建筑節(jié)能內(nèi)外墻的保溫。對(duì)板而言，當(dāng)前一個(gè)挑戰(zhàn)就是厚度，客戶往往希望可以達(dá)到5-10cm的厚度，而目前氣凝膠產(chǎn)品最大厚度僅為1cm。
以上產(chǎn)品共同面臨的一個(gè)問(wèn)題就是產(chǎn)品表面粉塵，也是氣凝膠產(chǎn)品除了高成本外的又一痛點(diǎn)，國(guó)外某公司產(chǎn)品對(duì)該問(wèn)題已經(jīng)有顯著改善。
氣凝膠顆粒，目前主要應(yīng)用是利用氣凝膠透明性，填充在PC板或者中空玻璃總做采光隔熱板，雖有一定市場(chǎng)應(yīng)用但是規(guī)模較小。
氣凝膠粉末，相對(duì)而言，氣凝膠粉末是最初級(jí)也是生產(chǎn)最容易成本最低產(chǎn)品（我們之前了解納米材料大部分都是粉體，就是因?yàn)榧{米粉體制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單），氣凝膠產(chǎn)業(yè)化歷史應(yīng)該也是從粉體開(kāi)始的，不過(guò)遺憾的是迄今為止，尚沒(méi)有為氣凝膠粉體找到有實(shí)質(zhì)意義的批量應(yīng)用。國(guó)外某新創(chuàng)企業(yè)將氣凝膠粉體定位為主要產(chǎn)品，目標(biāo)市場(chǎng)是氣凝膠涂料，并積極布局中國(guó)市場(chǎng)。
氣凝膠真空板（VIP）和氣凝膠涂料。首先，需要說(shuō)明氣凝膠真空板性能確實(shí)是非常優(yōu)異的，最低可達(dá)0.002w/m.k，實(shí)際上普通玻璃纖維做芯材的真空板也能達(dá)到導(dǎo)熱系數(shù)0.004w/m.k，用氣凝膠做芯材要么大材小用，要么只是噱頭。最為本質(zhì)的問(wèn)題是真空板漏氣不可避免，只是時(shí)間問(wèn)題，如果用于壽命10年的家電行業(yè)，勉強(qiáng)說(shuō)得過(guò)去，如果用在使用壽命70年建筑領(lǐng)域，對(duì)于鋁塑真空封裝的真空板要做到與建筑同壽命，不論是理論上還是工程數(shù)據(jù)尚不能令人信服。退一萬(wàn)步說(shuō)，即便能不漏氣，不透氣的真空板怎么避免濕氣結(jié)露，不能釘不能鉚的真空板怎么確保不會(huì)出現(xiàn)保溫層大面積脫落？這些都是實(shí)實(shí)在在的硬傷。
再說(shuō)說(shuō)氣凝膠涂料。傳統(tǒng)保溫材料里涂料是非常重要的一類產(chǎn)品，在很多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用，自從氣凝膠誕生以來(lái)，對(duì)氣凝膠涂料的呼喚就沒(méi)停過(guò)，近年來(lái)這種呼喚似乎更甚。前不久有國(guó)外的某知名公司推出了氣凝膠砂漿和涂料， 0.035w/m.k的導(dǎo)熱系數(shù)，真心對(duì)不起氣凝膠。國(guó)內(nèi)有公司也開(kāi)發(fā)氣凝膠涂料，指標(biāo)基本上也是在0.035~0.060w/m.k之間。前文提到大力開(kāi)發(fā)粉體的國(guó)外公司的涂料指標(biāo)為0.45w/m.k。氣凝膠涂料這樣的指標(biāo)與傳統(tǒng)保溫涂料在性價(jià)比上毫無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力可言。
為什么氣凝膠涂料開(kāi)發(fā)有那么難呢？一切還都是因?yàn)闅饽z的納米孔結(jié)構(gòu)，真是成也蕭何敗蕭何。氣凝膠因納米孔結(jié)構(gòu)而擁有眾多神奇性能，一時(shí)風(fēng)光無(wú)限，也因納米孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在涂料應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面舉步維艱。氣凝膠是納米開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，配制氣凝膠涂料不可避免會(huì)導(dǎo)致氣凝膠與液態(tài)介質(zhì)混合，不論是水性試劑還是油性試劑，都很難避免氣凝膠孔洞內(nèi)液體浸人后產(chǎn)生如前所述的毛細(xì)管力，從而使納米多孔結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而嚴(yán)重?fù)p害，乃至完全喪失絕熱性能。氣凝膠涂料第二大難以跨越的門(mén)檻是氣凝膠作為比空氣導(dǎo)熱系數(shù)還要低超級(jí)絕熱材料，當(dāng)呈粉狀分散在涂料中，即氣凝膠成為分散相，也就是一個(gè)個(gè)孤島，熱量會(huì)繞過(guò)這些孤島繼續(xù)傳遞，故而難以制備出與氣凝膠本身優(yōu)異絕熱性能相匹配的涂料來(lái)。
難道氣凝膠涂料及就真的無(wú)解了嗎？目前開(kāi)發(fā)的氣凝膠涂料指標(biāo)為0.025w/m.k
3.3 氣凝膠復(fù)合材料工藝及納米微孔絕熱材料
一般來(lái)說(shuō)氣凝膠因?yàn)楹艽啵旧蠠o(wú)法當(dāng)獨(dú)應(yīng)用，市場(chǎng)上銷售的氣凝膠多為氣凝膠與增強(qiáng)纖維的復(fù)合產(chǎn)品。復(fù)合的方式也大體上分為兩種，一種叫原位復(fù)合或一次復(fù)合，另一種叫兩次復(fù)合。
所謂一次復(fù)合就在氣凝膠制備過(guò)程的溶膠-凝膠階段，硅溶膠直接浸潤(rùn)增強(qiáng)纖維，共同經(jīng)歷凝膠老化、改性、干燥，直到產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束。這種方法獲得的氣凝膠復(fù)合材料，相對(duì)而言，氣凝膠是連續(xù)相，纖維是分散相，所得氣凝膠產(chǎn)品往往可以獲得較低的導(dǎo)熱系數(shù)，并且產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較好，也是目前國(guó)內(nèi)外氣凝膠企業(yè)的主流復(fù)合方式。
所謂二次復(fù)合，就是先制備出氣凝膠粉末，然后在設(shè)法把氣凝膠粉末與纖維復(fù)合在一起。這種方法獲得產(chǎn)品氣凝膠和纖維都不是連續(xù)相，氣凝膠均勻分散難度較大，目前采用此法的氣凝膠企業(yè)較少。（國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目引進(jìn)某國(guó)技術(shù)，介紹資料里說(shuō)中國(guó)目前基本上都是二次復(fù)合，他們的優(yōu)勢(shì)是一次復(fù)合，真是很有幽默感。）
但并不是說(shuō)二次復(fù)合法就毫無(wú)是處，接下來(lái)要談到的納米微孔產(chǎn)品就借鑒了此法，從產(chǎn)品性能來(lái)講，應(yīng)該說(shuō)是非常成功的。
在納米孔絕熱材料家族，除了氣凝膠外，還有另一個(gè)分支就是納米微孔絕熱材料，其在高溫下優(yōu)異隔熱性能甚至優(yōu)于當(dāng)前的氣凝膠材料。
納米微孔絕熱材料與氣凝膠材料主要區(qū)別是：在工藝上，氣凝膠采用的溶膠-凝膠技術(shù)獲得整體連續(xù)的納米孔結(jié)構(gòu)，形象說(shuō)來(lái)就像是一個(gè)孔洞尺寸極小的蜂窩，納米微孔絕熱材料制備過(guò)程一般是通過(guò)分散混合工藝把不同組分的納米顆粒與增強(qiáng)纖維均勻分散，加入一定量粘結(jié)劑，再經(jīng)壓制成型，通過(guò)納米顆粒堆積形成納米孔洞結(jié)構(gòu)；在產(chǎn)品形態(tài)上，氣凝膠當(dāng)前以氈和板為主，納米微孔為板和異形件為主；在應(yīng)用溫度上，氣凝膠一般應(yīng)用于650℃以下，納米微孔絕熱材料一般應(yīng)用在700℃以上，1200℃以下的范圍。兩者在使用溫度和產(chǎn)品形態(tài)上有互補(bǔ)性。
圖11 國(guó)外某公司納米微孔絕熱材料與氣凝膠高溫導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比
從工藝角度進(jìn)一步展開(kāi)，納米微孔絕熱材料相對(duì)于當(dāng)前氣凝膠主要做了三個(gè)方面的優(yōu)化：一是其組分中含有較高比例的紅外遮光劑，進(jìn)一步制約了高溫輻射對(duì)傳熱影響；二是組分纖維含量大大減少，減少了高溫下增強(qiáng)纖維對(duì)的熱傳導(dǎo)；三是產(chǎn)品密度一般為350-500kg/m3（氣凝膠一般為200kg/m3左右），平均納米孔徑較小，對(duì)高溫下的空氣對(duì)流進(jìn)一步限制。
納米微孔絕熱材料其實(shí)是一種類氣凝膠產(chǎn)品，或者說(shuō)是氣凝膠的一種特殊存在方式（類似二次復(fù)合法的氣凝膠），兩者的絕熱機(jī)理幾乎是一樣的，相信現(xiàn)有氣凝膠復(fù)合工藝的經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)也能在高溫下達(dá)到和納米微孔材料一樣優(yōu)異的性能。
氣凝膠的產(chǎn)品形態(tài)種類較多，建議企業(yè)根據(jù)自身企業(yè)定位和技術(shù)儲(chǔ)備等情況，選擇適合自身的產(chǎn)品形態(tài)。
四、迎接產(chǎn)業(yè)窗口期及企業(yè)發(fā)展的三步走
4.1迎接產(chǎn)業(yè)窗口期
氣凝膠發(fā)明至今已經(jīng)70多年，產(chǎn)業(yè)化的道路也走了70多年，最當(dāng)銘記的當(dāng)然是2001年與美國(guó)宇航局有密切關(guān)系的ASPEN公司的成立，這是真正商業(yè)意義的氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)始。
實(shí)際上，如果從產(chǎn)業(yè)生命周期角度，氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，仍然處在較早發(fā)展階段，整體上處于初創(chuàng)期的后期和成長(zhǎng)期的前期。
圖12 氣凝膠產(chǎn)業(yè)生命周期
這一階段，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，但是尚沒(méi)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)進(jìn)入了快速發(fā)展的窗口期，也是行業(yè)投資的最佳時(shí)機(jī)。
即便從2001年算起，氣凝膠行業(yè)的初創(chuàng)期已走過(guò)了15年，近年的發(fā)展呈現(xiàn)出提速趨勢(shì)。如前所述，2015年國(guó)內(nèi)氣凝膠行業(yè)產(chǎn)量迅速增加，國(guó)內(nèi)氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭火熱，可以預(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)三年國(guó)內(nèi)氣凝膠行業(yè)新進(jìn)入企業(yè)會(huì)繼續(xù)高速增長(zhǎng)，產(chǎn)量當(dāng)然也會(huì)不斷創(chuàng)新高，與之對(duì)應(yīng)的氣凝膠項(xiàng)目圈地運(yùn)動(dòng)也會(huì)此起彼伏，科研院所成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)人員下海創(chuàng)業(yè)、項(xiàng)目融資對(duì)接、產(chǎn)學(xué)研合作、各類創(chuàng)業(yè)大賽等一幕幕大劇將陸續(xù)登場(chǎng)。
4.2企業(yè)發(fā)展三步走
在了解了氣凝膠產(chǎn)業(yè)所處階段和難得的歷史機(jī)遇后，我們還需要思考，如何做大做強(qiáng)中國(guó)的氣凝膠產(chǎn)業(yè)。在此，筆者斗膽提出三步走的戰(zhàn)略：
第一步：活下去。這一步聽(tīng)起來(lái)稀松平常，卻是最難的，尤其當(dāng)氣凝膠是以傳統(tǒng)隔熱材料的革命性升級(jí)替代產(chǎn)品出現(xiàn)的時(shí)候（實(shí)際上相當(dāng)比重的傳統(tǒng)隔熱材料經(jīng)過(guò)技術(shù)升級(jí)是可以成為氣凝膠企業(yè)的，不過(guò)這仍然不能避免氣凝膠受到傳統(tǒng)材料的整體阻擊）。你都要革人家命了，人家能坐以待斃嗎？數(shù)十家氣凝膠企業(yè)對(duì)抗人家數(shù)千家傳統(tǒng)隔熱材料企業(yè)，有的甚至的大型跨國(guó)企業(yè)，人家行業(yè)資源比你豐富，行業(yè)組織比你成熟，話語(yǔ)權(quán)比你大，客戶關(guān)系比你好，工程經(jīng)驗(yàn)比你多，你得一點(diǎn)點(diǎn)去虎口奪食，一點(diǎn)點(diǎn)去用你的品質(zhì)去真誠(chéng)地感動(dòng)客戶。目前國(guó)內(nèi)氣凝膠企業(yè)基本上還都是小企業(yè)，資金匱乏、人力有限，還有政商關(guān)系，管理水平提升等一系列問(wèn)題，氣凝膠創(chuàng)業(yè)企業(yè)要活下去絕非易事。連華為這樣牛氣沖天的企業(yè)，任正非還天天喊冬天，首要考慮的是活下去。不論我們理想有多宏達(dá)，落地生根首要前提就是活下去。
怎么才能活下去呢？你當(dāng)然可以學(xué)習(xí)時(shí)髦的互聯(lián)網(wǎng)搞商業(yè)模式創(chuàng)新，但立足于新材料產(chǎn)業(yè)的實(shí)際，產(chǎn)品的品質(zhì)、成本及服務(wù)可能才是我們應(yīng)該踏踏實(shí)實(shí)一絲不茍去做好的，唯有充分發(fā)揮氣凝膠產(chǎn)品特性，為客戶創(chuàng)造盡可能大的價(jià)值，我們才能贏得客戶，壯大自身。市場(chǎng)、技術(shù)、品質(zhì)、成本、服務(wù)，這10字訣是我們活下去的糧食之源，也應(yīng)該是中國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)界10年內(nèi)的首要任務(wù)。
氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域眾多，從高大上航天軍工到高鐵動(dòng)車、核電太陽(yáng)能、石油化工、冶金建材、熱力管網(wǎng)等工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能，再到最接地氣的建筑節(jié)能，在未來(lái)5年里，工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能降耗應(yīng)該是氣凝膠行業(yè)革命的主戰(zhàn)場(chǎng)。
第二步：走出去。世界那么大，我想去看看。這句當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流行語(yǔ)也適用于氣凝膠行業(yè)。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，當(dāng)氣凝膠行業(yè)在國(guó)內(nèi)站穩(wěn)腳跟后，走出去就是一個(gè)必然的選擇。只是說(shuō)中國(guó)當(dāng)前市場(chǎng)足夠大，足以培育出數(shù)家未來(lái)可能沖擊世界一流的氣凝膠企業(yè)，也是一個(gè)練兵的絕佳場(chǎng)地，如果因?yàn)槟承┦袌?chǎng)渠道，有機(jī)會(huì)做一些海外的訂單，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)依然需要高度重視。中國(guó)過(guò)去企業(yè)發(fā)展史表明，那些在國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)脫穎而出的優(yōu)秀企業(yè)，在殺向海外時(shí)候也往往表現(xiàn)不錯(cuò)，聯(lián)想、海爾、華為都是如此。當(dāng)然也可以先做海外市場(chǎng)再做國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，前提是你的海外市場(chǎng)渠道夠硬夠廣，而且你在海外擁有有足夠份量專利為你產(chǎn)品護(hù)航（貼牌加工企業(yè)不在本文討論之列）。
第三步：平臺(tái)化。這里所說(shuō)的平臺(tái)化意思是，國(guó)內(nèi)氣凝膠行業(yè)里的領(lǐng)先企業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)成為大型產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，企業(yè)自身呈平臺(tái)化發(fā)展的特點(diǎn)，也可稱為依托于近似核心技術(shù)平臺(tái)的有限多元化，類似目前杜邦、3M和巴斯夫等企業(yè)。盡管企業(yè)主業(yè)可能還是二氧化硅氣凝膠，主要通途可能還是超級(jí)絕熱材料，但是其他氧化鋁氣凝膠、氧化鈦氣凝膠、碳?xì)饽z等也獲得了產(chǎn)業(yè)化，氣凝膠的批量應(yīng)用領(lǐng)域也得到很大擴(kuò)展，吸附催化、吸音隔音、絕緣、防爆、激光靶材、儲(chǔ)能、海水淡化、分形研究、藥物緩釋、高強(qiáng)體育器材乃至一些我們現(xiàn)在還未可知的應(yīng)用等等，人們提到氣凝膠的時(shí)候，更多的注意到其納米孔結(jié)構(gòu)，不再簡(jiǎn)單視為是一種保溫材料，甚至入如國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的，氣凝膠成為類似于固體、液體、氣體、等離子體的第五種物質(zhì)形態(tài)。
同樣需要說(shuō)明的是，氣凝膠材料用途眾多，如果國(guó)內(nèi)氣凝膠企業(yè)根據(jù)自身情況，現(xiàn)在就進(jìn)入非二氧化硅氣凝膠產(chǎn)業(yè)化或氣凝膠非超級(jí)隔熱用途的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
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