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嘉峪檢測網 2021-01-16 18:59
01、氣凝膠概述
氣凝膠是一種隔熱性能優異的固體材料，具有高比表面積，納米級孔洞，低密度等特殊的微觀結構，基于這些結構在熱學方面表現出優異的性能。它的導熱率為0.012mw/mk、密度為0.16mg/cm3、比表面積在 400~1000m2/g、孔隙率為 90~99.8%， 它化學性能穩定，內部體積99%由氣體組成，是目前已知密度最小的固體。
1.1. 氣凝膠的產業化日趨成熟
氣凝膠從發現至今已經經歷過三次產業化，目前正處在第四次產業化浪潮的快速發展中。氣凝膠誕生于1931年，由 Steven.S.Kistler 在Nature雜志上發表《共聚擴散氣凝膠與果凍》標志著氣凝膠的發現。也正是 Kistler首次通過乙醇超臨界干燥技術， 制備出世界上第一塊氣凝膠——SiO2氣凝膠。
第一次產業化發生在 20 世紀 40 年代早期，但是由于高昂的成本，第一次產業化最終失敗。美國孟山都公司（MonsantoCorp.)與 Kistler 合作生產名為 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。但因為高昂的制造成 本及應用開發的滯后，孟山都公司于20世紀70年代終止了氣凝膠項目。
第二次產業化浪潮中，出現了不同技術方向的典型代表。（1）1984年，瑞典Airglass公司使用甲醇超臨界技術，該材料用于切倫科夫探測器；（2）1989 年，美國 Thermalux 公司使用CO?超臨界技術，由于經營不善，項目終止；（3）1992年，德國Hoechst公司以常壓干燥技術生產氣凝膠粉體，推動其在隔熱涂料、消光劑等多個領域的應用；（4）2003年，同濟大學開始發表常壓干燥的研究論文，中國技術工作者在常壓干燥領域的投入逐步增多。
第三次產業化發生在21世紀初，在這次產業化中誕生了著名的Aspen Aerogel和Cabot公司。1999年美國Aspen Systems公司承接美國宇航局的課題，成功制備出纖維復合的氣凝膠超級絕熱材料。2001年正式成立了Aspen Aerogel公司進行氣凝膠的商業化運作，開始將氣凝膠絕熱氈推廣應用至航天軍工、以及石化領域。由此開啟了氣凝膠材料第三次產業化浪潮，氣凝膠終于找到了一個好的商業化產品模型。2003年全球領先的特種化學品和高性能材料公司Cabot通過兼并德國 Hoechst， 掌握了常壓干燥制備SiO2氣凝膠材料的生產技術，成立了氣凝膠專業公司，主要產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用。2004年國內開始出現從事氣凝膠材料產業化研究的企業。
第四次產業化主要發生在國內，隨著氣凝膠工藝成本的降低和產業規模的不斷擴大，一些新興應用不斷開發出來，氣凝膠市場日益成熟。2010年開始，國內首批氣凝膠生產企業陸續成功開拓了工業設備管道節能、新能源汽車安全防護、軌交車廂及船體防火隔熱保溫的應用市場。2017年，我國發布了《納米孔氣凝膠復合絕熱制 品》（GB/T34336-2017）國家標準；同年，氣凝膠被列入國家重點節能低碳技術推廣目錄。2019年，我國氣凝膠產量 7.82萬立方米，2019年我國氣凝膠市場規模約為11.23億元。
1.2. 國內氣凝膠產業逆境崛起
氣凝膠產業逆境崛起，國內不斷重視并快速發展。2016年，美國阿斯彭氣凝膠股份有限公司（Aspen Aerogels）向美國國際貿易委員會（ITC）提起了 337調查申請， 稱來自中國的兩家企業的產品侵犯其復合氣凝膠隔熱材料和制造方法相關的專利權，請求ITC發布一般排除令（或有限排除令）和禁止令。2018 年，ITC對氣凝膠隔熱復合材料及其制造工藝做出337調查部分終裁：裁定兩家中國公司存在侵犯知識產權的行為。此次調查事件引起了國內氣凝膠行業及科研人員對氣凝膠專利產權的高度重視。
2010年之后專利和申請人數量增長迅速。從專利檢索數據來看，氣凝膠專利申請中年度新增的申請人數量逐年快速增加，每年有大量新增申請人涌入氣凝膠領域。從國內氣凝膠專利申請人排名來看，排名前二十位的，三分之二為高校和科研院所， 企業申請人相對較少，且平均專利申請數量不到50，授權發明量更少。從發明專利的技術方向來看，目前主要集中在氣凝膠制備工藝及設備上，這也是氣凝膠產業化的需要重點突破的方向。從國內氣凝膠專利申請情況來看，氣凝膠產業目前處于產業化初期，已經有大批企業和研發機構涌入這一領域。
政策支持逐步明確，氣凝膠推手頻出。國際頂級權威學術雜志《科學》雜志在第250期將氣凝膠被列為十大熱門科學技術之一，稱之為可以改變世界的多功能新材料。2014年和2015年，發改委連續兩年將氣凝膠材料列為《國家重點節能低碳技術推廣目錄》，開始了對氣凝膠材料的初步推廣應用。2018年6月氣凝膠被列入建材新興產業，同年9月發布第一個氣凝膠材料方面的國家標準，2019年12月國家發改 委發布文件鼓勵氣凝膠節能材料，2020年11月，《氣凝膠保溫隔熱涂料系統技術標準》啟用，有利于規范氣凝膠保溫隔熱涂料在建筑工程中的應用，為建筑領域新建、 擴建和既有建筑改造工程中氣凝膠應用的設計、施工和驗收提供了技術保證。
據中國石油管道科技研究中心評估，以350℃蒸汽管道的保溫應用為例，相比于傳統保溫材料，氣凝膠的保溫厚度減少2/3，節約能耗40%以上，每公里管道每年可減少二氧化碳排放125噸。
隨著氣凝膠行業進入企業不斷增多，產品應用不斷擴寬，市場規模不斷擴大，技術研發速度加快，產品價格顯著降低，行業領先的公司進入快速增長階段，目前國內尚沒有一家企業形成穩固的龍頭地位，掌握低成本核心技術和一定市場資源的企業將獲得巨大發展空間，整個行業將進入快速發展的窗口期。
1.3. 氣凝膠的種類
氣凝膠可分為無機氣凝膠、有機氣凝膠、混合氣凝膠和復合氣凝膠。常見的氣凝膠主要是硅氣凝膠、碳氣凝膠和二氧化硅氣凝膠，新進發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（＞1000℃）容易發生晶型轉變及顆粒的燒結，其耐溫性相對較差，但是其在中高溫區（＜1000℃）具備較低的熱導率。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3kg/m3，室溫熱導率可低達12mW/（m·K）。SiO2氣凝膠材料通常是將與 紅外遮光劑以及增強體進行復合，以提高SiO2氣凝膠的隔熱和力學性能，使其既具有實用價值的納米孔超級絕熱材料，同時還兼有良好的隔熱和力學性能，主要應用于航空航天、軍事、電子、建筑、家電和工業管道等領域的保溫隔熱。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；常用的增強材料有陶瓷纖維、無堿超細玻璃纖維、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氣凝膠的高溫熱導率更低，更適宜于高溫段的隔熱應用，在作為高溫隔熱保溫材料方面具有極大的應用潛力。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流，孔隙率極高，固體所占的體積比很低，使氣凝膠的熱導率很低。目前關于ZrO2氣凝膠應用于隔熱領域的報道還比較少，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構、使其具有更輕質量、更小體積達到等效的隔熱效果，同時具有高孔隙率、高比表面積和開放的織態結構，在催化劑和催化載體方面具有潛在的應用價值。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以及超級電容器。
1.3.2. 炭氣凝膠與碳化物凝膠材料
炭氣凝膠最大的特點就是其在惰性及真空氛圍下高達2000℃的耐溫性，石墨化后耐溫性能甚至能達到3000℃，而且炭氣凝膠中的炭納米顆粒本身就具備對紅外輻射極好的吸收性能，從而產生類似于紅外遮光劑的效果，因此其高溫熱導率較低。但是在有氧條件下，炭氣凝膠在 350℃以上便發生氧化，這使得其在高溫隔熱領域的應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，阻止氧氣的進一步擴散，將使該材料具備極大的應用前景。
碳化物材料具備極好的抗氧化性能，但是其本身熱導率較高，將其制成含有三維立體網絡狀結構的氣凝膠，可以極大地降低材料的熱導率，進一步提高材料的隔熱性能。目前國內外對于碳化物氣凝膠的研究還相對較少，特別是對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，對于其作為高效隔熱材料的研究也較為匱乏，僅限于對該材料的制備與表征。
1.4. SiO2氣凝膠的制備
由于 SiO2氣凝膠是目前產業化最成熟的產品，該類氣凝膠的制備包括兩種方法：干燥法和溶膠-凝膠法。目前產業化中主要使用的技術是干燥技術。
1.4.1. 干燥技術
目前產業化中主要使用的技術是超臨界干燥技術和常壓干燥技術，其他尚未實現批量生產技術還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。
超臨界干燥技術是最早實現批量制備氣凝膠技術，已經較為成熟，也是目前國內外氣凝膠企業采用較多的技術。超臨界干燥可以實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構。
常壓干燥技術一種新型的氣凝膠制備工藝，是當前研究最活躍，發展潛力最大的氣凝膠批產技術。其原理是采用疏水基團對凝膠骨架進行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結合并提高彈性，同時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異的氣凝膠材料。
相比超臨界干燥技術，常壓干燥技術在設備投入、硅源上均具有顯著的成本優勢， 在技術上存在一定的門檻，適合于后期氣凝膠的大規模量產。
1.4.2. 溶膠-凝膠法
通過硅源物質的水解和縮聚獲得具有三維網絡結構的SiO2凝膠，反應生成以 ≡Si-O-Si≡為主體的聚合物，再經過老化階段后，形成網絡結構的凝膠。在凝膠形成的過程中，部分水解的有機硅發生縮聚反應，縮聚的硅氧鏈上未水解的基團可繼續水解。通過調節反應溶液的酸堿度，控制水解-縮聚過程中水解反應和縮聚反應的相對速率，可得到凝膠結構。在酸性條件下（pH=2.0~5.0），水解速率較快，有利于成核反應形成較多的核；在堿性條件下，有利于核的長大及交聯，易形成致密的膠體顆粒。強堿性或高溫條件下SiO2的溶解度增大，使最終凝膠結構形成膠粒聚集體。
1.4.3. 氣凝膠改性賦予其更強性能
氣凝膠材料本身具有強度低、脆性高的缺點，為了克服這一缺點，需要對氣凝膠材料進行改性，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／增韌材料，制備復合氣凝膠材料。
復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粒或者粉末，再加入摻雜材料和黏結劑，經模壓或注塑成型制成二次成型的復合體。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合材料的應用目的而定。
氣凝膠可與玻璃纖維、陶瓷纖維或者碳纖維進行復合，提高體系的結合力，使表面不易脆裂粉化。常見的產品如氣凝膠玻璃纖維氈、氣凝膠陶瓷纖維氈、預氧化纖維等，該類產品主要應用于管道爐體等保溫隔熱，可取代聚氨酯泡沫、石棉保溫墊、 硅酸鹽纖維等不環保、保溫性能差的傳統柔性保溫材料。
在氣凝膠基體材料表面與更高強度與韌性的材料進行復合，可提高整個材料體系的強度，拓寬更多的應用領域。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，不適合長時間在高溫、壓縮和振動條件下使用。為解決該問題，市場上出現了一種新的氣凝膠材料復合辦法。在氣凝膠復合層的外部覆蓋一層更高強度、高韌性的材料如膨體聚四氟乙烯和阻燃 PET纖維的復合層，這類材料能夠應用在汽車隔熱等特殊領域。
氣凝膠材料也可用作涂覆材料，在基體表面添加隔熱保護。將氣凝膠顆粒以及粘合劑、阻燃劑、發泡劑進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同使用，獲得更好的阻燃性的同時也能夠提高材料的強度和韌性。有一種 Sb2O3-SiO2復合氣凝膠無機阻燃劑，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生了牢固的界面粘合力，提高了復合氣凝膠阻燃劑在聚合物熔體中的分散性、流動性，提高了阻燃效果，減少了因添加無機類阻燃劑給聚合物基體造成的力學性能的損失。
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、宇航服及特種作業服等領域。該材料擁有良好的保溫性、隔熱性、耐磨性、防水性、防風型，導熱系數低于 0.05W/(m·K)， 比羽絨羊毛導熱系數還低。
02、氣凝膠應用廣泛
氣凝膠材料由于其優異的保溫隔熱性能，應用領域廣泛，主要分布在能源設備、交 通、建筑材料、服裝等領域，潛在規模巨大，我們判斷全球市場空間在百億美元以上。
整體處于生命周期的成長期，多領域蓬勃發展。據 IDTechEX Research 提及，由于氣凝膠技術近年來才逐漸進步，目前大多數應用領域仍處于氣凝膠推廣的早期及成 長期，區域能源、建筑建造、服裝、日化、LNG管道等領域發展較快。目前應用相對成熟的領域主要是油氣管道（LNG管道除外）、煉化項目、工業隔熱等。
建筑建造、交通領域將會獲得更快增長。2019年氣凝膠下游大部分應用集中于油氣 項目（56%）、工業隔熱（26%），該兩部分市場占比 82%，建筑建造占比6%，交通項目占比3%。而 IDTechEX Research 分析，2024年建筑建造領域的占比將會提升，應用占比預計較原來提升一倍，占比接近12%，到 2029年，建筑建造占比將會達 到接近18%，交通領域也會提升至 5%，而傳統油氣領域占比將降低到41%，建筑 建造以及新興領域將成為主要消費驅動。
2.1. 能化領域是目前最大下游，保溫防水應用成熟
氣凝膠材料在能化領域主要應用在能源基礎設施的外保溫材料，包含蒸餾塔、反應管道、儲罐、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，發電廠設備保溫材料等。
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反應，當氣凝膠具有相同的保溫效果時，氣凝膠保溫層所需的厚度或間距較小，綜合成本顯著降低。 管道保溫應用環境復雜，既有室內保溫，也有室外保溫，還有直埋管道保溫。與室內外管道保溫相比，氣凝膠氈作為保溫材料在直埋管道保溫中的應用凸顯了氣凝膠的突出特點，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。
與傳統保溫材料復合，有望達到最佳經濟性。氣凝膠主要應用領域為隔熱保溫，而作為尚未大規模普及的新型材料，氣凝膠保溫材料的劣勢在于價格較高，初始投資較大。但由于其優異的耐老化性、尺寸穩定性、疏水性、隔熱性能及易于施工的優 勢，其在投入使用一定的時間后，就會體現出綜合優勢。根據中國石油管道科技研究中心研究，將三種保溫方案對蒸汽管道以及地上管道上氣凝膠材料與傳統保溫材料的保溫性能、初始投資費用、以及運行維護成本進行了對比，發現在管道上使用氣凝膠材料較傳統保溫材料具有較大綜合優勢。使用氣凝膠材料所節約的能源和運行維護費用（主要指更換傳統保溫層的材料和人工費用)，可在2～4年內超過初期多花費的投資。在隨后的利用過程中，可持續因能源節約和減少保溫層更換次數為 管道運營商節省開支。此外，當管道內外溫差較大、年加熱時長較長、加熱燃料或電能漲價時，復合使用氣凝膠材料和傳統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，會產生一定程度的弧度，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、不易破碎、切割非常方便。與傳統保溫材料相比，施工效率提高30%以上，也避免了傳統保溫材料后期使用不便維護的擔憂。
雖然氣凝膠保溫的初期投資較傳統材料偏高，但其諸多的優良性能、持久的節能收益、顯著的綠色環保優勢，使之成為一種綜合性價比較高的節能產品。高溫蒸汽、 導熱油以及工藝流體介質管線是熱電、煉油、化工等領域至關重要的設備，管道常 年暴露于空氣中，其熱損失占整個廠區自然熱損失的絕大部分，且所輸送介質能量 保持率直接關系到產品的保質保量水平，所以選用優良的保溫材料至關重要。目前全球大型石化企業如埃克森美孚、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。
國內大煉化產業快速崛起，氣凝膠應用場景放大。據資料顯示，2019年我國煉油能力已超過8.5億噸，2020~2023年，我國將新增煉油能力1.65億噸，增長19.4%，全球2020~2025年將會新增煉能約2.67億噸，中國以及全球煉能的擴張將為氣凝膠復材帶來一定的增長空間。
能化領域是目前氣凝膠材料主要的應用市場，根據 Aspen Aerogel 19年年報預測， 能化領域的全球市場空間約31億美元。
2.2. 新能源將成為交通領域主要增長引擎
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，也能夠發揮阻燃性能應用于汽車內飾材料中。
2.2.1. 動力電池應用呼之欲出，有望解決安全痛點
氣凝膠高溫耐受能力解決三元電池安全痛點。當車載電池長時間輸出電能后，電池內長時間進行化學反應會使得電池體明顯發熱，存在燃燒、爆炸的風險。傳統的芯模組都是采用塑料隔板將電池相互隔開，并沒有實際用處，這樣不僅重量大還無法起到保護作用，且容易造成電池溫度過高導致隔板溶解、著火等問題。現有的采用的防護氈結構簡單，容易變形，使其不能很好地與電池組全面接觸，且在電池發熱嚴重時其并不能起到很好的隔熱效果，而氣凝膠復合材料的出現有望解決這一痛點。
三元電池對安全性要求更高。其優勢在于儲能密度和抗低溫兩個方面：1）儲能密度，三元鋰電池能量密度在 170~200Wh/kg，后期能量密度還會進一步提升，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30%以上。但由于三元電池能量密度更高，電池的穩定性和安全性相對較差，在使用時更依賴高性能的阻燃材料來增強三元電池體系的安全性能。
動力電池發展迅猛，三元電池占主要份額。數據顯示，2020年1~7月，我國動力電池裝車量累計22.5GWh。其中三元電池裝車量累計15.9GWh，占總裝車量70.6%；磷酸鐵鋰電池裝車量累計6.5GWh，占總裝車量28.8%，預計 2025年全球三元正極出貨量達到150萬噸。
氣凝膠復合材料作為阻燃材料，相比于傳統阻燃材料具有質輕、阻燃性能優異、環保性能好等優點。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，具有優良的絕熱阻燃性能，將氣凝膠與工程材料復合而成的氣凝膠復合材料具有極為優異的阻燃性能。泛亞微透開發的SiO2氣凝膠玻纖氈復合材料，該類材料在常溫25℃環境下，導熱系數可以達到0.017W/(m·k)以下，在600℃高溫環境下，導熱系數介于 0.047~0.066W/(m·k)之間，它能夠將電池包高溫耐受能力提高至800℃以上。
該類氣凝膠復合材料可以耐受住電池包短路造成的高溫能量瞬間沖擊，更好地解決動力電池安全問題。根據《電動客車安全技術條件》要求，可充電儲能系統（或安 裝艙體）與客艙之間應使用阻燃隔熱材料隔離，該材料的燃燒性能應符合 GB8624-2012 中規定的A級不燃要求，并且在300℃時導熱系數應小于等于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。該材料達到了新能源汽車要求的UL94的V0級不燃的性能指標，在400℃時的導熱系數小于等于0.04W/（m•k），在800℃高溫下能夠長期工作，滿足了鋰離子動力電池芯在發生撞擊短路或過沖電發熱自燃的條件下，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大延展。
預計2025年氣凝膠復合材料在國內新能源汽車市場的潛在規模約6.28億美元。根據Aspen Aerogel 19年年報，氣凝膠材料近年平均價格約為30美元/平方米，每輛新能源汽車約需要2~5平方米的氣凝膠復合材料，則每輛新能源汽車平均需要價值105美元的氣凝膠復合材料。根據《新能源汽車產業發展規劃（2021~2035 年）》中要求，2025年時，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右，工業和信息化部副部長辛國斌表示，按照規劃每年的年復合增長率必須達到30%以上。
預計2025年氣凝膠復合材料在全球新能源汽車市場的潛在規模約15.75億美元， 2030年達到31.50億美元。新能源汽車也是全球主流發展方向，根據主流車企的規劃目標，對應全球銷量在2025年將接近1500萬輛，在2030年將達到3000萬輛。
2.2.2. 汽車傳統應用亦存在優化空間
氣凝膠阻燃復材不僅有更好的阻燃性能和疏水性能，還可以增強材料基體的強度使其韌性得以提高。二氧化硅氣凝膠經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生了牢固的界面粘合力，提高了復合氣凝膠阻燃劑 在聚合物熔體中的分散性、流動性、提高了阻燃效果，其中改性后的橡膠熱穩定性、 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同使用，共同制備出性能更加優越的阻燃材料，潛在市場空間也較大。氣凝膠阻燃材料也可廣泛的應用于不同場景，如汽車的不同部位， 如座椅阻燃內襯以及車身阻燃內襯，可對傳統隔熱阻燃材料進行替代。其阻燃性可遏制火勢蔓延，低煙密度特性會降低火災的殺傷力，大幅降低火災隱患，保護乘客安全。
2.3. 建筑建材賽道大，有望成氣凝膠滲透最快領域
氣凝膠在建材領域主要應用于墻體保溫材料、保溫涂料以及節能玻璃中，面向新建建筑和既有建筑節能改造兩大場景。我國日漸完善的建筑能耗標準和逐步建立的建 筑節能運行監管體系將推動建筑墻體保溫材料行業快速發展；近年房地產市場向著 高質量邁進，開發投資增速連年保持在10%左右，將帶動保溫建材市場快速發展。我們對市場空間進行中期估算，未來十年我國氣凝膠用在建筑建材的潛在市場規模約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. 內外墻滲透率將顯著提升
根據使用位臵的不同，建筑的墻體保溫材料一般可以分為外墻保溫材料和內墻保溫材料，氣凝膠的應用可以大大提升墻體的保溫和阻燃性能，并且能夠降低環境影響。
預計到2030年，用于外墻保溫的氣凝膠材料國內市場規模為11億美元；用于內墻保溫的氣凝膠材料國內市場規模為9億美元，合計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苛保溫要求的特種建筑，應用前景樂觀，測算潛在市場規模將達到11億美元。外墻保溫材料按照可燃程度分為 A、B1、B2 和 B3共四個等級，目前在建筑上常用的是B1和B2等級的產品，主要有聚苯板、聚氨酯等。聚苯板價格低廉、應用廣泛，但是受熱容 易變形；聚氨酯性能更加理想，是歐美國家主流的外墻保溫材料，但其在中國市場 滲透率不足10%。我國目前擁有世界上最大的建筑市場，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倍計算，2019年新增外墻面積為6.72億平方米。假設未來十年我國房屋竣工面積的復合增長率按照市場上的中性假設為 3%，氣凝膠材料能夠搶占部分高端市場，參考目前聚氨酯材料在中國建筑保溫市場10%的滲透率。那么至2030年，新增外墻面積達9.3億平米，假設按照10%的滲透 率計算，氣凝膠材料在外墻中的應用量達9302萬平方米。現有的技術專利顯示， 大多數氣凝膠材料是以單層毛氈的形式應用于墻體材料中，按照10mm氣凝膠氈80元/平方米測算，氣凝膠外墻保溫材料的潛在市場規模可達11億美元。
氣凝膠憑借其阻熱能力強、輕質、無毒、易降解等優勢，成為一種理想的內墻保溫材料，測算潛在市場規模達到9億美元。由于氣候和生活習慣差異，我國南、北方對內墻保溫材料的偏好呈現明顯的不同，內墻保溫材料在北方更加受到青睞，目前 常用的內墻保溫材料主要有聚氨酯發泡材料和保溫板材，其中以后者為主。2019年房屋竣工面積為9.6億平方米，內墻面積通常按照建筑面積 2.7倍計算，2019年新增內墻面積為25.92億平方米。內墻保溫材料的需求主要存在于我國長江以北的地 區，則存在內墻保溫材料需求的面積約占全國新增內墻面積 55%。據《新型墻材推 廣應用行動方案》要求，新建建筑中新型保溫墻材應用比例需要達到 90%，則新增保溫內墻面積約為12.83億平方米。假設未來十年我國房屋竣工面積的復合增長率 為3%，假設氣凝膠內墻應用滲透率達到 2%，那么至2030年，我國新增內墻面積35.88億平方米，氣凝膠內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/平方米測算，氣凝膠內墻保溫材料的潛在市場規模可達9億美元。
2.3.2. 建筑涂料新市場有望打開
保溫涂料是涂料市場的一個分支，氣凝膠材料將參與到未來涂料市場的競爭中。 2019年全球涂料市場規模約9195億元，其中建筑涂料占比39%，中國涂料市場為3000億元，建筑涂料占比29%。
一般而言，涂料根據化學屬性可以分為有機涂料和無機涂料，其中有機涂料按用途可以分為建筑涂料、OEM涂料（Original Equipment Manufacture，相當于國內常用的工業涂料）和特種涂料三大類。
氣凝膠涂料具有防火阻燃、隔音降噪、降低建筑無機垃圾處理難度，簡化施工工序等優點，后期將廣泛應用在涂料市場。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，或與無機粘結劑體系復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，無機體系，安全環保，關注度較高。
國內用于建筑保溫的氣凝膠涂料潛在市場規模達9億美元。從市場需求看，保溫屬 性可以使普通建筑涂料廣受歡迎。2019年中國建筑涂料產量為694萬噸，同比增長7%。2019年我國建筑涂料人均產量僅為 5.0 千克/人，顯著低于美國的7.9千克/人，隨著未來存量需求的不斷釋放，人均產量的提升將帶動建筑涂料產量的不斷增長，同時輕量、環保且具有保溫特性的氣凝膠涂料也會受到更多消費者的青睞。假設十 年內我國人均建筑涂料產量達到7.9千克/人，則 2030年我國建筑建筑涂料產量為1106萬噸，同時考慮到客戶對功能性建筑涂料的青睞，我們假設未來十年內，氣凝膠環保類保溫涂料的市場滲透率為10%。按照目前幾種氣凝膠涂料專利方法中氣凝膠質量組分情況，假設涂料中添加氣凝膠質量占比為12%，則我國每年有5.3萬噸的氣凝膠涂料需求，按照目前 SiO2氣凝膠涂料的市場價45元/kg進行計算，則該應用領域的潛在市場約9億美元。
2.3.3. 氣凝膠玻璃對Low-E玻璃形成替代
氣凝膠材料也可制備節能玻璃，對傳統的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”結構，具有很好的保溫隔熱、隔音、防火等性能。氣凝膠節能玻璃可用于節能要求較高的建筑，同時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。相對于其他種類玻璃而言，氣凝膠玻璃能幫助建筑更好地實現節能與舒適、環境方面三者平衡。
2.4. 高科技服裝逐步打開應用
氣凝膠材料用來制作戶外防護用品具有較大優勢，能夠加工出更加輕薄且保溫性能同樣優異的衣物。氣凝膠制作的材料熱導率比市面上羽絨服填充物白鴨絨低，是空氣熱導率的一半。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保暖服裝的1/4。
目前國內應用氣凝膠技術制作成衣的廠商主要有 OROS、SUPILD、龍牙等，OROS是一家于2015年在 Kickstarter網站上通過眾籌活動成立的高科技外套生產商，主要 為戶外探險提供外套和沖鋒衣，其產品采用 SolarCore氣凝膠隔熱材料，這種材料 與美國國家航空航天局(NASA)在最惡劣的環境中使用的保護火星探測器和宇航服 的絕緣材料類似。SUPILD是一家專注于開發及運用紡織新材料的先進科技服飾品 牌，分別在美國硅谷及中國上海兩地建立了新材料研發中心和供應鏈中心，已經獲 得了國內首份正式推向市場的氣凝膠服裝專利，成為中國氣凝膠服裝的開創者。
氣凝膠應用于服裝制品可通過與復合纖維無紡布協同成復合材料，例如P棉 （Primalloft 保溫棉）將氣凝膠融合至復合纖維內部，提高氣凝膠本身的機械性能， 同時讓纖維具有更加優異的隔熱保溫性能，也可以通過與聚酯纖維完美結合制備出氣凝膠纖維。根據相關專利數據，根據無紡布厚度和克數不同，通過相關制備工藝可以制成1~3mm厚，摻雜氣凝膠濃度為200~400g/㎡的二氧化硅氣凝膠復合材料。
03、氣凝膠利于國內發展
與傳統保溫材料相比，氣凝膠優勢明顯，但缺點也仍然突出：生產成本高昂，產品價格昂貴。氣凝膠的生產成本主要集中在原材料硅源、設備折舊以及能耗方面。其 中設備折舊以及能耗成本約占產業鏈總成本的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模產業化實現。
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業鏈總成本的60%，根據美國 國家航空航天局數據，每磅氣凝膠平均制造成本高達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備為高壓釜，一般工作壓力高達7~20MPa，屬于特種設備中的壓力容器，設備系統較為復雜，運行和維護成本也較高，擴大生產規模的固定資產投入巨大。氣凝膠未來如果迎接建筑保溫的巨大市場，就需要達到年產50萬立方米以上，采用超臨界干燥技術的設備投入將高達數十億，十分不利于氣凝膠企業的規模擴張。而常壓干燥技術隨著規模擴大，投入產出比會進一步提高，實現以較少投資獲得較大生產規模，因而更能適應未來大規模生產的需要。此外，受限于硅源，超臨界的原料成本降低空間有限，只能通過優化系統提高生產效率，而常壓干燥對廉價硅源有較強接納能力，流程優化方面也有較高自由度，因而擁有更大的成本下降空間。
2004 年我國氣凝膠材料商業化以來，氣凝膠制備工藝優化取得了持續突破性進展。制備成本大幅下降。氣凝膠材料走出實驗室，實現了從年產千立方米到萬立方米級的規模化生產，而制備工藝也逐步實現更新換代，用成本較低的無機硅源搭配優化 的常壓制備工藝取代原有的成本較高、周期較長的有機硅源超臨界制備工藝，所生產出的氣凝膠質量達到了超臨界干燥工藝的技術指標，且大大縮短了投資回報期， 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。我們預計未來氣凝膠制備的發展方向仍為常壓干燥技術的硅源選擇和流程組合優化，制備成本將進一步降低至與傳統保溫材料制備相當。而超臨界技術雖然制備成本的下降難度較大，但由于產品純度極高，在軍工、航天等特殊領域市場具有不可替代性，未來將共存于市場。
3.2. 硅源供給得到釋放，緩解成本端壓力
硅源材料根據干燥方式以及制備方法種類的不同，主要分為無機硅源，包括四氯化硅和水玻璃，以及有機硅源，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。現在TMOS價格500ML在300~400元之間，TEOS價格500ML在50~100元之間；而水玻璃價格在500~1000元/噸，四氯化硅價格在5000~6000元/噸，相比之下有機硅源的成本要高很多。水玻璃價格低廉，但是雜質較多，去除雜質的工藝較為繁瑣，目前主要應用于常壓干燥技術中。
3.2.1. 四氯化硅供給充足，支撐常壓工藝發展
四氯化硅作為無機硅源，其兼備的成本優勢以及雜質去除技術的突破為循環利用創造了條件。四氯化硅大部分為多晶硅副產物。我國從2015年至今，國內企業已經打破國外技術壁壘，提純技術已經在不斷突破，在金屬離子雜質的去除方面已有較好的表現，并且實現了電子級四氯化硅的產業化生產。通過副產物四氯化硅制備氣凝膠，可以將多晶硅產業和氣凝膠產業結合，形成產業鏈，變廢為寶。據統計每生產1千克多晶硅將產生10～15千克四氯化硅，隨著多晶硅下游光伏行業的快速發 展，2015-2019 年中國多晶硅年產量從16.5萬噸增長至34.2萬噸，復合增速20%。預計到2025年我國多晶硅年產量將達到102.2 萬噸，副產的四氯化硅就將達1022萬～1533萬噸。原材料充足以及產業鏈一體化的形成將有效降低氣凝膠材料成本中樞，在市場上的替代效應更為明顯。
3.2.2. 功能性硅烷需求景氣帶動供給擴張，解決超臨界工藝的硅源問題
有機硅源純度高，工藝適應性好，可同時滿足超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝的純度要求，目前國內外采用超臨界干燥工藝的企業基本上都是采用有機硅源。據市場調研機構Markets and Markets發布報告顯示，全球功能性硅烷市場規模將從2015年的13.3億美元增加至2020年的17億美元，年復合增長率約為 5%。其中亞太地 區硅烷需求強勁，是推動全球硅烷市場增長的主要因素。中國作為世界主要硅烷消費國，將引領亞太地區硅烷市場的發展。此外，巴西和印度等其他新型經濟體硅烷市場也將伴隨本國經濟增長而逐步壯大。全球功能性硅烷主要用于橡膠加工、粘合劑、復合材料等領域。供應端，2018年全球功能性硅烷產能約為59.6萬/噸，產量約為41.5萬/噸。中國是最大的生產大國，其目前的產能占到了世界產能的68.4%。其次是美國、日本和德國，產能分別占比8.9%、7.8%和6.1%，另外還有英國、意大利、韓國、比利時和新加坡，分別占比2.0%、1.9%、1.1%、0.8%和0.5%。雖然東南亞地區目前產能占比較小，但未來上漲空間較大。
根據德國瓦克年度報告，人均GDP水平與人均有機硅消費量基本呈正比關系，而且低收入國家有機硅需求增長對收入增長的彈性更大。近年來，伴隨著經濟快速增長，我國已成為全球最大的功能性硅烷生產、消費與出口國。
我國功能性硅烷價格有望下行。根據SAGSI數據統計，2011~2019 年，我國功能性硅烷產能由18.80萬噸迅速增長到43.1萬噸，年產量也從11.1萬噸提高到27.9萬噸。2017年之前，由于產能擴張較快，伴隨供給側改革及環保督查等因素綜合影響下， 中小企業大面積關停，行業整體開工率不高。之后我國硅烷行業開工率持續改善， 分別在2017年和2018年達到58.6%和64.6%。2019年初以來，全球主要經濟體均出現不同程度的增長放緩跡象，以中美及歐美貿易摩擦、英國脫歐為代表的“逆全球化”行為進一步沖擊世界各國經濟。在下游需求增速有所放緩、行業供應能力繼續提高的情況下，2019年我國硅烷行業開工率同比基本保持穩定。伴隨2020年功能性硅烷生產企業晨光新材、宏柏新材等的上市和亞拓化工等項目投產，我國功能 性硅烷產能將新增超過16萬噸。供需差的進一步擴大有望帶動功能性硅烷平均價 格水平下降，為氣凝膠成本下降帶來空間。
硅烷交聯劑逐漸擺脫進口依賴。出口方面，2019年我國功能性硅烷出口量較2018年小幅下降，達到9.14萬噸，我國出口的硅烷品種主要為含硫硅烷，主要出口市場 為美國、印度、韓國、日本等國家或地區。我國進口的硅烷品種主要為環氧基硅烷 及交聯劑，主要來自美國、日本和韓國。而氣凝膠主要的有機硅源TMOS、TEOS、甲基三甲氧基硅烷等均屬于脫醇型交聯劑，這也是有機硅源成本昂貴的主要原因之一。隨著我國未來硅烷交聯劑產能的大幅擴張，氣凝膠的有機硅源將逐漸擺脫進口依賴，自給率提升帶來的成本效益會更加明顯。
市場趨勢來看，隨著新能源汽車、復合材料和表面處理等新興市場需求的壯大成熟， 加之我國功能性硅烷人均消費量仍低于發達國家，未來我國功能性硅烷的產銷量會 繼續增長，增速保持穩定。根據SAGSI估計，到2025年，功能性硅烷總產能將達到80.1萬噸，總產量將達到55.5萬噸，同期消費量將達34.1萬。規模效應以及供需的絕對差異增大會降低硅烷整體平均價格水平。
產品趨勢來看，經過多年的發展，我國功能性硅烷的品種、質量以及產量均得到大幅提升，隨著太陽能、鋰電池、LED燈具，5G網絡等新興行業發展迅猛，對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，中性膠需求增長較快，使得脫酮肟型膠成為市場主流，酸型膠則呈萎縮態勢，未來中性膠發展將是大勢所趨。此外，國內高端功能性硅烷發展非常迅猛，交聯劑等高端硅烷產品技術不斷突破，未來我國功能性硅烷將向著高端化、專一化、新型化方向發展。
競爭趨勢來看，最近幾年功能性硅烷行業在爆發式的增長后出現了明顯的整合，部分小企業陸續退出，產能向大型企業集中的趨勢較為明顯。2020年龍頭企業新產能 陸續投產，產能的大規模釋放將對功能性硅烷行業供需關系起到沖擊作用。且新增產能大部分為國內尚存缺口的硅烷種類，這部分缺口的填補將提高我國產品 的議價能力。
在現有隔熱保溫市場上，傳統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模化生產的實現，成本從兩三年前每平方米200元以上，到現在降到了100多元。但目前氣凝膠的價格與市場接受程度還有差距。一旦氣凝膠材料生產成本得以顯著下降，市場價格下降至可對比水平，市場規模就會急劇擴大。
04、海外氣凝膠企業成長復盤
根據 IDTechEx 2019 年發布的市場報告，企業發展所處生命周期可以分為概念階段、 早期半商業原型階段、半商業試運行階段、早期商業化階段、全面上市階段、市場滲透階段以及成熟階段。企業處于后兩個階段意味著已經在市場占據一定的份額， 其中包括Aspen Aerogels，Inc.、Cabot以及 Armacell Jios Aerogels Ltd(“AJA”)。
05、泛亞微透——國內ePTFE引領者，氣凝膠蓄勢待發
公司是ePTFE國內引領者，享受長尾利基市場。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品，從最初的傳統汽車裝配材料業務到ePTFE膜相關產品，立足產品多元，享受長尾利基市場。該類市場各個分類市場規模較小，但是隨著應用成熟放量，公司營收有望提速，公司毛利率和凈利率均長期處于較高的水平。
IPO募投SiO2氣凝膠系列材料，布局熱學應用領域，匹配不同客戶的差異化需求。 目前公司ePTFE膜及其組件業務已覆蓋“聲、電、氣”等方向，因此 ePTFE膜及其組件在“熱學”方向的產業化應用將是下一步戰略規劃的重要環節。SiO2氣凝膠是十分優良的保溫隔熱材料，而公司將 SiO2氣凝膠與ePTFE 膜結合形成的復合材 料還同時具備優秀的絕緣性、阻燃性以及柔韌性，可以被廣泛應用于消費電子、汽車、新能源、航空航天以及軍工等行業。通過實施本項目，公司將推出SiO2氣凝膠、 SiO2氣凝膠與 ePTFE膜復合材料以及SiO2氣凝膠玻纖氈復合材料等新產品。其中SiO2氣凝膠玻纖氈復合材料通過在SiO2氣凝膠制程中引入玻纖氈增強復合，將其高溫耐受能力提高至800℃以上，可以實現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膜復合材料同時具備優秀的絕緣性、阻燃性以及柔韌性，可以被應用于消費電子內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，該復合材料對重大輸氣輸油工程的管道也能起到高度隔熱防護功效，在極低的溫度環境中無凍裂，能夠長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降低且長期免維護。目前公司該復合材料作為隔熱隔音材料已被應用于上汽大眾途昂車型。
另外公司還研發了 SiO2氣凝膠玻纖氈復合材料，該材料主要應用于新能源動力電池包中，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取了寶貴的逃生時間。該產品在常溫25℃環境下，導熱系數可以達到 0.017W/(m·k)以下，在600℃高溫環境下，導熱系數介于0.047~0.066 W/(m·k)之間，產品性能超過上汽通用電池包對導熱系數的要求。據招股說明書披露，目前公司正在與寧德時代商談合作事宜。
募投項目的達產，將進一步增強公司在ePTFE膜及SiO2氣凝膠相關領域的行業領先地位。項目規劃位于武進區禮嘉鎮工業集中區，用地約40.5畝，規劃建設廠房、 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）膜生產線、ePTFE膜生產線、高耐水壓涂層精密涂布機、高耐水壓透聲 ePTFE 膜組件自動生產線、二 氧化硅氣凝膠生產線、激光切割機等45臺（套）生產設備、測試儀器及輔助設施， 達產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膜復合材料24萬平方米，消費電子用高耐水壓透聲 ePTFE改性膜10300平方米的生產能力。
來源：未來智庫
