Аерогел: Анализ на индустриалната верига "Топлоизолация"

Аерогел понастоящем е известен като твърд материал с най-ниска топлопроводимост и най-ниска плътност. Той има дълъг експлоатационен живот, супер топлоизолация и супер висока пожароустойчивост. Той е известен като "магическият материал, който променя света". Известен е и като "син дим", защото е лек като мъгла и има синкав цвят.

Поради своята супер топлоизолация и други свойства, той се използва главно в авиокомпанията, военните и националните отбранителни полета в ранния етап, а след това постепенно се разширява до нефтохимическата, промишлеността, строителството, транспорта, ежедневната употреба и други области; в електродни носители, каталитични материали, сензорни материали, нано стерилизационни материали, освобождаване на лекарства и много други нововъзникващи области са широко проучени.

Понастоящем надолу по веригата на аерогел е концентрирана в топлоизолацията на промишлени тръбопроводи, като нефтени и газови проекти, промишлена топлоизолация и топлоизолация на строителни конструкции. В същото време тя ще донесе технологични промени в областта на топлоизолацията на батериите на нови енергийни превозни средства.

Според данните на доклада за развитието на индустрията за нови материали в Китай, глобалният пазар на аерогел ще бъде приблизително 870 млн. щатски долара през 2021 г. и се очаква да достигне 3,743 млрд. щатски долара през 2030 г., със комбиниран годишен темп на растеж от приблизително 17,6% през следващите 10 години.

По отношение на новите енергийни превозни средства аерогелът може ефективно да реши проблема с запазването на топлината на литиево-железните фосфатни батерии в нискотемпературни среди и проблема с термичната дифузия на тристранните батерии във високи температурни среди и е предпочитаният материал за топлоизолация на литиевите батерии.

Според данни на ИД ТекЕкс делът на приходите на аерогел на пазара на строителството и батериите ще нарасне бързо в бъдеще.

Преглед на индустрията "Aerogel"

Аерогел е роден през 1931 г., но едва през 90-те години на миналия век чуждите страни започват да го индустриализират.

Въпреки това, поради високата цена на процеса на сушене, ранните аерогели могат да се използват само във военните и нефтохимическите полета на космоса.

Вътрешният аерогел започна сравнително късно, а ранният пазар беше зает от чуждестранни аерогел продукти с високи цени и малки маркетингови усилия.

През 2012 г. е пуснато в производство първото вътрешно оборудване за сушене на аерогел с въглероден диоксид от 1000л, което маркира мащабното производство на ареогел. След няколко технически итерации производствените разходи постепенно се намаляват.

С увеличаването на вътрешните политики, увеличаването на местните аерогелови предприятия, напредъка на технологиите и непрекъснатия спад на разходите, аерогел навлезе в канал за бързо развитие.

Аерогел е твърд материал с нанопорьозна мрежова структура и пълен с газ в порите. Тази структура не носи ефект на конвекция, безкраен ефект на разцепване и безкраен ефект на дълъг път.

Принципът на топлоизолацията е, че равномерните и гъсти нанопори и многостепенната фрактална порна микроструктура могат ефективно да предотвратят конвекцията и да намалят топлинното лъчение и топлопреноса.

В сравнение с традиционните топлоизолационни материали топлоизолацията е 2-8 пъти по-голяма от тази на традиционните материали, така че количеството аерогел, използвано е по-малко при същия топлоизолационен ефект.

Цикълът на замяна на аерогел е около 20 години, докато цикълът на замяна на традиционните изолационни материали е около 5 години, така че разходите за използване на целия жизнен цикъл са по-ниски.

Но недостатъците му също са много очевидни. Понастоящем важният фактор, ограничаващ прилагането на аерогел в топлоизолационни материали, е балансът между разходите за суровините и експлоатационния живот.

Според данните на аерогели разходите за материали представляват около 48% от общите разходи, а производствените разходи представляват около 44%.

По-конкретно производствените разходи на аерогел са концентрирани главно в суровината източник на силиций, амортизацията на оборудването и консумацията на енергия. Сред тях амортизацията на оборудването и разходите за потребление на енергия представляват около 60% от общите разходи на промишлената верига. Ефективното намаляване на разходите зависи от пробива на процеса на подготовка, от една страна, и от друга страна чрез мащабната индустриализация на нискотарифни суровини.

Следователно намаляването на разходите за аерогел започва главно от разходите за сушене и разходите за суровини.

Индустриална верига Аерогел

Индустриалната верига за аерогел включва прекурсори на аерогел нагоре по веригата (източник на неорганичен силиций и източник на органичен силиций), продукти от материали за аерогел в средата на потока и оборудване за производство на аерогел и приложения надолу по веригата.

Тетраетил ортосиликат нагоре по веригата и функционален силан са източници на силиций; филц от стъклени влакна или филц от керамични влакна е матрицата; аерогел среден поток и надолу по веригата: обработка на аерогел субстрат, използвайки сол-гел технология за зареждане на силициевия източник върху матрицата, След това използвайте свръхкритичния процес за отстраняване на примесите в порите на силикагел, по-нататък формирайте добра микропорна структура и след това извършвайте следобработка и продажби на клиенти надолу по веригата.

Горен поток: източник на силиций (прекурсор)

Според различните съединени структури и компоненти силициевите източници могат да бъдат разделени на органични източници на силиций и неорганични източници на силиций.

Източниците на органичен силиций включват функционални силани като метил ортосиликат (TMOS) и етил ортосиликат (TEOS); неорганичните източници на силиций включват силициев тетрахлорид, натриев силикат и др.

Понастоящем източникът на органичен силиций е основният маршрут, а основните свързани производители включват Ченгуан Нови Материали, Хонгбай Нови Материали, Синан Ко ООД, Джинхонг Гази и др.

Сред тях компаниите със значителни икономически предимства в цялата индустриална верига включват Ченгуан Нови Материали и Хонгбай Нови Материали.

Ченгуан Нови Материали е лидер във функционалната силанова индустрия, има производствен капацитет на тетраетил ортосиликат и има значително предимство за разходите; Суровината се нарязва в аерогеловата писта, която има предимствата на цялата индустриална верига; Паня Микротранс е местният лидер на ЕПФЕ и е придобила 60% дялов капитал на Даин Ксишенг, за да влезе в полето на аерогел.

Среден поток: продукти от аерогел

Използването на аерогел материал обикновено е под формата на аерогел изолационни плочи, филц, стелки и други композитни материали. Самият аерогел материал има ниска якост и висока крехкост, а директната му употреба е ограничена. Ето защо, обикновено се комбинира с органични полимери и подсилени с влакна материали за приготвяне на твърди и гъвкави изолационни материали.

Често използваните композитни материали включват стъклени влакна, предварително окислена тел, керамични влакна и т.н. В специфичния процес на употреба външната повърхност на аерогеловия композитен материал може също да бъде покрита с филмови материали, стъклена кърпа и т.н., за да се предотврати падането и счупването на аерогеловия композитен материал и допълнително да се гарантира неговата цялост, за да се максимизира топлоизолационният ефект.

Основните производители на аерогел продукти включват Нано Технологии, Жонке Рунзи, Ченгуан Нови Материали, Хонгбай Нови Материали, Елисън, Одемарс Пигует, Донггуан Сиксиан, Джина Технологии, Дзянхан Нови Материали и др.

Среден поток: Aerogel Devices

В процеса на подготовка на аерогел стъпка на сушене е най-критичният процес.

Аерогелът се приготвя от неорганичен силициев източник или прекурсор на източник на органосилин, а мокър гел се приготвя чрез контролиране на разтворител, температура, катализатор и др., а мокър гел се отлежава, модифицира и изсушава, за да се получи аерогел.

Понастоящем основните технологии, използвани в индустриализацията, са свръхкритичната технология за сушене и технологията за сушене с атмосферно налягане. Други технологии, които все още не са масово произведени, включват вакуумно замразяване и субкритично сушене.

Свръхкритичната технология за сушене е най-ранната технология за реализиране на партидна подготовка на аерогел и е сравнително зряла, а също така е технология, широко използвана от аерогеловите предприятия у дома и в чужбина. Суперкритичното сушене може да поддържа непокътната скелетна структура на гела по време на процеса на сушене.

Надолу по веригата: страна на приложението

С подкрепата на политики, основани на огромното пазарно пространство на аерогеловите продукти, много компании навлязоха в аерогеловата индустрия, насърчавайки ускореното разширяване на производствения капацитет на индустрията.

Предприятия като Синопец и ПетроКитай са първите, които навлизат в областта на изолацията на нефтопроводи и газопроводи.

В областта на захранващите батерии, десетте най-добри производители на захранващи батерии в света, като литиева батерия и всички купуват аерогел продукти.

С напредъка на технологиите и по-нататъшния мащаб на индустрията се очаква постепенно да замени традиционните топлоизолационни материали, особено в областта на промишлеността и оборудването. Промишлеността като цяло ще премине от въведения период към периода на растеж, а цялата индустриална верига се очаква да въведе възможности за развитие.