Aérogel: "Isolation thermique"; Chaîne industrielle

Aerogel is currently known as the solid material with the lowest thermal conductivity and the lowest density. It has a long service life, super heat insulation performance, and super high fire resistance. It is known as "the magic material that changes the world". It is also known as "blue smoke" because it is as light as a mist and has a bluish color.

En raison de ses caractéristiques d'isolation thermique, il a été principalement utilisé dans l'aérospatiale, l'armée et la défense nationale au début, puis progressivement étendu à la pétrochimie, l'industrie, la construction, les transports, l'utilisation quotidienne et d'autres domaines; Les matériaux porteurs d'électrodes, les matériaux catalytiques, les matériaux de détection, les matériaux Nano - bactéricides, la libération de médicaments et de nombreux autres domaines émergents ont fait l'objet de recherches approfondies.

À l'heure actuelle, les tronçons inférieurs des aérogels sont principalement concentrés dans les domaines de l'isolation thermique des pipelines industriels tels que l'ingénierie pétrolière et gazière, l'isolation thermique industrielle, l'isolation thermique des bâtiments, etc. Entre - temps, il apportera des changements technologiques dans le domaine de l'isolation des batteries pour les nouveaux véhicules énergétiques.

Selon les données du rapport sur le développement de l'industrie chimique chinoise des nouveaux matériaux, le marché mondial des aérogels en 2021 est d'environ 870 millions de dollars américains et devrait atteindre 3743 milliards de dollars américains d'ici 2030, avec un taux de croissance annuel composé d'environ 17,6% au cours des 10 prochaines années.

En ce qui concerne les nouveaux véhicules énergétiques, l'aérogel peut résoudre efficacement le problème de l'isolation thermique des batteries au phosphate ferrique - lithium à basse température et le problème de la diffusion incontrôlée de la chaleur des batteries TERNAIRES à haute température.

Selon id techex, la part des revenus des aérogels sur le marché de la construction et des batteries augmentera rapidement à l'avenir.

Aperçu de l'industrie des aérogels

Aerogel est né en 1931, mais ce n'est que dans les années 1990 que les pays étrangers ont commencé à l'industrialiser.

Toutefois, en raison du coût élevé du processus de séchage, les premiers aérogels ne pouvaient être utilisés que dans les domaines aérospatial, militaire et pétrochimique.

Les aérogels domestiques commencent tard, le marché initial est occupé par les produits aérogels étrangers, le prix est élevé, la force de commercialisation est faible.

En 2012, le premier séchoir à aérosol à dioxyde de carbone supercritique de 1000l a été mis en service en Chine, ce qui a marqué la production à grande échelle de gel d'aréole. Après plusieurs itérations techniques, les coûts de production diminuent progressivement.

Avec l'augmentation des politiques nationales, l'augmentation des entreprises nationales d'aérogel, les progrès technologiques et la baisse des coûts, l'aérogel est entré dans la voie du développement rapide.

L'aérogel est un matériau solide avec une structure de réseau nanoporeux, les pores sont remplis de gaz. Cette structure n'a pas d'effet de convection, d'effet de baffle infini et d'effet de trajectoire infinie.

Le principe de l'isolation thermique est que les nanopores homogènes et denses et les Microstructures fractales à plusieurs niveaux peuvent efficacement prévenir la convection, réduire le rayonnement thermique et le transfert de chaleur.

Par rapport aux matériaux d'isolation thermique traditionnels, leur performance d'isolation thermique est 2 à 8 fois plus élevée que celle des matériaux traditionnels, de sorte qu'avec le même effet d'isolation thermique, les aérogels sont moins utilisés.

Le cycle de remplacement des aérogels est d'environ 20 ans, tandis que celui des matériaux isolants classiques est d'environ 5 ans, ce qui réduit le coût d'utilisation de l'ensemble du cycle de vie.

Mais ses défauts sont également très importants. À l'heure actuelle, l'équilibre entre le coût des matières premières et la durée de vie est un facteur important qui limite l'application des aérogels dans les matériaux isolants.

Selon Aspen Aerogel, le coût des matériaux représente environ 48% du coût total et le coût de fabrication environ 44%.

Plus précisément, les coûts de production des aérogels se concentrent principalement sur les sources de silicium brut, l'amortissement des équipements et la consommation d'énergie. Parmi eux, l'amortissement du matériel et le coût de la consommation d'énergie représentent environ 60% du coût total de la chaîne industrielle. La réduction efficace des coûts dépend, d'une part, de la percée du processus de préparation et, d'autre part, de l'industrialisation à grande échelle des matières premières à faible coût.

Par conséquent, la réduction des coûts des aérogels commence principalement par les coûts de séchage et les coûts des matières premières.

Chaîne industrielle des aérogels

La chaîne de l'industrie des aérogels comprend les précurseurs des aérogels en amont (sources inorganiques et organosiliciques), les produits de matériaux aérogels en amont et en aval, les équipements de production d'aérogels et les applications en aval.

L'orthosilicate d'éthyle et le Silane fonctionnel en amont sont des sources de silicium. Le feutre en fibre de verre ou le feutre en fibre de céramique sont des matrices; Milieu et aval de l'aérogel: traitement du substrat de l'aérogel, chargement de la source de silicium sur le substrat à l'aide de la technologie sol - gel, élimination des impuretés dans les pores de silicium à l'aide du procédé supercritique CO2, formation d'une bonne structure microporeuse, post - traitement et vente aux clients en aval.

En amont: source de silicium (précurseur)

Selon la structure et la composition du composé, la source de silicium peut être divisée en source de silicium organique et en source de silicium inorganique.

Les sources de silicone comprennent les Silanes fonctionnels, tels que les orthosilicates de méthyle (tmos) et d'éthyle (TEOS); Les sources de silicium inorganique comprennent le tétrachlorure de silicium, le silicate de sodium, etc.

À l'heure actuelle, la source de silicone est la voie principale, les principaux fabricants concernés comprennent Chenguang New Materials, Hongbai New Materials, Xin'an Co., Ltd., Ltd., jinhong Gas, etc.

Parmi eux, les entreprises qui ont un avantage de coût important dans l'ensemble de la chaîne industrielle comprennent morningue New Materials et Hongbai New Materials.

Morninguang New Materials est un leader dans l'industrie du Silane fonctionnel, avec une capacité de production de protosilicate d'éthyle et un avantage de coût remarquable. Les matières premières pénètrent dans le circuit des aérogels et ont l'avantage de l'ensemble de la chaîne industrielle; Panya microtrans, leader national de l'eptfe, a acquis une participation de 60% dans Dayin xisheng et est entré dans le domaine des aérogels.

Middle Reach: Aerogel Products

Les aérogels sont généralement utilisés sous forme de panneaux isolants, de feutres, de coussins et d'autres matériaux composites. Les aérogels eux - mêmes ont une faible résistance et une grande fragilité, et leur utilisation directe est limitée. Par conséquent, il est souvent combiné avec des polymères organiques et des matériaux renforcés de fibres pour produire des matériaux isolants rigides et flexibles.

Les matériaux composites couramment utilisés comprennent la fibre de verre, le fil pré - oxydé, la fibre céramique, etc. dans le processus d'utilisation spécifique, la surface extérieure du matériau composite aérogel peut également être recouverte de film, tissu de verre, etc., afin d'empêcher la chute et la rupture du matériau composite aérogel, et d'assurer davantage son intégrité pour maximiser l'effet d'isolation thermique.

Les principaux fabricants de produits aérogels comprennent Nano - Technology, Zhongke runzi, Chenguang New Materials, hongbei New Materials, Alison, ebei, Dongguan sixiang, jinna Technology, Jianghan New Materials, etc.

Middle Reach: Aerogel Equipment

Dans le processus de préparation de l'aérogel, l'étape de séchage est le processus le plus critique.

L'aérogel est préparé à partir d'une source de silicium inorganique ou d'un précurseur de source de silicium organique. L'aérogel humide est préparé en contrôlant le solvant, la température, le catalyseur, etc. l'aérogel humide est vieilli, modifié et séché pour obtenir l'aérogel.

À l'heure actuelle, les principales techniques utilisées dans l'industrialisation sont le séchage supercritique et le séchage atmosphérique. Parmi les autres technologies qui n'ont pas encore été produites en masse, mentionnons le lyophilisation sous vide et le séchage sous - critique.

La technologie de séchage supercritique est la première technologie à réaliser la préparation par lots d'aérogels, et elle est relativement mature, est également largement utilisée par les entreprises d'aérogels au pays et à l'étranger. Le séchage supercritique peut maintenir la structure squelettique complète du gel pendant le séchage.

En aval: côté Application

Avec l'appui de la politique, de nombreuses entreprises sont entrées dans l'industrie des aérogels, ce qui a accéléré l'expansion de la capacité de l'industrie.

Sinopec, PetroChina et d'autres entreprises ont pris l'initiative d'entrer dans le domaine de l'isolation des oléoducs et des gazoducs.

Dans le domaine des piles électriques, catl, Avic lithium, guoxian high tech et d'autres 10 principaux fabricants mondiaux de piles électriques achètent des produits aérogels.

Avec les progrès technologiques et l'expansion de l'échelle industrielle, on s'attend à ce que les aérogels remplacent progressivement les matériaux isolants traditionnels, en particulier dans l'industrie et l'équipement. L'ensemble de l'industrie passera de la période d'introduction à la période de croissance, et l'ensemble de la chaîne industrielle devrait saisir des possibilités de développement.