一、氣凝膠材料概述

    （一）氣凝膠簡介

    氣凝膠，又稱為干凝膠，是化學溶液經反應，先形成溶膠，再凝膠化獲得的凝膠，除去凝膠中的溶劑，獲得的一種空間網狀結構中充滿氣體，外表呈固體狀密度極低的（接近空氣密度）多孔材料。

    氣凝膠是目前已知最輕的固體材料，也是迄今為止保溫性能最好的材料，在眾多領域有著廣泛而巨大的應用價值，被稱為“改變世界的神奇材料”。

    （二）氣凝膠分類

    氣凝膠因成分不同，主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳氣凝膠等。當前，二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目，技術也最為成熟，國內外氣凝膠的產業化發展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應用展開。

    （三）氣凝膠材料特性及應用

    氣凝膠在力學、聲學、熱學、光學等諸方面顯示出獨特性質，其中最為突出的是保溫隔熱性能，由于其具有的獨特性能，氣凝膠材料在航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車輛、精密儀器、冰箱冷庫、服裝帳篷、建筑節能等領域的有廣闊的應用前景，是傳統隔熱材料革命性替代產品。伴隨著中國經濟轉型升級，節能降耗政策的持續大力推進，以及中國實施多年的納米材料戰略，氣凝膠材料近年來受到了政府、學術界、企業界和投資界的廣泛關注。

    圖表1 氣凝膠材料特性及應用

資料來源：公開資料，銀川濱投集團整理

    二、氣凝膠材料生產工藝

    （一）氣凝膠制備工藝

    目前，二氧化硅氣凝膠的制備通常包含溶膠-凝膠和干燥兩個主要過程，通過溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架。

    圖表2 氣凝膠制備工藝過程

    根據工藝不同，氣凝膠干燥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的技術，也是目前國內外氣凝膠企業采用較多的技術，通過壓力和溫度控制，使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點。處于超臨界狀態的溶劑無明顯表面張力，從而可以實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構，在保持原有結構的前提下去除凝膠內的大量液體而制得氣凝膠。

    常壓干燥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置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。

    兩種干燥技術各有利弊，超臨界干燥技術相對成熟，而常壓干燥技術更具拓展空間，常壓干燥技術應該代表未來發展方向。

    圖表3 兩種干燥技術對比

   （二）氣凝膠復合材料制備工藝

    由于氣凝膠很脆，基本上無法單獨應用，市場上銷售的氣凝膠多為氣凝膠與增強纖維的復合產品。復合的方式大體上分為兩種，一種叫原位復合或一次復合，另一種叫兩次復合。

    一次復合就在氣凝膠制備過程的溶膠-凝膠階段，硅溶膠直接浸潤增強纖維，共同經歷凝膠老化、改性、干燥，直到產品生產結束。這種方法獲得的氣凝膠復合材料，相對而言，氣凝膠是連續相，纖維是分散相，所得氣凝膠產品往往可以獲得較低的導熱系數，并且產品質量的一致性較好，也是目前國內外氣凝膠企業的主流復合方式。

    二次復合，就是先制備出氣凝膠粉末，然后在設法把氣凝膠粉末與纖維復合在一起。這種方法獲得產品氣凝膠和纖維都不是連續相，氣凝膠均勻分散難度較大，目前采用此法的氣凝膠企業較少。

    三、氣凝膠材料產業鏈分析

    （一）產業鏈概況

    氣凝膠產業鏈上游即二氧化硅、金屬有機物等化工原材料，中游為氣凝膠的產品，主要有氣凝膠氈、板、布、紙、顆粒、粉末和異形件等，下游主要在工業領域、建筑領域、化工領域、日常消費等其他領域。

    圖表4 氣凝膠產業鏈示意圖

    （二）產業鏈上游

    生產二氧化硅氣凝膠的硅源主要有水玻璃和有機硅，有機硅價格較水玻璃高，但純度高，工藝適應性好。2016年國內有機硅單體產能為 280.5 萬噸，2017 年增加至 296.5 萬噸，2016 年國內有機硅單體產量為 170 萬噸，2017 年國內有機硅單體產量預計在 190 萬噸，有機硅產能利用率在60%-70%，供應較為充足。

圖表 國內有機硅產能、產量情況

    資料來源：WIND

    國內有機硅價格在2017年出現了較大幅度增長，目前仍維持在高景氣，受下游需求帶動及環保等因素影響，預計有機硅價格仍將保持高位運行。

    圖表 國內有機硅價格情況（元/噸）

    資料來源：WIND

    （三）產業鏈中游

    1.市場概況

    從全球市場分布來看，目前氣凝膠市場主要集中在北美，約為55%，歐洲和亞洲分別為24%和8%；預計到2017年，北美和歐洲的市場占比會減少，而亞洲和其他地區市場占比會增加。

    從國內數據來看，2016年我國氣凝膠行業產量約1.83萬噸，產量年平均增長率為31.3%。2016年我國氣凝膠行業進口約2.18萬噸，出口量很少，國內表現消費量約4.01萬噸，消費量年均增長率11.8%，低于產量增長速度。目前我國氣凝膠行業產消缺口較大，國產市場有很大發展空間。

    圖表5 2008-2016年我國氣凝膠行業產消量情況

資料來源：公開資料，銀川濱投集團整理

    2.主要企業及其產能情況

    我國氣凝膠行業主要產品還較為初級，大多數企業能夠生產氣凝膠粉體顆粒，但是不能生產氣凝膠復合材料產品。因此，市場上的產品以顆粒為主。能生產復合材料產品的有納諾高科股份有限公司、廣東埃力生高新科技有限公司、浙江通瑞新材料技術有限公司等少數幾家公司。

    圖表6 2016年中國主要氣凝膠企業產能情況

資料來源：公開資料，銀川濱投集團整理

    3.投資動態

    圖表7 氣凝膠行業重點企業市場投資匯總

    （四）產業鏈下游

    1.氣凝膠應用分布

    目前中國的氣凝膠主要用于建筑節能、軍工航空航天等領域，未來將進一步向石油石化，交通運輸，電力工業、以及高附加值等領域拓展。

    資料來源：前瞻產業研究院

    2.近期典型應用梳理

    2017年典型應用案例

    四、關鍵問題分析

    （一）行業技術壁壘高

    氣凝膠行業屬于典型的技術密集型行業，行業潛在進入者將面臨較高的行業技術壁壘。新技術只有少數廠商和科研機構掌握，并且這些廠商和科研機構利用專利等形式來阻擋新技術的擴散。因而，新進入者只有通過購買（需要資金）或者自己研發（需要時間），才能生產該行業的相關產品。技術的擴散速度、模仿的難易以及復雜系數是決定技術障礙的主要因素。

    （二）投入資金量大

    資金是新企業進入市場所必須投入的生產經營資本。氣凝膠成果轉化和產業化過程需要大量資金投入，世界上通用的制備方式通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構成，但這種干燥設備價格非常昂貴，沒有資金保障，氣凝膠量產無法有效開展。

    （三）應用有待進一步開發

    氣凝膠技術并不成熟，本身處于技術及產品開發階段，市場上初步有一些產業化的示范應用，下游的應用需求有待發掘。因此，潛在新進入者需要明確新產品的市場定位、潛在客戶需求，從而開發出差異化產品，使用戶能夠把它與其他競爭產品有限區別開來，從而在市場中獲得競爭優勢。

    （四）退出壁壘較高氣

    凝膠行業退出壁壘較高，主要的影響因素可能是沉淀成本。材料研發企業一般具有許多專用性資產，特別是生產線（設備投入），一旦當企業退出時，很難將這些資產轉為他用，生產其它產品，也難以將這些資產以公平的價格賣給其它生產同類產品的企業。沉淀成本越大，企業就越想維持原來的生產，努力收回未得到補償的投資，這意味著企業退出該行業的障礙就越大。

    五、總結

    氣凝膠材料優越的保溫隔熱等性能，使得其具有較為廣泛的應用價值，將會成為現有保溫隔熱材料領域重要的潛在替代品，屬于國家大力提倡發展的新材料之一。目前我國在氣凝膠領域與美國等技術巨頭同屬于第一梯隊，為我國氣凝膠產業化發展提供了良好的競爭環境，國內市場發展空間較大。

    氣凝膠屬于典型的技術密集型產業，由于技術壁壘高且生產設備投資巨大，目前國內氣凝膠行業仍處于產業化發展初期，行業內企業和產能在逐漸擴大，下游應用仍在不斷拓展中，行業龍頭壟斷還沒有形成，處于較好的投資機遇期，可以審慎投資于掌握氣凝膠核心生產技術、具有價值性應用領域企業。

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責任編輯：王元

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