中国气凝胶商业化进程及影响因素

    相关报告：智研咨询发布的《2016-2022年中国气凝胶行业运营态势与发展战略研究报告》。

    一、制备工艺复杂

    目前国内外均以正硅酸乙酯为硅源、以超临界干燥工艺制备纳米孔硅气凝胶。由于过程复杂,耗时长,效率低,成本昂贵,而常压干燥技术研究尚欠缺,制备出硅气凝胶结构性能尚不能与超临界干燥法相比,同时未改性的SiO2气凝胶有亲水性,这些问题限制了目前SiO2气凝胶材料的工业化应用。

    二、制备成本偏高

    气凝胶材料在发展过程中遇到的最大问题集中在成本和无法大规模产业化上。气凝胶的制备、合成方法比较难，世界上通用的制备方式通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。但这种干燥设备价格非常昂贵，如果是进口的话，1立方米超临界干燥设备，全套设备需要3000万元~4000万元，且产量不高，每年只能生产100立方米气凝胶。因此，要想促进气凝胶的发展，急需研发一种新的制备方法，来降低前期资金的投入。

    三、生产周期长

    气凝胶的制备过程分为溶胶-凝胶过程和湿凝胶的干燥过程。硅源前驱体通过水解形成含硅溶胶，调节pH使溶胶胶粒发生缩聚形成凝胶，凝胶骨架间充满了液态溶剂，通过超临界干燥法将骨架间隙的溶剂抽出，同时保持纳米多孔网络骨架不变，形成密度低、气孔率高的气凝胶材料。

    但是运用超临界干燥法制备气凝胶的条件很苛刻，制备周期耗时长，对设备要求高，能耗大，操作危险性高，制备工艺复杂，使得气凝胶的生产成本非常高，这些严重制约了气凝胶的工业化大规模生产。

    四、低强度、高脆性

    气凝胶材料本身具有强度低、脆性高的缺点。为了克服这一缺点，科学家尝试对气凝胶材料进行改性。目前气凝胶材料改性最常用的方法就是掺杂，即加入掺杂剂或者增强/增韧材料，制作多元或者复合气凝胶材料。

    复合气凝胶材料的制备方法通常有两种：一种是在凝胶过程前加入掺杂材料；另一种是先制备气凝胶颗粒或者粉末，再加入掺杂材料和黏结剂，经模压或注塑成型制成二次成型的复合体。一般所采用的掺杂材料有玻璃纤维、莫来石纤维、岩棉、硅酸铝纤维、高岭土、蒙脱土等。选用的掺杂材料的种类因气凝胶复合材料的应用目的不同而不同。

    五、易燃、易爆

    虽然气凝胶的配方是核心问题，但最大的瓶颈是干燥工艺安全和成本昂贵的问题。

    气凝胶是纳米量级非均匀孔隙结构，一般需通过超临界流体干燥来克服巨大的毛细管压力，但这种方法采用的是高温高压的有机溶剂，存在易燃、易爆、破坏环境等缺点。另一种方法就是采用二氧化碳作为超临界流体，在低温（不超过50℃）、高压下以萃取的方式提高生产效率，其性能稳定，运行与维护成本不是很高，是值得发展的方向。