气凝胶是一种隔热性能优异的纳米材料,在隔热、防水、防火、耐压、透气、隔声、吸附、使用寿命等方面具有广阔的应用前景。目前气凝胶正在第四次产业化的迅速发展中,但技术和成本始终影响着气凝胶产业化的进程和规模。
有数据显示,在气凝胶行业的成本结构中,制造成本约占45%。有效的降低成本依赖于制备工艺的突破,而气凝胶的干燥工艺是气凝胶生产工艺的重点,因此气凝胶的干燥技术是气凝胶行业降本增效的重要突破口。
根据工艺不同,气凝胶干燥主要有超临界干燥工艺和常压干燥工艺。其中,超临界干燥对设备系统依赖度高,更多适用于军工和航天领域;而常压干燥设备投入较低,且对廉价硅源接纳能力强,生产成本优势明显。长远来看,常压干燥制备工艺是降低气凝胶生产成本的必然趋势。
因此,尽管常压干燥工艺对配方设计和流程组合优化要求高,仍吸引着不少企业去攻关克难。本文盘点了近年来各企业常压干燥制备气凝胶的技术成果,利用新的工艺,各企业在气凝胶批量化生产的效率、安全、原料消耗、产品品质方面取得改善和突破。(排名不分先后)
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2022年,中凝科技在全球首创气凝胶无氯常压干燥制备技术,走出实验室步入市场的短短7年间,其快速成长为亚洲产能最大的气凝胶制品生产企业。中凝科技自主研发的气凝胶毡正式投产后,应用无氯、无醇常压干燥隧道式反应炉量产技术,实现气凝胶毡连续化生产,生产效率大幅提高。“制备过程中无任何含氯原料,减少了设备腐蚀。同时,采用无醇洗交换工艺,无甲醇、乙醇精馏,减少了危化品库存,降低了安全风险。
阳中新材在新材料上积极发力,其研发的气凝胶材料突破了国际上必须在超临界压力下生产的技术,开发出隧道式常温常压下的生产方式,实现了该材料的规模化生产,是山西省聚焦“六新”发展中新材料的典型代表。
2021年,中科宇天的科研团队经过十多年的研究与探索,成为首家掌握常压干燥技术量产制备气凝胶原料的企业,实现了中国气凝胶产业的重大突破。
常压干燥技术制备气凝胶的方法,不仅能耗低,且生产成本和设备投资显著降低,同时没有任何废气废水排放,生产过程更加绿色环保安全,经合理的常压干燥工艺制备的气凝胶性能与传统超临界干燥工艺得到的气凝胶基本一致,生产效率得到了大幅度提升,为气凝胶新材料的推广应用提供了有力保障,全自动常压干燥气凝胶生产线的规模化应用,必将成为气凝胶行业发展新的里程碑。
2022年,武汉先进院电子信息材料研发中心陈海平团队在气凝胶的制备技术上实现突破,打破国外企业技术垄断,实现低成本制备气凝胶。
“常压干燥工艺制备高品质气凝胶,成本低,但受制于国外企业。”陈海平介绍,她和团队避开国外企业技术垄断,另辟蹊径,开发出二氧化硅气凝胶常压干燥制备工艺。采用这一工艺,产线建设投资少、规模大、效率高,可以降低30%以上生产成本。
“气凝胶低成本产业化工艺技术和成套生产线项目”是李光武董事长带领研发团队历时近5年时间独立自主设计研发、突破关键核心技术、全过程实现国产化的原创性成果。该成果打破了国外专利封锁,批量产出的“神奇材料”气凝胶技术指标远超美国,已处于世界领先地位,且设备投资仅为世界普遍采用超临界干燥法的二十分之一。
该项中国自主知识产权已获得国家发明和实用新型专利各1项,同时制备方法专利已获得中国、美国、日本、韩国、欧盟授权。
梯度减压技术制备气凝胶,首先将制备的凝胶置于密闭容器内,此容器带有排气管路,管路连接于真空泵上,这时,根据研究实验,设定初始负压压力,使得此压力既不破坏凝胶又可以将凝胶内部溶剂或液体所形成的饱和蒸气压所释放的气体排出密闭容器,则凝胶表面就会干燥形成一层带有纳米空袭的固体壳体,由于有了这一层固体壳体做支撑,带外部壳体的凝胶所能承受的向外溢出气体压力就会增大,同时负压抽出带壳体凝胶的阻力也会由于通道边长而增大。
因此,就可以进一步降低压力抽出更深一层的内部溶剂和液体形成的气体,这样往复循环,随便面干燥的深化,合理降低压力,直至将内部溶剂和液体完全抽出并排除密闭容器。
圣诺节能技术公司开发的新一代常压干燥技术,通过采用廉价的水玻璃代替昂贵的有机硅原料,采用常压设备代替昂贵的超临界高压设备。生产成本和设备投资显著降低,具有极强的竞争力,并且妥善解决了气凝胶粉尘问题,可以不超过六小时走完全部流程快速的把气凝胶制备出来。相比传统釜体设备,主要适用卷材的生产履带式全自动生产线可以很好兼容卷材、板材、薄膜、粉末和颗粒等各种产品的柔性生产。”
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原文始发于微信公众号(艾邦气凝胶论坛):降本增效!盘点国内各企业的气凝胶常压干燥技术