一  聚酰亚胺气凝胶的定义与特点
聚酰亚胺气凝胶(PI气凝胶)是一种结合了聚酰亚胺(PI)和气凝胶特点的高性能纳米多孔材料。
传统无机气凝胶虽然具有低导热系数,但其机械性能较差,而有机气凝胶则存在热稳定性差的问题
而PI气凝胶在低导热性、高机械强度、轻量化、以及优异的热稳定性方面表现出色,因此,在电子设备、环境保护、能源存储、催化剂、隔热材料等领域具备巨大的应用潜力。

 

 二  聚酰亚胺(PI)的关键作用

聚酰亚胺(PI)作为PI气凝胶的核心原材料,是其性能的关键所在。PI具有低介电常数、高强度、高热稳定性及高阻燃性等优势。这些特性使得PI气凝胶在要求高温和高强度的应用场景中表现尤为突出。得益于国内外对高性能聚酰亚胺材料的需求不断增加,我国聚酰亚胺产量保持增长趋势,2023年已接近5万吨。

 三  PI气凝胶的制备方法与挑战

尽管PI气凝胶具备良好的性能,但其制备过程中仍面临一些技术难题。

采用商业化的二酐和二胺单体,通过溶胶-凝胶法制备的PI气凝胶,往往会出现收缩率高、尺寸稳定性差等问题。这些问题使得PI气凝胶难以在低密度和低导热系数的要求下得到有效控制,从而制约了其在实际应用中的推广。

PI气凝胶的常见制备方法包括开环易位聚合法、异氰酸酯一步法以及杜邦两步合成法。尽管这些方法在一定程度上能够解决PI气凝胶的性能需求,但在规模化生产方面仍存在诸多挑战。

PI气凝胶的干燥技术也是一个难题,目前常采用超临界干燥和冷冻干燥,但这两种方式设备成本高、耗能高。

常压干燥又存在如何降低或阻止PI气凝胶的收缩和孔结构坍塌这一难题。

 

 四  国内PI气凝胶市场

尽管PI气凝胶的技术壁垒较高,但国内外也有不少企业和科研机构布局产品研发、申请专利以及少量生产。

2023年,PI气凝胶的市场规模为9.6643亿美元,预计到2030年将增长至16.0335亿美元,年复合增长率为7.5%。随着国内外应用需求的不断增加,PI气凝胶市场的前景广阔。(阅读本文前,欢迎加入气凝胶产业链微信群

 五  PI气凝胶相关企业及研究机构

 

以下排名不分先后:

1. 长春高琦聚酰亚胺材料有限公司

聚酰亚胺气凝胶(PIA)潜力巨大,企业与科研机构加速攻关

http://www.hipolyking.com/

长春高琦聚酰亚胺材料有限公司是国内具备从聚酰亚胺原料合成到最终制品的全路线规模化生产能力的企业,开发出一套独具我国特色的聚酰亚胺合成路线、产业化,并取得包括美国及欧洲专利在内的多项专利,获得包括国家发明奖在内的多项奖励。

 

2020年,长春高琦依托公司在聚酰亚胺薄膜的科研实力,结合江西先材纳米静电纺丝技术,联合开发出聚酰亚胺纳米气凝胶膜,可应用于口罩制作,已经完成通过所有检测,完全满足颗粒物、细菌过滤效率99%以上以及过滤阻力合格的三项指标。

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2.江西先材纳米纤维科技有限公司

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https://mp.weixin.qq.com/s/VH_7VqqO6kl4OIFB8UFvgg

江西先材纳米纤维科技有限公司成立于2009年,是一家围绕聚酰亚胺开展多形态、多品种、多系列产品的综合性国家高新技术企业。主要产品:聚酰亚胺(纳绒95)超级气凝胶材料、纳米纤维PU薄膜、PI80膜、PIP40膜、PI纳米短切纤维及PI纳米长丝纤维。

聚酰亚胺纳米气凝胶膜

江西先材纳米纤维科技有限公司和长春高琦聚酰亚胺材料有限公司凭借在聚酰亚胺材料、纳米电纺规模化创业路上的积累,独创了自支撑聚酰亚胺纳米纤维气凝胶膜产品,现已被列为北京市国家重大疫情科技攻关项目协作企业。

聚酰亚胺气凝胶(PIA)潜力巨大,企业与科研机构加速攻关
先材纳米和长春高琦联合研发生产聚酰亚胺纳米气凝胶膜

聚酰亚胺PI超短纤气凝胶泡沫

PI超短纤气凝胶泡沫材料,是以聚酰亚胺为基体材料,超高孔隙,高度蓬松的纳米纤维材料经特殊工艺加工形成的纳米超短纤维气凝胶,具有超轻、超高孔隙率、超高隔热效果等特殊纳米效应。

  • 应用领域为消防服隔热、航天航空器、保温隔热内。

  • 产品特点轻、薄、暖;具有良好的耐高低温特性(-160~350℃)、耐溶剂、耐水洗、保暖、隔热、阻燃、抗菌、不生霉、远红外保健。

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3、西安齐岳生物科技有限公司

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http://www.qiyuebio.com/

西安齐岳生物科技有限公司是国内一家生物科技公司。在气凝胶领域,提供科研用的无机材料气凝胶:碳气凝胶,石墨烯气凝胶,氮化硼气凝胶,氧化铝气凝胶(Al2O3),二氧化硅气(SiO2)凝胶,碳化硅(SiC)气凝胶等,也提供各种材质掺杂的气凝胶,以及气凝胶复合材料。

同时,齐岳生物提供科研用聚酰亚胺气凝胶定制产品。
 

聚酰亚胺气凝胶微球

聚酰亚胺气凝胶微球,一种含SiO2纳米微球的聚酰亚胺气凝胶,用于科研。

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2024年推出科研用聚酰亚胺气凝胶新品

  • 规格:1*1*1cm或者5*5*5cm或者直径几厘米的圆柱型,或者其他可定制

  • 性能:隔热,轻薄,有一定的隔音效果,也可通过掺杂达到一定的柔韧性、自清洁、耐酸耐碱等。

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4、苏州费特乐思科技有限公司

 

苏州费特乐思科技有限公司成立于2021年9月27日,经营范围包含医疗器械、塑料橡胶制品、电子元器件、包装材料及制品等的制造与销售。公司布局气凝胶复合材,拥有气凝胶模切封装产线,品包含聚酰亚胺气凝胶隔热片。
 

聚酰亚胺气凝胶隔热片

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5.广东麦克斯泰新材料有限公司

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https://maxte.net/

广东麦克斯泰新材料是一家致力于提供新材料的研发、生产和销售为一体的国家高新技术企业。麦克斯泰新材具备PI泡沫以及PI气凝胶自主研发及生产实力,产品在建筑工程领域应用较多,为我国PI气凝胶代表企业。
 

聚酰亚胺泡沫:聚酰亚胺泡沫是聚酰亚胺预聚体与发泡剂、稳定剂等助剂通过聚合发泡反应而生成的新型泡沫材料。

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6、深圳市菲尼的科技有限公司

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https://www.cnaction.net

 

深圳市菲尼的科技有限公司是国内最早从事聚酰亚胺发泡技术研发的机构之一,于2014年完成了实验室小试,中试;2017年聚酰亚胺泡沫产线试产成功,并开始量产;2018年在船舶、汽车行业开始使用;2019年新工艺中试通过,降低成本30%以上。
在2021年的路演采访中,菲尼的公司副总经理表示,在航空领域的产品,菲尼的正在研发的是聚酰亚胺的气凝胶来满足市场,这个已经在进行中了。

7.优澎(嘉兴)新材料科技有限公司

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http://www.superel.net/

 

优澎(嘉兴)新材料科技有限公司成立于2017年,由来自清华大学、中国科学院大学的科研团队和世界500强企业的市场团队构成,优澎在嘉兴南湖区建立了3000余平方米的气凝胶应用研发中心与生产基地。

优澎科技近年致力于探索聚酰亚胺复合气凝胶纤维及其制备方法,并申请了多项专利。

8、苏州热象纳米科技有限公司

 

苏州热象纳米由气凝胶纳米材料专家及热设计管理专家共同组建,在中科院纳米技术育成中心苏州基地建立研发中心,产品主要有气凝胶隔热膜、气凝胶隔热泡棉、气凝胶隔热片、气凝胶相变吸热储热膜、气凝胶微粉、气凝胶涂料等。
 

据企查查消息,苏州热象纳米今年申请获得多项有关聚酰亚胺气凝胶的专利。

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9、中科院大连化物所

 

大连化物所开发出用于高温隔热的新型聚酰亚胺气凝胶

2024年1月大连化物所高性能高分子材料研究中心(DNL2200)周光远研究员和聂赫然副研究员团队在高性能聚酰亚胺气凝胶结构设计和研究方面取得新进展。团队开发了2种新型基于二苯亚甲基芴结构的“桨叶型”二胺单体,通过与二酐单体共聚,获得刚性适中的PI气凝胶材料。

实验发现,该气凝胶材料具有优异的尺寸稳定性(收缩率低至7.7%),高孔隙率(>91%),高比表面积(674.8m2/s),以及良好的热性能(Td 5%>580℃, Tg>299℃)。在200℃下加热1小时,上表面温度低于60℃,且导热系数低至54.3mW*m–1*K–1,表现出优异的高温隔热性能。

该工作为设计隔热性能优异和尺寸稳定的PI气凝胶材料提供了新思路。

 

10、东华大学

 

东华大学已获得《一种基于同轴纺丝的聚酰亚胺气凝胶纤维及其制备方法》、《一种聚酰亚胺气凝胶纤维的制备方法》等多项PI气凝胶纤维相关发明专利。
 
2023年12月,东华大学材料科学与工程学院刘天西教授、樊玮教授团队基于紫外增强动态凝胶化策略,采用环境压力干燥技术以及湿旋技术,成功制备出一种交联PI气凝胶纤维,产品未来有望在个人热管理超薄织物领域获得广泛应用。
 
基于多射流静电纺丝技术制造聚酰亚胺卷曲纳米纤维气凝胶的方法
 
通过在静电纺丝过程中构建3D互锁卷曲纳米纤维网络,直接合成了一种超轻、机械坚固且热绝缘的聚酰亚胺(PI)气凝胶。PI气凝胶具有超轻性能(密度为2.4 mg cm−3)、极端温度耐受性(在−196至300 °C范围内保持机械强度)和超低导热性能(22.4 mW m−1K−1),为在极端温度下保持人体热舒适性提供了理想材料。PI纳米纤维气凝胶具有极端的温度耐受性和显著的阻燃性,使其成为个人防护、能源和工程领域应用的有前途候选材料。

 

11.美国Blueshift国际材料公司

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https://www.blueshiftmaterials.com/

 

美国Blueshift国际材料公司自2013年成立以来,一直致力于开发前沿产品。2015年Blueshift公司宣布在世界上首先上市聚酰亚胺气凝胶材料,初期产品名为AeroZero™。

该产品的100%聚酰亚胺聚合物结构避免了粉尘产生,绝热性能仅次于真空,同时其密度比传统聚酸亚胺低85%左右。市上的AeroZero呈聚合物薄膜形态或坯料形态。薄膜卷装供应,最大宽度为3英尺,长度各异,厚度为5、10密尔(1密尔= 0.0254mm);坯料尺寸为12 × 12 × 2英寸。
聚酰亚胺气凝胶(PIA)潜力巨大,企业与科研机构加速攻关

2020年,公司推出了其首款商业产品——一系列基于气凝胶的热保护系统(TPS),这些气凝胶由85%的空气和15%的纯净聚酰亚胺构成。

Blueshift的新型材料由85%的空气和15%的纯聚酰亚胺气凝胶组成,可在-200°C至2400°C以上的瞬态热传递中保护火箭、电池盒等的结构。能够根据不同的热负荷事件,如空气加热、直接火焰加热或接触加热,进行个性化定制。

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12.FLEXcon公司

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https://www.flexcon.com/
FLEXcon 是一家粘合剂涂层和层压领域的创新企业。2015年10月6日,FLEXcon公司从NASA GRC获得了柔性聚酰亚胺气凝胶技术授权,并与同样正在开展聚酰亚胺气凝胶研发的Blueshift公司合作,以更大规模地生产这种符合NASA高规格的气凝胶材料。
 

除了在极端环境下使用的管道隔热产品等,FLEXcon公司还正在开发聚酰亚胺气凝胶高端户外用品,如户外服装、手套、鞋靴、帐篷等。

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美国宇航局格伦研究中心的签字仪式庆祝协议的达成

据悉,NASA格伦研究中心(GRC)与阿克伦大学合作开展了八氨苯基(POSS)交联的聚酰亚胺气凝胶,制备出密度为0.12 g/cm3、孔隙率为90%的聚酰亚胺气凝胶。

这种材料可以经受1100 °F的温度达90 s,从而确保进入大气层时不会燃烧;强度是聚合物增强的硅气凝胶的 5 倍,可制成更薄(厚度0.5 mm)的材料以满足可折叠储存在航天器中的要求,很好地克服了硅气凝胶在重量、成本、柔韧性、耐久性等方面的不足。

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柔性聚酰亚胺气凝胶
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(以上为不完全罗列,企业机构排名不分先后,欢迎补充)

 

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新能源电池安全管理解决方案呼之欲出,特别是,具有隔热、阻燃等功能特点的新材料受到市场青睐,气凝胶隔热片是其中最重要的新材料之一。气凝胶隔热片主要用于电池包中、电池单体之间的隔热、阻燃,也可用于车身的隔热、阻燃。气凝胶企业产业链从成胶,封装,到电池包、管道等下游应用,从材料的前驱体到各种纤维如陶瓷纤维,玻璃纤维,泡棉等,以及封装材料如PET、PI膜,热熔胶、硅胶框等,同时也包括在生产过程中的设备,如超临界设备,热压机,模切设备。欢迎相关产业链人士加入。

作者 ab, 808