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氧化铝纤维的民用市场有多大?
2022年05月11日 发布 分类:w88应用技术 点击量:127
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从上世纪五六十年代开始,无机纤维材料就开始应用于各个领域,主要代表就是天然石棉。不过石棉这玩意我们都知道它有致癌的风险,于是它理所当然地被逐渐淘汰掉了。

那么取代它的材料有什么呢?主要就是碳纤维、氧化铝纤维、硼纤维和碳化纤维等高性能无机纤维。其中氧化铝纤维由于具备高强度、高模量、热导率小、热膨胀系数低、抗化学侵蚀能力、超常的耐热性和耐高温氧化性等优点,而且原料成本较低、生产工艺简单,因此具有较高的性价比和商业价值,在军事、民用复合材料领域都受到重视。

氧化铝纤维

多晶氧化铝纤维和氧化铝短纤维

从整体上看,氧化铝纤维的下游需求中虽然有军工,但有业内人士认为,军工端其实是一个较小的市场,约占整体的10%左右,真正占大头的其实是民用市场,预计可能会达到千亿级市场规模。那么到底这90%的市场都会在哪里呢?我们一起来看看。

氧化铝纤维的民用市场

目前世人对氧化铝纤维的认知中,最响亮的名头就是“高端耐火材料”,但它的应用并不仅限于此。目前氧化铝短纤维一般用于高温热材料,长纤维则用于增强复合材料,在治金、机械、电子、陶瓷、化工、航天等领域中都能看到它们的身影。

1、窑炉耐火领域

氧化铝纤维是一款优质的耐火材料,具有质量轻、热稳定性好、热导率低以及耐火度较高等优异特点,可在钢铁工业、石油化工业、陶瓷制备业中的各种炉窑中作护身衬里的隔热材料。

氧化铝纤维隔热衬护材料

氧化铝纤维隔热衬护材料

由于氧化铝纤维的密度小、绝热性好、热容量小,不仅可以减轻炉体质量,而且可以提高控温精度,节能效果显著。氧化铝纤维(多晶莫来石纤维)在高温炉中使用节能效果比一般的耐火砖或高温涂料好,节能量远大于散热损失量,其原因不仅是因为减少了散热损失,更主要的是强化了炉气对炉壁的对流传热,从而提高了物料的加热速度和生产能力。

2、民用航空领域

多晶莫来石纤维是氧化铝基纤维的主要品种,在结构上主要是以莫来石微晶相的形式存在。与一般氧化铝基纤维相比,多晶莫来石纤维具有更好的耐高温性,使用温度在1500-1600℃,特别是高温抗蠕变性和抗热震性均有很大提高,是当今国内外最新型的超轻质高温耐热纤维。比如说美国“哥伦比亚”号航天飞机隔热板衬垫用的是Saffil氧化铝纤维,它能经受1600℃的高温,这种衬垫会防止热通过隔热板之间的间隙进入防热罩内。另外,多晶莫来石纤维的加入可以提高陶瓷基本的韧性、增加冲击强度,在耐热复合材料的开发中发展很快。

民用航空方面,近年来在产业规划及政策扶持下,商业航空产业基地在国内各地兴起,伴随而来的则是氧化铝纤维生产项目的“伴生”。比如说中国商飞(研制大型民航飞机的国有企业)在东营经济技术开发区建立国内首个大数据架构5G试飞基地的消息一出,看到机遇的山东东珩国纤新材料有限公司便推出了高性能氧化铝纤维项目,为我国航空产业添砖加瓦。

3、环保净化领域

氧化铝纤维由于其良好的耐化学腐蚀、耐高温性能 可用于环保和再循环技术域,如焚烧电子废料的设备——据调查,在历经多年运转后氧化铝纤维仍显示出其优良的抗炉内各种有害物的腐蚀性能。另外氧化铝纤维还可用于汽车废气设备上作陶瓷整体衬,最大的特点是结构稳定。

2021年,美国生物再生能源公司Enexor就联合田纳西大学发明了一款以氧化铝纤维为核心材料的新型高温陶瓷过滤装置,被期望用于Enexor公司开发的生物热电联产设施。氧化铝纤维主要起到过滤分离高温废气中的无机颗粒的作用,由于它能够在承受高温的同时散发更少的热量,因此可以节约成本,减少能量损失。具体可看《氧化铝纤维市场前沿:高温陶瓷过滤》了解。

废气颗粒分离过滤选择氧化铝纤维

废气颗粒分离过滤选择氧化铝纤维

另外,若制成氧化铝介孔纤维材料,那么在原有的稳定性和化学稳定性好、机械模量高的基础上,还会因为介孔结构而具有较大的比表面积和规则的孔道结构,因此化学活性较高、吸附容量极大,可以用在催化剂、催化剂载体和吸收剂领域。

4、燃料电池领域

基于燃料电池的发电机,例如使用固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的发电机,在高达1000℃的温度下运行。为了满足这些苛刻的工作条件,燃料电池组件需要使用耐温能力出众的材料。

陶瓷纤维和纺织品可以在非常高的工作温度下具有出色的抗蠕变性和较长的使用寿命,这些高强度的陶瓷制品可以承受启动和冷却期间的极端热循环。此外,与具有导电性且可在高温下蠕变的金属不同,使用纤维增强的陶瓷基复合材料(CMC)具有电绝缘性高强度和低蠕变,有助于保持电池的稳定性。在燃料电池中的一些关键互连线区域往往要承受极高的温度,陶瓷纤维编织套管在高温下具有高电阻,可绝缘并保护互连线和热电偶。

5、锂电隔膜领域

电池隔膜在锂离子电池实现高功率以及安全性方面起着至关重要的作用,能够防止由电极之间的物理接触而造成的短路现象。为了克服电池隔膜不耐高温的问题,其中一个有效地方法就是利用无机材料提高其热稳定性以及亲液性,从而改善储能元件的电化学性能。

近年业界开始研究使用氧化铝纤维制备电池隔膜,其优势在于,若使用微米无机氧化铝纤维,则可提供强度,若使用纳米无机氧化铝纤维,则可提供高比表面积,最终制备出来的无机氧化铝纤维电池隔膜比表面积大、强力高、柔性好、耐高温性好,并具有优异的阻燃性能。

氧化铝纤维的民用发展方向

据调查,虽然氧化铝纤维已经成功实现商业化,但由于我国起步较晚,目前氧化铝纤维主要的生产厂商基本都在海外,主要的品种有美国Du Pont公司的FP、PRD-166,美国3M公司生产的Nextel系列产品,英国ICI公司生产的Saffil氧化铝纤维,日本Sumitomo公司生产的Altel氧化铝纤维等。

Nextel720结构粗纱

3M公司生产的Nextel720结构粗纱

与氧化铝其他形式的产品相比,能够产业化生产氧化铝纤维的公司数目之所以少,主要是因为生产难度较高。比如说氧化铝连续纤维,上海榕融新材料科技有限公司曾在访谈中提到,其生产工艺需要横跨高分子胶体、矿物质干法纺丝、分子链构、高温烧结晶相化等多学科,而且各生产环节都是非标设备,因此量产工艺设备的研发难度很大。目前,氧化铝纤维的制备方法主要有溶胶-凝胶法、浸渍法、熔融抽丝法、游浆法等。其原料大多为较易得到的金属氧化物粉末、无机盐、有机聚合物等,可通过直接从水溶液、溶胶或者其他一些溶剂中纺丝制成,也可以以黏胶丝为载体来制备。

不过解决了生产关只是一个开始,要真正投入应用还需要更多的工作。莫纶(珠海)控股集团有限公司的马小民总经理在访谈中提到,在氧化铝纤维民用品市场,未来方向将会走向氧化铝纤维的复合改性,如净水行业的抑菌性,充电行业的易燃性,隔膜行业的耐受性等。

显然,越是高技术的领域对材料的要求就越是高。但可惜的是由于相关资料较少,具体该如何操作小编也无从得知,大家如果有什么想法想分享,也可以联系w88官网app仔细聊聊哦~

 

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