黏膠基熱場隔熱碳材料的發展歷程及細分應用

原標題：黏膠基熱場隔熱碳材料的發展歷程及細分應用

黏膠基熱場隔熱碳材料的發展歷程及細分應用

1、黏膠基熱場隔熱碳材料的發展歷程

黏膠基碳纖維材料的大規模研發和應用可以追溯到 20 世紀 50 年代，起初，美國在火箭和航空領域的需求推動了黏膠基碳纖維材料的研發和應用。1950年左右，美國Wright-Patterson空軍基地開始研製黏膠基碳纖維材料用於耐燒蝕和隔熱材料。1959年，美國U.C.C公司推出了"Thornel-25"系列通用級黏膠基碳纖維，並廣泛應用於耐燒蝕和隔熱材料。黏膠基碳纖維由於其耐燒蝕性能和隔熱性能優異而成為最早實現工業化生產的碳纖維之一。然而，與PAN基碳纖維相比，黏膠基碳纖維的力學性能較差，生產成本較高且工藝流程較長。因此，長期以來黏膠基碳纖維主要應用於航天工業和軍工技術領域，在民用領域（如熱場隔熱碳材料）的應用規模較小。黏膠基熱場隔熱碳材料及其應用的相關技術主要由德國西格里和摩根先進材料等國際巨頭掌握。

2、下游細分光伏領域

光伏晶矽製造熱場系統是黏膠基熱場隔熱碳材料的主要應用領域之一，光伏產業從多晶向單晶轉變，以及下游晶矽製造企業對於節能降耗需求的快速增加，有效促進了黏膠基熱場隔熱碳材料的發展，具體如下： 2017 年以前，中國光伏產業主要以多晶路線為主，根據中國光伏行業協會數據，2016 年我國多晶矽光伏電池的市場占有率約為 80.5%，處於絕對領先地位。隨著連續投料、金剛線切割以及 PERC 高效電池等一系列新工藝和新技術的普及和應用，單晶產品成本及效率優勢得以充分體現，開始加速取代多晶產品。2016 年至 2018 年，我國單晶矽片的市場占比分別為 19.5%、31%和 45%，逐年快速增加。2019 年，我國單晶矽片市場份額達到 65%，首次超過多晶矽片，成為市場主流。

2022年，單晶矽片（p型+n型）市場占比約 97.5%，其中p型單晶矽片市場占比降至87.5%，n 型單晶矽片占比增長至10%。隨著下游對單晶產品的需求增大，單晶矽片市場占比也將進一步增大，且n型單晶矽片占比將持續提升。多晶矽片的市場份額由2021年的5.2%下降至2.5%，未來呈逐步下降趨勢，但仍會在細分市場保持一定需求量。

一方面，相比多晶鑄錠，單晶矽拉晶環節能耗更高（2016 年，單晶拉棒和多晶鑄錠的單位能耗分別為 36Kwh/Kg-Si 和 8.5Kwh/Kg-Si），單晶矽片生產企業節能降耗的需要較為迫切；另一方面，隨著單晶矽技術的發展，單晶矽片純度提升對熱場隔熱碳材料的灰分要求更高。儘管相比 PAN 基材料，黏膠基熱場隔熱碳材料具有更好的隔熱保溫性能和更低的灰分，能夠有效滿足單晶矽片的生產需求，但由於當時國內企業並不具備低成本製備黏膠基熱場隔熱碳材料的能力，少數企業能夠生產出黏膠基熱場隔熱碳材料，但是由於生產效率低，成本高，供應量有限，不具有市場競爭力，而進口黏膠基熱場隔熱碳材料價格高昂，因此，2017年以前，黏膠基熱場隔熱碳材料市場競爭力不足，行業規模較小，光伏熱場隔熱碳材料主要以 PAN 基和瀝青基材料為主。

在此背景下，陳新華等人致力於攻關黏膠基熱場隔熱碳材料設備和生產工藝的國產化，通過不斷試驗和驗證，成功攻克了黏膠基碳纖維材料連續石墨化的關鍵技術，並掌握了低成本製備黏膠基熱場隔熱碳材料的技術和工藝。這大幅提高了生產效率，降低了生產成本，增強了國產黏膠基熱場隔熱碳材料的市場競爭力，並開始替代進口產品。

此後，隨著國內企業技術進步，國產黏膠基隔熱碳材料的含碳量、導熱係數、灰分等主要技術指標與德國西格里、摩根先進材料的差距逐步縮小，且國內企業憑藉原材料、勞動力及垂直產業鏈布局形成的成本優勢進一步提升了國產黏膠基隔熱碳材料的市場競爭力，逐步實現了對進口材料的替代。目前，國內光伏熱場隔熱碳材料基本上使用的都是國內企業生產的產品，成為市場主流。

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