黏胶基热场隔热碳材料的发展历程及细分应用
1、黏胶基热场隔热碳材料的发展历程
黏胶基碳纤维材料的大规模研发和应用可以追溯到 20 世纪 50 年代，起初，美国在火箭和航空领域的需求推动了黏胶基碳纤维材料的研发和应用。1950年左右，美国Wright-Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维材料用于耐烧蚀和隔热材料。1959年，美国U.C.C公司推出了"Thornel-25"系列通用级黏胶基碳纤维，并广泛应用于耐烧蚀和隔热材料。黏胶基碳纤维由于其耐烧蚀性能和隔热性能优异而成为最早实现工业化生产的碳纤维之一。然而，与PAN基碳纤维相比，黏胶基碳纤维的力学性能较差，生产成本较高且工艺流程较长。因此，长期以来黏胶基碳纤维主要应用于航天工业和军工技术领域，在民用领域（如热场隔热碳材料）的应用规模较小。黏胶基热场隔热碳材料及其应用的相关技术主要由德国西格里和摩根先进材料等国际巨头掌握。
2、下游细分光伏领域
光伏晶硅制造热场系统是黏胶基热场隔热碳材料的主要应用领域之一，光伏产业从多晶向单晶转变，以及下游晶硅制造企业对于节能降耗需求的快速增加，有效促进了黏胶基热场隔热碳材料的发展，具体如下： 2017 年以前，中国光伏产业主要以多晶路线为主，根据中国光伏行业协会数据，2016 年我国多晶硅光伏电池的市场占有率约为 80.5%，处于绝对领先地位。随着连续投料、金刚线切割以及 PERC 高效电池等一系列新工艺和新技术的普及和应用，单晶产品成本及效率优势得以充分体现，开始加速取代多晶产品。2016 年至 2018 年，我国单晶硅片的市场占比分别为 19.5%、31%和 45%，逐年快速增加。2019 年，我国单晶硅片市场份额达到 65%，首次超过多晶硅片，成为市场主流。
2022年，单晶硅片（p型+n型）市场占比约 97.5%，其中p型单晶硅片市场占比降至87.5%，n 型单晶硅片占比增长至10%。随着下游对单晶产品的需求增大，单晶硅片市场占比也将进一步增大，且n型单晶硅片占比将持续提升。多晶硅片的市场份额由2021年的5.2%下降至2.5%，未来呈逐步下降趋势，但仍会在细分市场保持一定需求量。
一方面，相比多晶铸锭，单晶硅拉晶环节能耗更高（2016 年，单晶拉棒和多晶铸锭的单位能耗分别为 36Kwh/Kg-Si 和 8.5Kwh/Kg-Si），单晶硅片生产企业节能降耗的需要较为迫切；另一方面，随着单晶硅技术的发展，单晶硅片纯度提升对热场隔热碳材料的灰分要求更高。尽管相比 PAN 基材料，黏胶基热场隔热碳材料具有更好的隔热保温性能和更低的灰分，能够有效满足单晶硅片的生产需求，但由于当时国内企业并不具备低成本制备黏胶基热场隔热碳材料的能力，少数企业能够生产出黏胶基热场隔热碳材料，但是由于生产效率低，成本高，供应量有限，不具有市场竞争力，而进口黏胶基热场隔热碳材料价格高昂，因此，2017年以前，黏胶基热场隔热碳材料市场竞争力不足，行业规模较小，光伏热场隔热碳材料主要以 PAN 基和沥青基材料为主。
在此背景下，陈新华等人致力于攻关黏胶基热场隔热碳材料设备和生产工艺的国产化，通过不断试验和验证，成功攻克了黏胶基碳纤维材料连续石墨化的关键技术，并掌握了低成本制备黏胶基热场隔热碳材料的技术和工艺。这大幅提高了生产效率，降低了生产成本，增强了国产黏胶基热场隔热碳材料的市场竞争力，并开始替代进口产品。
此后，随着国内企业技术进步，国产黏胶基隔热碳材料的含碳量、导热系数、灰分等主要技术指标与德国西格里、摩根先进材料的差距逐步缩小，且国内企业凭借原材料、劳动力及垂直产业链布局形成的成本优势进一步提升了国产黏胶基隔热碳材料的市场竞争力，逐步实现了对进口材料的替代。目前，国内光伏热场隔热碳材料基本上使用的都是国内企业生产的产品，成为市场主流。
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