氣凝膠於紡織產業的市場應用分析

一、前言

氣凝膠是奈米結構組成的多孔超輕量固體材料，可形成不含液體成分的凝膠，其最早由二氧化矽提煉出來，隨後陸續有以金屬或碳為原料所開發的氣凝膠材料，但目前市場上仍以二氧化矽氣凝膠為主，佔整體市場規模的97.6%。

二氧化矽氣凝膠依材料型態可分成整塊狀（Monolith）、粉末狀（Powder）、顆粒狀（Granule）及毯狀或板狀的纖維複合材料（Fiber-reinforced Composite）。其中，亦可透過粉末狀與顆粒狀氣凝膠，生產出毯狀或板狀纖維複合材料、塗料（coating）、方塊狀或板狀（block/ board）等氣凝膠材料（參見圖1）。

圖1  氣凝膠的種類

資料來源：IDTechEx(2021)

氣凝膠具有隔熱、低密度（輕量）、疏水性（耐腐蝕）、耐火性、隔音等多種機能特性，潛在可應用領域廣泛，但因材料成本高等因素，目前主要應用仍以石油和氣體、工業用等產業的管路包覆材做為隔熱用途之用，其在紡織服裝的應用比例不高。以下說明全球氣凝膠應用於整體及紡織產業的市場規模統計，以及於紡織產業的相關應用產品。

二、全球氣凝膠市場規模統計-依應用別

（一）整體市場

根據研究機構IDTechEx（2021）預估，2021年全球氣凝膠市場規模僅2.94億美元，預估至2031年將成長至7.01億美元（參見圖2），2021-2031平均年複合成長率9.1%。依應用別來看，2021年產業應用領域依市場規模大小依序分別為石油和氣體（佔54.9%）、工業用（佔20.2%）、建築用-窗戶除外（佔7.7%）、電池組（佔7%）等，而氣凝膠應用於服裝及鞋類的市場規模佔比僅1%（參見圖3）。

圖2  2021-2031年全球氣凝膠市場規模走勢

資料來源：IDTechEx(2021)

圖3  2021年氣凝膠市場結構（依應用別）

資料來源：IDTechEx(2021)

展望未來，2021至2031年市場平均年複合成長率較高的產業依序為電池組（成長18.3%）、市政工程（成長18.29%）、電子產品（成長16.34%）、建築（成長14.75%）及包裝（成長14.52%），上述產業是未來氣凝膠較有市場成長潛力的新應用領域（參見圖4）。

氣凝膠材料因成本相對較高，在許多產業的應用都難以與其他功能類似的低成本材料競爭。目前氣凝膠被採用的特性以隔熱為主，並以石油和氣體、工業用等產業應用為主，然而，對於氣凝膠的阻燃性、疏水性、低密度等其他特性尚未被廣泛應用，上述特性未來應具有發揮的潛力。特別是在建築消防法規的要求提高，以及電動汽車的電池模組、5G手機等新應用市場需求的驅動下，再加上氣凝膠技術發展逐漸成熟，未來市場成長潛力仍值得期待。

圖4  2021-2031年全球氣凝膠市場規模依應用別走勢

資料來源：IDTechEx(2021)

（二）紡織產業市場

氣凝膠的低導熱、輕量、疏水等特性，適合應用於戶外機能服裝或鞋墊等用途，然而，由於氣凝膠材料的高成本，限制了其未來在服裝領域應用的市場成長潛力。根據研究機構IDTechEx (2021)預估，2021年應用於服裝、鞋類和其他消費產品的市場規模為2,800萬美元，預估2031年全球市場規模將成長至4,800萬美元（參見圖5），2021-2031年平均年複合成長率5.37%。

圖5  2020-2031年全球服裝及鞋類氣凝膠市場規模走勢

資料來源：IDTechEx(2021)

三、氣凝膠於紡織產業的應用

氣凝膠材料具有優越的熱絕緣、輕量、疏水等特性，可透過阻斷輻射熱、對流熱及傳導熱等作用機制達到保暖及保冷等功能，一開始主要應用於NASA太空服材料，隨後機能性材料廠商將之應用於服裝和鞋類上，並以提升保暖機能之創新材料作為行銷訴求。然而，氣凝膠材料與其他機能材料在紡織品上的應用有類似問題，即使用含量不足，使機能特性恐無法發揮；使用含量提高，又可能遭遇製程瓶頸、材料成本過高或織物手感不佳等問題。

現階段氣凝膠材料於紡織及服裝領域的應用多侷限於高端產品，並以應用於單價較高的戶外品牌產品為主，包括戶外用/滑雪用夾克、手套、褲子，或用於鞋墊或靴子襯裡。以下說明相關產品應用案例：

（一）PrimaLoft Cross Core系列（聚酯纖維+氣凝膠）

2017年PrimaLoft首次公開Cross Core氣凝膠系列，是以氣凝膠顆粒注入每根PrimaLoft纖維上所製成的填充材（含有 35%的消費後回收材料），訴求可提升每根羽狀物纖維的保暖度，從而提升保暖機能的耐久性（改善氣凝膠粉末脫落的問題）（參見圖6）。與原有PrimaLoft Gold Insulation填充材相比，加入氣凝膠的新產品在相同重量下，可提升52%的保暖度。

圖6  PrimaLoft Insulation with Cross CoreTM

資料來源：PrimaLoft

2021年2月，PrimaLoft進一步推出含有90%回收材料的Cross Core填充材系列，以回應其永續訴求。目前該材料已被全球各地50多個戶外品牌採用，包括Maloja、Mammut、Vaude、Dynafit、La Sportiva、Millet、Bergans、Haglöfs、Norröna、Montane、RAB、L.L.Bean、Sitka、Black Diamond、Patagonia、Outdoor Research、Helly Hansen、Fusalp和Strafe等。

部分戶外品牌將PrimaLoft Cross Core直接做為服裝主要部位的填充材料，以提升保暖機能並兼具輕量的特點（參見圖7）；部分品牌則將材料應用於紡織品的局部位置，如：手套的指尖及手掌等需要加強保暖的部位（參見圖8）；或設計於夾克的口袋內裡，以防止手機或其他電子產品在寒冷天氣中當機等（參見圖9）。

圖7  Patagonia DAS Parka採用PrimaLoft Cross Core氣凝膠填充材

資料來源：Patagonia。

圖8  Outdoor Research Bitterblaze Gloves手套採用PrimaLoft Cross Core氣凝膠填充材

資料來源：Outdoor Research。

圖9  戶外品牌Helly Hansen口袋內襯所採用的Life Pocket+TM氣凝膠保溫材，亦來自PrimaLoft Cross Core氣凝膠材料

資料來源：Helly Hansen。

（二）FLWRDWN™ Biobased Fibers（纖維素纖維+氣凝膠）

英國生物材料公司Pangaia亦推出含有氣凝膠的FLWRDWN™Puffer Jackets（參見圖10），該夾克每件包含400-500克野花植物材料、生物聚合物和氣凝膠。含有氣凝膠的FLWRDWN™纖維素纖維填充材由新加坡國立大學研發，據稱其氣凝膠原料85%來自回收再生紙屑與紙板，產品以不織布絕緣填充物形成，具無毒、柔韌性、疏水、輕量等特性，且其高孔洞性可提升保暖效果。該材料目前已交由Bronxculture公司負責材料的商品化。

圖10  FLWRDWN™ Puffer Jackets

資料來源：Pangaia。
 

（三）aerotherm氣凝膠隔熱材料

aerotherm氣凝膠隔熱材料是以美國Aspen Aerogels公司（全球第一大氣凝膠製造商）所生產的氣凝膠原料進行衍生應用的材料，其對原始的Aspen氣凝膠材料進行處理，開發成2-5 mm的薄隔離板，該材料被封裝在薄膜中以防止氣凝膠粉末漏出（參見圖11）。Aerotherm隔熱材料可根據客戶的產品設計切出合適的尺寸材料（參見圖12），並推出用於服裝、手套、鞋類等應用的通用組合。

圖11  aerotherm氣凝膠填充薄膜

資料來源：aerotherm。

圖12  aerotherm氣凝膠填充隔板根據客戶需求切割成不同尺寸

資料來源：aerotherm。

（四）Gore-Tex ThermiumTM Insulation

美國Gore公司開發出填充式的ePTFE-二氧化矽氣凝膠複合材料Gore-Tex InfiniumTM ThermiumTM Insulation，並於ISPO Munich 2020展會中展出。該材料主要應用於鞋類腳趾部位的隔絕保暖材料（參見圖13），據稱比傳統的隔熱材料保暖度提高8倍。該技術可捕獲並保護易碎的氣凝膠顆粒，並允許使用標準製造設備將材料切割、定型並填充到鞋類中。

圖13  ePTFE-二氧化矽氣凝膠複合材料Gore-Tex InfiniumTM ThermiumTM Insulation

資料來源：Gore-Tex；ISPO Munich 2020。

（五）OrthoLite推出可禦寒的輕量氣凝膠鞋墊

OrthoLite的O-Therm於2021年3月推出，將奈米多孔氣凝膠材料注入多孔聚氨酯泡沫材質，開發超疏水、保暖隔熱及輕量的鞋墊（參見圖14）。氣凝膠材料的疏水特性，可讓水分從腳上移除，提供更乾燥舒適的足底環境。在保暖隔熱方面，OrthoLite與第三方隔熱測試實驗室Vartest Laboratories合作，測試結果顯示，在負108度的環境條件下，O-Therm比其他隔熱鞋墊的平均效能高出54%。

O-Therm由2毫米的隔熱泡沫材料作為基底組成，可與各種OrthoLite的上層泡沫材質結合使用，創造出客製化的鞋墊解決方案，能針對各種款式的鞋類量身打造，涵蓋戶外、休閒、滑雪與滑雪板、工作和時尚等。

圖14  O-Therm輕量氣凝膠鞋墊

資料來源：OrthoLite。

（六）3M預計推出含有氣凝膠的隔熱材料3M Thinsulate Xerogel

紡織隔熱填充材是3M Thinsulate產品組合的一部分，3M於2021年5月公布，將在未來幾個月內，正式推出新型的3M Thinsulate Xerogel技術氣凝膠隔熱材料。

Xerogel的空氣含量超過99%，是一種多孔的結構而能夠形成凝滯空氣的隔熱材料。為了將此創新材料應用於服裝，3M公司研究人員和工程師開發新的配方和複合材料。新型3M Thinsulate Xerogel隔熱材料由60%的消費後回收材料組成，該絕熱材料的特點除包括保暖性、輕量結構、透氣性以外，尚包括低粉塵、可撓性和最小的破損，使其易於在工廠中使用。

四、結論

綜觀而言，考量材料成本、製程瓶頸等因素下，現階段氣凝膠材料並無法完全取代羽絨、人造纖維填充材等主要保暖材料，但以B2C的行銷角度來看，氣凝膠材料搭配羽絨或人造纖維填充材，可形成一良好的互補關係，除提升產品機能以外，也能創造「新行銷故事」，並滿足消費者求新求變的心理需求！

五、參考資料

Richard Collins (2021), “Aerogels 2021-2031: Technologies,Markets and Players”,www.IDTechEx.com