本文我們將對風電葉片材料進行梳理。

風電葉片是風電機組中將自然界風能轉換為電能的核心部件。它負責捕捉風能并將其轉換為機械能，進而通過發電機轉化為電能。在風力發電機組中，風電葉片的性能和效率直接影響到整個機組的發電能力和經濟效益。

從材料角度來看，風電葉片的制造材料多種多樣。風電葉片主要原材料包括基體材料、增強材料、夾芯材料以及其他材料等。

風電葉片結構關鍵材料

（資料圖來源：《國際先進材料與制造工程學會》）

基體材料

基體樹脂是整個葉片材料的“包裹體”，目前主要用于生產風電葉片的復合材料中。在葉片中，基體樹脂包裹著纖維材料和夾芯材料，起著粘結、支持、保護增強材料和傳遞載荷的作用，還可提供韌性和耐久性，是成本占比最大的風電材料。

當前主流的生產風電葉片基體樹脂分為環氧樹脂、乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂。其中環氧樹脂由于良好的力學性能、耐化學腐蝕性和尺寸穩定性是最為常見的基體樹脂。出于對力學性能和生產效率的更高追求，產業界也在持續研究開發新型樹脂體系，最有代表性的有聚氨酯樹脂、生物基尼龍56、尼龍66等。

1、環氧樹脂

在基體材料中，環氧樹脂是復合材料中應用最廣泛的樹脂體系。環氧樹脂指分子中含有兩個以上環氧基團的一類聚合物的總稱，是環氧氯丙烷與雙酚A 或多元醇的縮聚產物。環氧樹脂具有其具有良好的力學性能、耐化學腐蝕性和尺寸穩定性，更有利于葉片在嚴苛的環境下保證運作效率和使用壽命，在風電葉片中普遍應用。但具體應用時需由基礎環氧樹脂與固化劑、助劑、稀釋劑等深加工制成，形成風電專用環氧樹脂體系。通過在基礎環氧樹脂混入不同類型和比例的固化劑、稀釋劑、助劑等也可以應用于電子電氣、新型復合材料等用途。

風電用環氧樹脂根據與增強材料復合工藝不同分為灌注樹脂、手糊樹脂、模具樹脂、膠粘劑、風電葉片大梁用預浸料樹脂、風電葉片大梁用拉擠碳板樹脂等。風機葉片用環氧樹脂灌注體系應具備粘度低、適用期長、浸透性好、固化物力學強度高，韌性好等特點，目前多數風電葉片廠家采用真空灌注環氧樹脂。在拉擠成型工藝中，環氧樹脂因為優異的力學性能、耐熱性能、耐腐蝕性能和固化過程穩定等特點仍然是首選的基體樹脂，短期難以替代。

（資料圖：道生天合）

2、聚氨酯樹脂

聚氨酯樹脂契合葉片輕量化趨勢，同時可以加快生產效率。從樹脂的發展趨勢來看，降低制造成本從而達到整個體系的降本也是一個重要方向，聚氨酯樹脂被認為是一個比較有潛力的方向，核心是能夠縮短葉片生產時間提升效率，同時降低葉片的重量約5%。從力學性能來看，聚氨酯樹脂的拉伸強度相比環氧樹脂提高了18%，拉伸模量提高20%，斷裂伸長率略高于環氧樹脂。聚氨酯具有更為優異的機械性能和耐疲勞性能，固化快，加工性能好，與增強用玻璃纖維和碳纖維有更好的粘接力，有助于提高生產效率和降低生產成本。據統計，聚氨酯樹脂用量低于環氧樹脂，固化效率提高40%，符合樹脂技術的發展趨勢。

（資料圖：康達新材）

3、尼龍66及生物基尼龍56

尼龍66（聚酰胺66）是具備優異加工性能的工程塑料，針對其干態和低溫下抗沖擊強度低，吸水率大易影響制品的穩定性等缺點，通常以高性能纖維與尼龍66混雜以制備性能優異的復合材料。生物基聚酰胺56（尼龍56）由戊二胺和己二酸聚合而得，兩種單體均可利用可再生資源制備。

生物基尼龍56具有輕量化、高強度、耐高溫、高耐磨、耐腐蝕等特點，可憑借原料可再生、產品可回收、成本可競爭的優勢，產品性能接近通用型聚酰胺66，可應用于風電領域，是一種較有前景的新型材料，特別是在碳中和背景下，生物基可回收可再生將是趨勢。

增強材料

增強材料是葉片結構剛度和強度保證。增強材料是用于加強制品力學性能或者其他性能的材料，其增強效應取決于被增強材料的相容性。高強度，常選擇高模量和耐熱的纖維狀材料及織物，有利于提高制品性能。

增強材料主要有玻璃纖維和碳纖維兩種。風電葉片材料經歷了木質材料-金屬材料-復合材料的演變過程，目前已完全使用復合材料，而玻纖因為其優異的性能同時兼顧經濟性成為大型風力發電機葉片材料的首選。碳纖維是目前已規模化生產的高性能纖維中具有最高比強度和最高比模量的纖維，更高的力學性能和輕量化特點均優于玻纖。

1、玻璃纖維

玻璃纖維是一種性質優異的無機非金屬材料，其主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。其最大的特征是抗拉強度大，比同成分的玻璃高幾十倍，此外耐熱性好，有優良的絕緣性，抗腐蝕能力強。由于這些優異的性能，玻纖及其向下加工制成的玻纖制品有了廣泛的應用空間。

玻璃纖維復合材料由于具有輕質高強度的特性，在制品輕量化、資源綜合利用等減少碳排放方面具有巨大優勢。玻纖作為風電增強材料具有明顯優勢，主要因為玻纖不僅具備優異的性能，同時兼顧經濟性。研究表明，玻璃纖維的密度比鋼低67%，比鋁合金低10%左右，應用在風電葉片上能大幅降低重量提升發電效率，降低運輸成本。玻纖的拉伸強度比金屬材料高2~6倍，拉伸模量僅略高于鋁合金，目前市場主流的高模量玻纖其拉伸模量達到89Gpa。

葉片大型化的背景下，高模玻纖是玻纖未來發展方向。與普通無堿玻纖相比，高模高強玻纖具有拉伸強度高、彈性模量高、抗沖擊性能好、化學穩定性好、抗疲勞性好、耐高溫等優良性能。

（資料圖：中國巨石）

2、碳纖維

碳纖維是由聚丙烯腈等有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈無結構無機纖維，是目前已規模化生產的高性能纖維中具有最高比強度和最高比模量的纖維，其比重不到鋼的1/4，強度卻是鋼的7~9倍。

碳纖維是一種絲狀碳素材料，被稱為材料領域的“黑色黃金”，是具有多種優異性能并擁有廣泛應用前景的基礎性新材料。高比強度、高比模量、低比重的性能特點使得以碳纖維為增強體的復合材料具有出色的增強、減重效果。另外耐腐蝕、耐高溫、低膨脹系數、導電等良好的化學穩定性、熱穩定性和電性能特點使得 碳纖維可以在諸如高壓、高溫、高濕、高寒、高腐蝕等惡劣工況環境中使用。

葉片大型化后，碳纖維已經成為必要選擇。隨著葉片長度的增加，對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現出性能方面的不足，特別是對于超過100米的葉片。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。既減輕葉片的質量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用纖維進行增強，在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時，采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。

另外，碳纖維主要原材料是丙烯腈。在碳纖維生產中，首先以丙烯腈為原料，經聚合和紡絲后得到聚丙烯腈原絲，再經過預氧化、低溫和高溫碳化等步驟生產得到碳纖 維。碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結合后得到碳纖維復合材料，再經各種成型工藝后應用到下游產品中。

（資料圖：中復神鷹碳纖維）

3、碳纖維VS玻璃纖維

玻纖相較于碳纖維有性價比優勢，同時高模玻纖新型號的出現增加了其未來的發展潛力，高模玻纖拉伸模量等性能能夠比肩碳纖維，同時兼有玻纖的成本優勢，在風電滲透率提升過程中仍將扮演重要角色。但當葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片的優勢將更加顯現，特別是對于追求極致更大葉片的海上風電領域。當葉片超過一定程度，碳纖維比玻璃纖維在材料用量、勞動力、運輸和安裝成本方面都有顯著降低。

夾芯材料

夾芯材料是葉片的關鍵材料，通常應用在葉片的蒙皮與腹板上。夾芯材料是葉片關鍵增強材料，通常應用在葉片的蒙皮與腹板上，作為夾層結構來提升結構剛度，防止局部失穩、提高整個葉片的抗載能力。

葉片用的芯材主要包括Balsawood（巴沙木）PVC泡沫和PET泡沫三類。由于巴沙木具有豎直纖維結構，并且有良好的抗壓抗剪強度，因此是目前主要的芯材原料。

1、Balsawood（巴沙木）

Balsawood（巴沙木）又稱輕木，屬于木棉科熱帶速生樹種，全球90%以上的輕木都來自于厄瓜多爾。輕木密度小且生長迅速，常規密度是135~176kg/m3，4~7年可采伐，是提高風電葉片結構剛度的理想夾芯材料。但是由于樹木的生產周期較長，且主要依賴于進口，成本波動較大，中國常年受海外限制。

Balsawood（巴沙木）供給受限。全球90%以上的Balsawood（巴沙木）都來自厄瓜多爾。厄瓜多爾肥沃的土壤、年均90英寸的降雨量及熱帶雨林的充裕日照等自 然條件是巴沙輕木快速成長的重要因素，其他地區均不具備。除此之外，Balsawood （巴沙木）生長周期較長，需要5-7年時間才可由樹苗長為90英寸的樹木，因此每 次風電需求爆發，Balsawood（巴沙木）都會供不應求。

（資料圖：時代新材）

2、PVC泡沫

PVC泡沫因國外葉片技術轉讓而從進入國內市場，一直是風電葉片芯材的主流產品。由于PVC泡沫技術創新性不足，難以滿足更大葉片對夾芯材料 性能提升的需求，因此在設計葉片時開始使用PET泡沫和HPE泡沫替代PVC泡沫。

PVC泡沫主要原材料PVC可通過電石法和乙烯法兩種工藝生產。PVC泡沫以乙烯基聚合物為基礎, 由PVC、發泡劑、交聯劑等塑料助劑等，經過投料、共混、模壓、后處理、模壓等復雜的工序制成。習慣稱為交聯PVC泡沫芯材，是復合材料夾層結構的理想芯材。PVC泡沫綜合機械性能優異，化學性質穩定，具有很高的性價比，在風電和水上船艇等領域有廣泛應用。

（資料圖：天晟新材官網）

3、PET泡沫

PET泡沫是近幾年來替代PVC的主要芯材，PET泡沫主要原料是PTA和MEG。PET泡沫產業鏈的源頭是石油，石油經過處 理后得到石腦油，石腦油經過催化重整、芳烴抽提、異構化、加氫等一系列工藝后得到PTA和MEG，兩者反應生成PET，再對PET采用特定發泡技術加工后得到PET泡沫，具有優異的力學強度、耐熱性和可生物降解性能，廣泛應用于環保建材、汽車內飾、屋頂隔熱、運動器材、風力發電和航天工業等領域。國內PET產量較多，但PET泡沫主要依靠進口。

PET泡沫材質相對較脆，具有良好的耐熱性和力學強度。PET泡沫的力學性能優于PVC泡沫，除了在葉片局部可以替代PVC外，還能夠替代一部分輕木。另外，PVC泡沫在制造、使用及廢棄處理時，都會產生一定程度的環境污染問題，而PET泡沫是可回收的環保材料。

（資料圖：法寧格）

據悉，在風電葉片的夾芯材料中，Balsawood（巴沙木）的使用比例為38%，PVC泡沫的使用比例為31%，PET泡沫的使用比例為25%。

其他材料

1、聚醚胺：大型發電葉片制造所需的環氧固化劑

聚醚胺(PEA)是一種新型的精細化工材料，屬于脂肪胺大類中的一種，其末端活性官能團為胺基，主鏈為不同分子量聚環氧丙烷/環氧乙烷，亦稱端氨基聚醚。由于端氨基的反應活性，使其能與多種反應基團作用，憑借其低粘度、較長適用期、減少能耗、高強度、高韌性、抗老化、優良防水性能等多方面優異的綜合性能，在新能源、建筑、新材料等眾多行業領域應用廣泛。在風電領域，目前所有的工業化胺類固化劑中，僅有聚醚胺可以滿足大型發電葉片制造的性能和工藝性要求。

2、酸酐固化劑：拉擠板材適用的新型固化劑

由于輕量化和強度要求，拉擠工藝在未來將快速發展。酸酐固化劑更適用于拉擠復合材料，原因有三：

其一，由于拉擠成型工藝要求基體樹脂具有適用期長、凝膠時間短、固化速度快等特點，而傳統灌注體系常用的脂肪胺類固化劑屬于常溫固化劑，拉擠要求的快速固化反應過程中耐溫性不足。相對而言，酸酐固化劑屬于加熱固化劑（常常加入叔胺促進固化，提高活性與速度），耐溫性更強。

其二，除了拉擠工藝所要求的速度外，作為拉擠樹脂的粘度也是重要的考察參數，混合料粘度高，勢必影響樹脂對纖維的浸潤效果。液體酸酐固化劑較環氧樹脂粘度更低。

其三，根據拉擠工藝的特點，樹脂混合物在常溫條件下要有較長的可使用期，一般要求6小時以上，胺類固化劑反應活性過高，而液態酸酐固化劑與環氧樹脂混合即使在促進劑存在下也有較長的可使用期，可滿足要求。

3、聚氨酯涂料：葉片及塔筒的主要防護材料

目前可應用于風電葉片的樹脂主要有聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、氟碳樹脂、有機硅樹脂及環氧樹脂。

其中，聚氨酯樹脂體系是目前風電葉片涂料中使用最多的樹脂，主要是因為聚氨酯具有高彈性和耐用性，在受到沖擊時能起到吸收能量的作用，而且聚氨酯涂料相比于其他樹脂基體涂料具有優異的附著力、優異的耐磨性、良好的耐高低溫性以及低固化溫度等優點，且相同固含量下價格較低，具有一定成本優勢，是應用最廣泛的風電葉片涂料。但是，單一使用聚氨酯樹脂也有一定局限性。

聚氨酯樹脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低溫柔韌性、耐磨性、防風沙雨蝕方面表面優異，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有機氟硅樹脂，而環氧樹脂則可以提供優異的防腐性能及層間附著力。因此通常針對不同樹脂的優缺點合理搭配制成配套涂層體系，從而達到更優異的防護效果。

復合材料——新型材料

大型風電葉片作為風電設備的關鍵組成部分，其設計與制造技術的進步對于提升風電設備的性能、降低成本以及推動風電產業的可持續發展具有重要意義。復合材料作為一種輕質高強、耐候性好的新型材料，在大型風電葉片的制造中發揮著越來越重要的作用。

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。在風電葉片制造中，常用的復合材料主要包括玻璃纖維增強塑料（GFRP）、碳纖維增強塑料（CFRP）和芳綸增強塑料（AFRP）等。

這些復合材料具有以下性能優勢：

輕質高強：復合材料具有較低的密度和較高的比強度，可以大幅度降低風電葉片的重量，同時保持其良好的力學性能。這有助于降低風電設備的制造成本，提高風能利用效率。

耐候性好：復合材料具有良好的耐候性，能夠在惡劣的環境條件下長期穩定運行。這降低了風電設備的維護成本，提高了其使用壽命。

可設計性強：復合材料可以根據風電葉片的設計要求，通過調整材料的配比、纖維方向和鋪層方式等參數，實現風電葉片的定制化設計。這有助于滿足風電設備在不同工況下的性能需求。

（資料圖：天順復材）

代表企業

中國巨石

中國巨石股份有限公司(簡稱“中國巨石”)，是中國建材股份有限公司(簡稱“中國建材”) 玻璃纖維業務的核心企業，以玻璃纖維及制品的生產與銷售為主營業務，是我國新材料行業進入資本市場早，企業規模大的上市公司之一。

為了滿足高端客戶對高模量玻璃纖維的特殊需求，巨石集團成功開發了E8高模量玻璃纖維，它實現了玻璃纖維領域的又一大革命性突破。E8玻璃纖維具有比S玻璃纖維更高的模量和抗疲勞性，是首款實現池窯化量產的超高模量玻璃纖維，顯著提升了高模量玻纖的性價比和市場競爭力，真正實現了高模量玻纖的規模化工業應用。E8提供了一個全新的技術平臺，能為特定客戶的高模量需求提供全新的解決方案。以風力葉片應用為例，E8玻璃纖維可以給風能市場帶來巨大的價值，進一步推動大型風力葉片的革新設計與應用，使葉片制造商能夠生產葉型更長、抗疲勞更好、風區適應性更廣的風力葉片。

（資料圖：中國巨石高模量玻璃纖維E8）

中材科技

中材科技股份有限公司是經原國家經濟貿易委員會批準，由原中國中材集團公司作為主發起人，于2001年12月28日在國家工商行政管理總局注冊設立的股份制企業。2006年11月20日，中材科技股份有限公司A股股票在深圳證券交易所上市。2016年兩材重組后，隸屬于中國建材集團有限公司。

公司主要從事特種纖維復合材料及其制品的制造與銷售，并面向行業提供技術與裝備服務。主要產品為風電葉片、高壓復合壓力容器、高溫過濾材料、微纖維濕法制品、特種玻璃纖維、汽車用復合材料、非礦深加工產品，并從事萬噸級玻璃纖維池窯拉絲工程和大型非礦工程的設計、關鍵裝備制造及技術服務。

（資料圖：中材科技復合材料風電葉片）

康達新材

康達新材料（集團）股份有限公司公司成立于1988年，深交所主板上市公司。公司業務范圍覆蓋裝備制造、新能源、軌道交通、航空航天、電子信息、半導體、國防軍工以及低碳環保等新興產業等。

2007年康達新材風電葉片膠進入風電市場，2008年中國首家風電葉片膠粘劑通過GL認證，迄今已為葉片行業提供結構膠8.5萬余噸，服務于國內20余家葉片企業，50多個基地，風電葉片膠粘劑在葉片使用超8萬套，近25多萬支葉片。

產品：葉片合模結構膠（WD3135/3137） 、葉片灌注樹脂（WD0135/0137）、葉片鋪層噴膠（WD2078/2178）、密封膠帶（209系列） 。

（資料圖：康達新材）

吉林化纖

吉林化纖始建于1959年，1964年建成投產，下轄及管理兩家上市公司、2家外埠公司等40余家企業，是以傳統纖維產業、戰略新興產業為主的大型國有企業，主導產品包括人造絲、腈綸纖維、竹纖維、碳纖維及復材制品。公司現有人造絲產能9萬噸/年，占全球的30%；腈綸纖維產能53萬噸/年，占全球的40%；竹纖維產能15萬噸/年；碳纖維產業鏈產能24萬噸。

產品：

12k碳纖維、6k碳纖維、3k碳纖維應用在航空航天，風電葉片，體育休閑，汽車應用，壓力容器，建筑補強，碳碳復材，電子電氣，船舶應用，電纜芯應用，軌道交通等領域。

白山碳纖維原絲應用在風電葉片、汽車輕量化、軌道交通、機械制造、土木建筑、文體用品、電加熱等領域。

（資料圖：吉林化纖12k碳纖維）

山東玻纖

山東玻纖集團股份有限公司為山東能源集團控股經營的國有上市企業，注冊資本金6億元。主營業務為玻璃纖維生產及其初加工、熱電產品兩大類。目前共有6條玻纖生產線，設計產能41萬噸/年，位居全國第四。

產品：風電用無捻粗紗

風電用無捻粗紗與環氧樹脂、乙烯基樹脂、不飽和聚酯樹脂等相容，所做的風能織物具有浸透速度快、強度、模量高的特點。山東坡纖可提供ECR玻璃、ECER玻璃配方的產品。

天晟新材

常州天晟新材料集團股份有限公司成立于1998年，公司于2008年6月改制為股份有限公司。2011年1月25日，公司在深交所創業板成功上市，股票簡稱天晟新材。天晟主要從事高分子發泡的研發、生產和銷售，產品包括軟質發泡材料、結構泡沫材料以及上述材料的后加工產品。

天晟自主研發的高新技術產品——結構泡沫材料Strucel系列產品，已成功跨入風力發電、軌道交通、船舶制造、節能建筑等領域，填補了國內空白。

結構泡沫材料包括Stucell P、成套芯材（Kits）。

結構泡沫材料是以塑料（PVC、PET等）等為基礎，通過貫穿的芳香酰胺聚合網絡修正的發泡材料，與軟質發泡材料一樣密度很低，但其具有很高的強度，適用于要求材料輕、強度高的高端領域，主要應用于風力發電、軌道交通、游艇、航空航天、建筑節能等行業。

Stucell PVC是一種剛性交聯閉孔的PVC結構泡沫材料，為網狀結構分子鏈，具有優良的比剛度，比強度，綜合機械性能優異，化學性質穩定，可以與多種面層材料組合形成夾芯三明治復合材料，可以大大增強力學性能的同時，幾乎不增加重量，是理想的夾芯材料，已廣泛應用于采用夾芯復合材料的幾乎每一個領域，包括風能葉片、船舶游艇、交通車輛、運動器材等市場。

PVC結構泡沫是通過模壓發泡成型，一般情況下是以片材的形式供貨。在風電葉片制造等領域，由于產品本身尺寸很大，且形狀是漸變的，需要很多形狀各異的芯材拼接而成，因此很多用戶要求根據他們提供的圖紙把芯材切成不同的異形件形狀，通過成套芯材的概念，每一片芯材都是預先切割，按要求公差進行定形、編號，以將其準確地放入模具中指定位置。大大提升了客戶現場效率，縮短生產周期以及降低倉儲庫存。

（資料圖：天晟新材官網）

來源綜合自：樂晴智庫精選、未來智庫、 國華投資、海洋清潔能源資訊、復材生態圈及各企業官網