風電產業(yè)上游材料中，葉片是最昂貴也是最重要的部件，其成本約占風力發(fā)電系統(tǒng)總成本的20%-30%。

從風電葉片結構來看，主要由增強材料（梁）、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同部分之間的結構膠組成。

風電葉片的材料組成結構

（圖源：科學大院）

在風電葉片應用中，結構芯材是風電葉片的關鍵材料，可以極大程度保證層合板的穩(wěn)定性，在提升葉片結構的強度和剛度的同時，減輕葉片重量，防止局部失穩(wěn)，進一步提高整個葉片的抗沖擊和抗載荷能力。

風電芯材成本僅次于碳纖維、玻璃纖維，占風電葉片總成本的25%以上。

實現(xiàn)輕質結構芯材的穩(wěn)定供應和自給自足，對我國風能行業(yè)持續(xù)健康快速發(fā)展至關重要。

目前在風電葉片中所使用的夾芯材料，主要包括巴沙木、PVC 泡沫、PET泡沫等。

三大風電葉片芯材對比

PET泡沫、PVC泡沫、巴沙木

據(jù)10月31日國家能源局2023年四季度新聞發(fā)布會消息，截至2023年9月底，全國風電裝機4億千瓦。2023年前三季度，風電新增裝機3348萬千瓦。

風電裝機規(guī)模不斷實現(xiàn)新突破，帶動風電葉片材料用量提升。在夾芯材料領域，巴沙木供給受限，PVC 泡沫已實現(xiàn)國產化，PET 泡沫亟待國內突破。

01 PET泡沫是什么

PET泡沫，又稱滌綸樹脂，是一種采用特定發(fā)泡技術制成的發(fā)泡材料。主要成分是聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate）。

PET泡沫是一類閉孔熱塑料結構泡沫，具有良好的剪切性能、壓縮強度，因此常用于夾層結構材料芯材，被廣泛應用于建筑、車輛、軌道交通、風電、運動器材等領域。

（圖源：發(fā)泡者聯(lián)盟）

02 PVC泡沫是什么

PVC泡沫，又稱閉孔聚氯乙烯泡沫材料，以聚氯乙烯樹脂為主要原材料，加入高分子改性劑、發(fā)泡劑等輔助材料制成。

PVC泡沫是一種閉孔型柔軟的泡體，具有良好的沖擊吸收性和機械性能，是高性能夾層結構最常用的芯材之一，被廣泛應用于風電葉片、船舶游艇、車輛、航空航天、軌道交通等領域。

目前 PVC泡沫在風電葉片領域市場普遍使用型號有 60kg/ m?、80kg/m3 等，其中以 60kg/m3最多。

（圖源：常州天晟新材料股份有限公司）

03 巴沙木是什么

巴沙木（Balsa Wood），又稱輕木，是世界上最輕的商品用材樹種。巴沙木這種木棉科天然木材，分布在熱帶國家的低海拔地區(qū)，全球90%以上的巴沙木都來自厄瓜多爾。

巴沙木的木材質地雖輕，但結構卻很牢固，具有低密度、高強度、隔音、隔熱等性能，被廣泛應用于風電葉片、航空航天、航海等領域。

（圖源：中信證券研究）

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夾芯材料的物理性能

PET泡沫已具備替代傳統(tǒng)葉片夾層材料PVC泡沫的條件。

PET泡沫具有良好的耐高溫性，在加工過程中可以短時間承受150℃左右的溫度，在使用壽命內則可長時間承受100℃左右的溫度。

而PVC泡沫的工藝溫度在-240℃~100℃，長期承受溫度在-240℃~80℃，PVC的變色很有可能出現(xiàn)碳化的現(xiàn)象，嚴重可導致芯材燒焦，造成葉片報廢。

PET泡沫具備高剛性和抗疲勞性能，且力學性能優(yōu)于PVC泡沫。在葉片局部可以替代PVC泡沫，還可替代部分巴沙木，保證結構強度與性能長期穩(wěn)定的條件下，實現(xiàn)輕量化的設計。

而巴沙木材料的密度范圍在135-175kg/m?，是三種材料中密度最大的，選用時急需考慮其對風電葉片重量的影響。

PET泡沫具備良好的耐腐蝕性、耐油性，對二氧化碳、水汽、部分化學溶劑有良好的阻隔性。使其在極端暴雨、冰凍、暴雪天氣下，性能依然穩(wěn)定。

（圖源：越科公司）

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夾芯材料的環(huán)保問題

巴沙木是一種天然木材，屬于環(huán)境友好型材料。泡沫均是人工制造的高分子聚合物材料，PVC泡沫屬于熱固性聚合物；PET泡沫屬于熱塑性聚合物。

熱固性聚合物屬于“一次性”產品，且在制造、使用及廢棄處理時，都會產生一定程度的環(huán)境污染問題。

熱塑性聚合物是可循環(huán)利用的環(huán)保材料。在生產過程中，PET泡沫的邊角料、切屑都可以重新利用制造新的材料。

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夾芯材料的工藝可操作性

PET泡沫良好的泡孔結構有利于加工，適用于所有樹脂體系與工藝技術。

通過熱成形，可以實現(xiàn)復雜的形體結構，且在加熱狀態(tài)下，熱穩(wěn)定性良好、生產效率高、廢品率低，有效減少污染、降低生產成本。

PET泡沫還具有優(yōu)異的閉孔結構，在灌注成型中對樹脂的吸收量更低，有助于降低葉片生產成本。

PVC泡沫短期耐高溫較低，受樹脂放熱峰及模具加熱工藝影響較大。

（圖源：國高材產業(yè)創(chuàng)新中心）

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總結

綜上所述，國內市場應用最多的PVC泡沫，存在高溫固化燒焦與難以回收利用的問題。

巴沙木材料依靠進口，供應不穩(wěn)定，且市場價格走高，隨著葉片大型化發(fā)展，將進一步加劇巴沙木的供需不平問題。

這兩種夾芯材料都不是輔助風電葉片走向大型化、輕量化的最優(yōu)解。

北京化工大學博導何亞東教授曾表示：“PET為熱塑性材料，具有可回收和重復利用等特點，是葉片中最具發(fā)展?jié)摿颓熬暗妮p質結構芯材，全PET芯材葉片是風電技術的重要發(fā)展趨勢。”

PET泡沫的綜合性能優(yōu)越，屬于熱塑性材料可以循環(huán)利用、性價比高，是未來芯材發(fā)展的方向。

我國風電行業(yè)正在淘汰落后產能，促進產業(yè)整合，提高技術和效率，這為PET泡沫芯材產業(yè)帶來了絕佳機會。相信在市場需求的刺激下，能夠盡快突破PET發(fā)泡工藝、專業(yè)設備等生產壁壘，推動PET泡沫產業(yè)化發(fā)展。