科普丨什么是树脂？在风电产业链中有什么应用？

近几年，全球能源向高效、清洁、多元化的方向飞速发展，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的关注。而树脂是制造高强度复合材料的关键成分，因此被广泛的应用于风电产业、航空航天、汽车和运动器材制造等行业中。

（资料图：中船海装）

什么是树脂？

树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义上是指用作塑料基材的聚合物或预聚物。一般不溶于水，能溶于有机溶剂。按来源可分为天然树脂和合成树脂；按其加工行为不同的特点又有热塑性树脂和热固性树脂之分。

天然树脂

天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。天然树脂特点是受热时变软，可熔化，在应力作用下有流动倾向，一般不溶于水，而能溶于醇、醚、酮及其他有机溶剂。主要用作涂料，也可用于造纸、绝缘材料、胶粘剂、医药、香料等的生产过程。

合成树脂

合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物，如酚醛树脂、聚氯乙烯树脂等，其中合成树脂是塑料的主要成分。合成树脂还是制造合成纤维、涂料、胶粘剂、绝缘材料等的基础原料，广泛使用的树脂混凝土也以合成树脂为胶凝材料。

（资料图：元邦树脂）

热塑性树脂

热塑性树脂是可反复加热软化、冷却固化的一大类合成树脂，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。热塑性树脂的优点是加工成型简便，具有较高的机械能，缺点是耐热性和刚性较差。例如PE-聚乙烯、PP-聚丙烯、PVC-聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、橡胶等。

热固性树脂

热固性树脂是一种高分子聚合物材料，在加热过程中会发生化学反应，固化成坚硬的三维网络结构，一旦固化，即使再次加热也不会软化或熔化。优点是高强度、耐热性好、电性能优良、抗腐蚀、耐老化、尺寸稳定性好等。例如环氧树脂、聚酯树脂，乙烯基酯，双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯等。

风电产业中树脂的应用

风电叶片用树脂又称为风力发电机叶片材料，是一种高性能的复合材料，具有轻质、高强、耐磨损、耐腐蚀等特点，主要用于风力发电机的叶片制造。

（资料图：上纬新材）

风电叶片用树脂有环氧树脂、不饱和聚酯树脂和环氧乙烯基酯树脂等。目前市场上主要的叶片制造商均采用环氧树脂作为叶片灌注成型的基体材料，少数厂商采用乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。

风电叶片防护涂层材料的几种聚合物树脂有聚氨酯、氟树脂、丙烯酸树脂等。

环氧树脂

环氧树脂是一种具有优异性能的热固性树脂，具有良好的粘接性、耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性等特点。环氧树脂主要应用于叶片的结构粘接、保护和修复等方面。通过使用环氧树脂，可以有效提高风电叶片的强度、耐久性和抗老化性能，从而提高风力发电机组的整体运行效率。

（资料图：元邦树脂）

风电叶片结构粘接方面

因环氧树脂可以通过分子链的交联反应形成高度稳定的三维网络结构，还具有良好的耐候性和抗紫外线性能，因此可以提风电叶片的承载能力和抗疲劳性能。

在风电叶片保护和修复方面

环氧树脂可以有效地填充风电叶片因外部环境因素、恶劣天气等导致的叶片表面磨损、裂纹等损伤。因其良好的修复性能，可以在叶片损坏后进行快速修复，降低维护成本。

风电叶片制造过程中

与传统的粘接材料相比，环氧树脂具有更快的固化速度和更低的固化温度，可以在更短的时间内完成叶片的生产。还可以通过改性和优化配方满足不同类型风电叶片的需求，提高生产效率、降低成本。

不饱和聚酯树脂

不饱和聚酯树脂具有优异的机械性能、耐腐蚀性和耐候性，可以用于制造风力发电机叶片和风力发电机塔筒。使用不饱和聚酯树脂可以提高叶片的强度和抗冲击性，降低叶片的损坏率和维护成本，提高塔筒的抗腐蚀性和耐候性，延长其使用寿命。

随着科技的发展，不饱和聚酯树脂在新能源领域的应用也在不断拓展，比如研究将不饱和聚酯树脂与其他高性能材料相结合，以制造更轻、更强、更耐用的风力发电机叶片和塔筒。

但是，不饱和聚酯树脂也有一定的缺陷，比如它在生产过程中可能产生有害物质，对环境和人体健康造成潜在威胁。

环氧乙烯基酯树脂

环氧乙烯基酯树脂也简称为乙烯基酯树脂、乙烯酯树脂，是一种热固性树脂。具有高强度、耐化学腐蚀和良好工艺性能等优点，并且没有环氧树脂高粘度、不易加工及高成本的缺点。

环氧乙烯基酯树脂可用于粘接不饱和聚酯树脂基材类叶片，具有优良的韧性、热稳定性和良好的操作工艺性，可广泛应用于风机叶片等粘接。

聚氨酯树脂

聚氨酯树脂具备优良的耐油耐磨性、耐化学药品性、较强的附着能力，故由其所制的涂料已最广泛地应用在风电叶片上。因聚氨酯树脂与水可以发生反应，具有发泡功能，所以在存储、运输和使用过程中，必须严格控制其含水率，避免水分对其性能造成影响，导致叶片在使用过程中出现开裂、变形等问题。

氟树脂

氟树脂具有良好的化学稳定性、耐候性、耐热耐寒性、耐辐射性，另外含氟聚合物表面能低，具有疏水疏油的特点，优异的自润滑性能与低摩擦性能使得其被应用于风电叶片涂料方面。

传统氟树脂以聚偏氟乙烯（PVDF）为代表，PVDF涂料户外的使用寿命可达20年以上。尽管具备优良的耐候性、韧性好、耐粉化等特点，但由于PVDF涂料的涂敷需要经过高温烘烤，加工过程稍显繁琐。

丙烯酸树脂

丙烯酸树脂涂料因其耐候、耐光、耐腐蚀性能优异，粘接性好，对底材的附着能力强，已在各个领域得到广泛应用。但该树脂耐水、耐溶剂性能相对较差，且不耐磨，所以一般将丙烯酸树脂作为风电叶片涂料的底漆使用。

风电树脂相关企业

据相关报告统计，风电叶片专用环氧树脂主要产地在中国、欧洲和北美，风电叶片专用环氧树脂主要生产商主要包括道生天合、上纬新材、惠柏新材、博汇新材料、埃迪亚贝拉、聚合科技、康达新材、Westlake Chemical、Olin Corporation等。

道生天合

道生天合材料科技（上海）股份有限公司总部位于上海，致力于研究与开发高性能系统材料，在环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸等产品方面， 拥有一支经验成熟的技术团队，为全球客户提供专业的产品和技术支持。

涉及领域涵盖风电叶片用材料、新型复合材料用树脂、新能源汽车及工业用胶粘剂三大系列产品， 主要为风电、新能源汽车、储能、氢能等新能源领域，以及航空、油气开采、电力、模具制造等领域的国内外客户提供系列化、差异化和精细化的新材料产品综合解决方案。同时，公司产品在光伏、消费电子、半导体、轨道交通、3D打印、5G通讯、航运和建材等领域也具有十分广阔的应用前景。

上纬新材

上纬公司成立于1992年，其中新材料事业总部-上纬新材料科技股份有限公司设在上海，主营环保高性能耐腐蚀材料、风电叶片用材料、新型复合材料的研发、生产和销售。主要产品包括乙烯基酯树脂、特种不饱和聚酯树脂、风电叶片用灌注树脂、手糊树脂、胶粘剂、风电叶片大梁用预浸料树脂、风电叶片大梁用拉挤树脂、环境友好型树脂、轨道交通用安全材料等多个应用系列。

（资料图：上纬新材）

公司产品属于新材料领域，下游主要应用领域包括节能环保和新能源两大领域。其中节能环保领域主要包括轨道交通用安全材料及电力、石化、电子电气、冶金、半导体、建筑工程等行业的污染防治工程；新能源领域包括风电叶片用材料、汽车轻量化材料等方面。

惠柏新材

惠柏新材料科技（上海）股份有限公司，自2010年在上海成立以来，公司始终专注于特种配方改性环氧树脂品类，通过密切追踪国内外相关技术及应用动态，不断研发改性环氧树脂配方种类以满足市场需求。目前，公司主要围绕风电叶片市场、电子电气绝缘封装市场、交通运输轻量化市场、体育休闲器材市场及新型显示屏市场等多个市场集中深入发掘下游客户应用需求，为客户提供差异化、定制化、精细化的产品综合解决方案。

风电叶片专用环氧树脂的发展

2000年以前，中国风电叶片行业原材料除玻璃纤维外，从模具树脂，表面胶衣，到叶片产品树脂，胶黏剂，芯材，工艺辅材基本被国外企业垄断，叶片技术也垄断在国外厂商手中。

后来随着中国风电叶片企业技术进步以及低成本优势吸引越来越多的下游整机厂商对叶片进行自产，叶片产品的设计逐步从叶片企业转移到了整机企业。

2021-2022年以来，100m以上的海上风电叶片，在中国风电行业已是随处可见。目前，全球60-70%以上的风电叶片在中国生产，国际领军企业的主要工厂也在中国，整个产业链的蓬勃需求使得市场对环氧树脂的需求倍增。

风电叶片专用环氧树脂占据市场领导位置的企业主要依靠的是体量优势而非技术优势，目前主要企业的毛利率表明该行业盈利主要依赖高销售量而非技术壁垒和配套壁垒。

在全国日益激烈竞争的环氧树脂市场中，未来不排除部分风电叶片专用环氧树脂向上延伸产业链，建立完整的配套生产单体从而提高利润。

在过去，风电叶片呈现非常典型的周期波动，大部分企业不愿意建立上游工厂。如未来全球的叶片的年均需求量稳定在100GW以上，则建立上游工厂是有利可图的。环氧树脂行业向集约化、规模化发展，产品质量及价格透明度得以不断提升。

来源综合自：百度百科，QYResearch、 复材生态圈、新能源用新材料等