目前國內(nèi)碳纖維行業(yè)的發(fā)展遇到了瓶頸，低端碳纖維產(chǎn)能過剩，下游產(chǎn)業(yè)受此影響，普通碳纖維產(chǎn)品價格大幅下降，而中高端碳纖維因為技術(shù)難度較高無法大面積鋪開生產(chǎn)線，諸如航空航天等高端領(lǐng)域需求依然無法滿足。為了平衡供需兩端，有研究指出風(fēng)電行業(yè)的穩(wěn)步崛起可以消耗一部分碳纖維產(chǎn)能，但是風(fēng)電行業(yè)的實際情況如何？需要低端還是中高端碳纖維復(fù)合材料呢？

　　風(fēng)機葉片中的碳纖維和樹脂基體介紹

　　風(fēng)力發(fā)電機一般有風(fēng)輪、發(fā)電機、調(diào)向器、塔架、限速安全機構(gòu)和儲能裝置等構(gòu)件組成，其中風(fēng)輪就是由幾片很長的葉片組成，也正是本文討論的核心部分。風(fēng)電葉片在結(jié)構(gòu)組成上主要由芯材、基材、增強材料和表面涂料組成，生產(chǎn)一片葉片，原材料方面的成本能達到七成，其中主要包括增強纖維、基體樹脂、夾芯材料、結(jié)構(gòu)膠、金屬和附件等。

　　目前市面上風(fēng)機葉片的增強材料有玻璃纖維和碳纖維兩種，因為風(fēng)機規(guī)模的提升，風(fēng)電葉片的長度也隨著增加，對葉片整體的剛度要求越來越高。原先使用的玻璃纖維增強體的性能逐漸到達瓶頸，這個時候碳纖維的機械性能優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，也正是這種發(fā)展趨勢，讓碳纖維及復(fù)合材料在風(fēng)電行業(yè)嶄露頭角，加上其本身輕量化的優(yōu)勢，有將玻璃纖維取而代之的可能。

　　據(jù)《復(fù)合材料在大型風(fēng)電葉片上的應(yīng)用與發(fā)展》的研究表明，碳纖維的模量比玻纖高出3-8倍，比重則約低30%，因此能夠同時滿足葉片大型化和輕量化的需求。根據(jù)預(yù)測，碳纖維在陸風(fēng)和海風(fēng)主梁材料中的滲透率將逐步提高，采用碳纖維主梁的大型風(fēng)電葉片具有很大的必要性。

　　風(fēng)電葉片中的基體樹脂部分，多以環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等為主，其中環(huán)氧樹脂是目前熱固性碳纖維復(fù)合材料的主要成分，因其制備難度較低，成型后的物理形態(tài)較為穩(wěn)固，綜合性能較為優(yōu)秀，因此成為了現(xiàn)階段碳纖維產(chǎn)業(yè)的核心部分。而隨著對各項樹脂的研究發(fā)現(xiàn)，熱塑性樹脂與碳纖維的契合度同樣很高，同時更利于回收再利用，是未來發(fā)展的一個重要方向。

　　風(fēng)電葉片中，熱塑性碳纖維是否可取代熱固性碳纖維？

　　熱塑性樹脂中包含的種類很多，如聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、聚酰胺、聚醚砜等，這些樹脂與碳纖維融合后形成的熱塑性碳纖維復(fù)合材料的性能存在較大的區(qū)別，因此想要取代熱固性碳纖維，大范圍應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè)，還需要更多的推論和實驗。在此之前，不妨先來了解熱固性和熱塑性碳纖維的性能優(yōu)缺點。

　　1、熱固性碳纖維： 

　　A、固化過程： 熱固性碳纖維在制造過程中經(jīng)歷固化過程，其一旦固化，它們就無法重新成型，不利于二次加工和回收。 

　　B、強度和剛度： 熱固性碳纖維的強度和剛度比部分熱塑性碳纖維更好，另外耐高溫性、耐磨性也各有優(yōu)劣。

　　C、脆性： 與熱塑性碳纖維相比，熱固性碳纖維可能更脆，實際使用中更容易損壞。

　　2、熱塑性碳纖維： 

　　A、可回收性： 熱塑性碳纖維的顯著優(yōu)點之一是可回收性，支持多次熔化和重塑，而不會過多的損失自身機械性能。 

　　B、加工時間： 與熱固性碳纖維相比，熱塑性碳纖維的加工時間通常較短，并可以智能化加工。 

　　C、抗沖擊性： 與熱固性碳纖維相比，熱塑性碳纖維提供的抗沖擊性更好。 

　　3、實際應(yīng)用對比：

　　A、成本： 熱塑性碳纖維在加工方面更具有優(yōu)勢，技術(shù)成熟加工成本更低，但原材料成本過高是一個問題。 

　　B、技術(shù)成熟度： 熱塑性碳纖維的技術(shù)和制造工藝可能不如熱固性碳纖維成熟，前者的發(fā)展時間短于后者，但潛力更大。

　　熱塑性碳纖維在風(fēng)電項目上的應(yīng)用占比會大幅提升嗎？

　　熱塑性碳纖維目前在風(fēng)電項目上的應(yīng)用比例很小，未來并不確定是否會大幅應(yīng)用。因為目前熱固性碳纖維復(fù)合材料提供的輕量化、高強度、高剛度等優(yōu)勢，已經(jīng)可以滿足當(dāng)下的使用需求，即便是低端碳纖維部分，也可以提供較好的性能支持，這也是為什么在平衡碳纖維產(chǎn)業(yè)供需時，會將低端碳纖維引入風(fēng)電行業(yè)的原因之一。

　　但是風(fēng)電行業(yè)是在發(fā)展的，碳纖維產(chǎn)業(yè)也是在發(fā)展的，正如原先的玻璃纖維性能達到瓶頸一樣，未來熱固性碳纖維在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用也可能出現(xiàn)瓶頸，可能會尋求更快的加工成型工藝，性能更全面的碳纖維復(fù)合材料，對環(huán)境污染更小的樹脂基體等，這正是熱塑性碳纖維擅長的領(lǐng)域，這也是為什么國內(nèi)外很多企業(yè)和機構(gòu)致力于研究熱塑性碳纖維的根本原因。

　　目前智上新材料是國內(nèi)為數(shù)不多的可以獨立完成熱塑性碳纖維復(fù)合材料單向帶批量生產(chǎn)的企業(yè)，尤以CF/PPS和CF/PEEK這2種高性能復(fù)材為核心。未來風(fēng)電行業(yè)、航空航天、醫(yī)療、新能源等多個領(lǐng)域必然會經(jīng)歷更長久的發(fā)展，屆時CF/PPS和CF/PEEK這樣高性能的熱塑性碳纖維就可以充分得以應(yīng)用，未雨綢繆并不是徒勞無功，而是為了國內(nèi)碳纖維及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持久發(fā)展打好堅實的基礎(chǔ)。