风电用结构芯材行业发展趋势及技术水平特点、市场规模预测趋势
国内企业近年来在芯材方面也呈现出快速发展的势头。在轻木芯材领域，国内企业主要集中在套材加工环节，在 2020 年“抢装潮”以来，国内企业积极拓展轻木采购渠道，部分企业拥有国外原产地直接供应渠道，在原材料方面获得优势，并积极探索轻木芯材替代技术，解决轻木原材料供应问题。在泡沫芯材方面，国内企业近年来在发泡技术上得到较大发展，掌握了从发泡到套材制作的全流程生产能力，泡沫芯材产品在风电行业得到了广泛的应用。
根据结构芯材的材质不同，可分为蜂窝结构芯材、木质芯材和泡沫结构芯材。不同材质的结构芯材特点如下：
1、结构芯材在风电叶片中的应用
随着风电技术的成熟，风力发电机组快速提升，风电叶片呈现大型化、轻量化、智能化发展趋势。降低大型风机叶片的重量，既可以减轻风机及叶片在运行时的压力，避免因叶片晃动而造成的对轴承、电机、塔筒等部件的损伤，提高风力发电经济效益。同时，大型风电叶片对强度和刚度要求越来越高，因此对制造叶片所用材料的重量、强度、刚度和成本优势也提出了更高的要求。
夹层结构是风电叶片的重要组成部分，可以提升叶片的结构刚度和强度，减轻叶片的重量，防止局部失稳，进一步提高整个叶片的抗冲击和抗载荷能力。在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位，一般都会采用夹层结构。
目前在风电叶片中所使用的结构夹芯材料，主要包括轻木、PVC 泡沫、PET泡沫等。夹芯材料的厚度从叶片根部到叶片尖端逐渐减小，强度相对较高的轻木用于承受载荷较大的靠近叶片根部的部位，泡沫芯材用于承载相对较小的靠近叶片顶端的部位。
（1）轻木芯材
轻木（Balsa，又称巴沙木）是一种木棉科天然木材，原产于南美洲及西印度群岛，分布于西印度群岛、墨西哥南部至秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等热带国家的低海拔地区，其中厄瓜多尔为最大的轻木来源地。轻木是世界上最轻的商品用材树种，其密度仅为 0.1-0.2 吨/立方米。轻木因具有密度低、强度高、隔音、隔热等优异性能，被广泛应用于风力发电叶片、航空航天、军工机械、游艇船舶等众多领域。
轻木夹芯是由横断面轻木制作的结构夹芯，产品经过干燥、杀菌拼接切片和表面处理等工序。轻木夹芯材料的密度范围在 135-175kg/m³，具有体积形态稳定、质量较轻、材质均匀、易于加工、不易变形、强度适中等诸多优良特性，是一种非常理想的天然夹芯材料。目前，在风电叶片中，轻木主要应用于风机叶片的壳体根部，通常用量每只叶片在 4-7 立方米左右。
（2）泡沫芯材
PET 泡沫在风电叶片领域的应用，主要用于代替传统的 PVC 泡沫。目前 PVC泡沫在风电叶片领域市场普遍使用型号有 60kg/ m³、80kg/m3 等，其中以 60kg/m³最多。PVC 泡沫在风力发电中主要应用在风电叶片的腹板以及壳体中。
从 PET 泡沫与 PVC 泡沫的静态力学性能比较可以看出，PET 泡沫的指标较优。同时，PET 泡沫芯材的连续挤出发泡生产工艺易控制、生产效率高、废品率低， PET 泡沫芯材的生产成本低于 PVC 泡沫芯材。另外，PET 泡沫芯材是热塑性塑料，可以循环利用，可以减少污染和降低生产成本。PET 泡沫还具有优异的闭孔结构，在灌注成型中对树脂的吸收量更低，有助于降低叶片生产成本。因此，PET 泡沫芯材的综合性能较为优异，可以部分替代 PVC 泡沫芯材。
3、夹芯材料高性价比发展趋势
叶片的大型化发展趋势带来了叶片体积的几何式增长，叶片中夹芯材料的使用量也随之快速增长，轻量化夹芯材料的开发对叶片减重意义重大。
随着国内风电平价上网时代的到来，风电行业整体降低装机成本的需求也将驱动风电叶片制造企业对降低成本的追求。风电叶片是高度依赖原材料的产品，原材料的成本约占叶片生产成本的 80%。风电叶片的主要原材料包括纤维、树脂、夹芯材料、粘合剂等，其中夹芯材料约占风电叶片材料成本的 10-20%，是叶片成本的重要组成部分。同时，风电叶片作为风电机组的核心零部件，使用环境一般较为恶劣，对所使用的原材料具有较高的要求。在面临原材料性能约束和降低成本的双重约束下，使用高性价比的原材料成为风电叶片制造企业的实际选择。
4、结构芯材行业技术水平及特点
结构芯材是在夹层结构复合材料中作为芯材使用的一类材料。采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点，使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标，因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、节能建筑等轻质复合材料领域得到广泛利用。
在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度，这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点，结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点；其次，为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定，结构夹芯材料还要承受一定的应力。在结构芯材领域，随着叶片轻量化的发展，风电叶片中泡沫芯材的使用量逐渐增长。
5、风电用结构芯材行业的主要壁垒构成
（1）人才壁垒
风电用结构芯材的研发通常涉及多个学科的交叉，同时材料的发展也与下游的具体应用密切相关，因此对优秀的技术人员要求较高，既需要了解材料本身的专业知识又需要对下游客户有着深刻的理解。风电用结构芯材产品的研发过程涉及到高分子材料、复合材料、机械自动化等多学科专业知识，对专业技术人员和复合型技术人才有较高的需求。除了研发人员外，拥有丰富的生产、管理和销售经验的专业人才也构成了企业持续发展的重要资源。因此风电用结构芯材行业对新进入者有较高的人才壁垒。
（2）技术壁垒
风电用结构芯材行业属于技术密集型行业，产品种类较多，各种产品的原料配方、生产工艺存在较大的差异，生产设备和工装装备也存在较多的自主设计和定制开发。风电用结构芯材企业需要进行大量的研发工作才能掌握各种产品的技术特点，生产出品质合格的产品并保持相对较高的生产效率。同时，下游行业的不断发展也进一步要求企业具备较高的新产品开发能力。风电用结构芯材行业内的企业在该领域有丰富的技术和生产经验积累，在产品生产和新产品研发方面具有显著优势，这对新进入者形成了一定的技术壁垒。
（3）客户壁垒
风电用结构芯材行业下游客户主要是风电行业的企业，以上市公司、跨国公司和大中型企业为主。这些客户对供应商的资质审定通常比较严格，需要对工艺流程、质量管理体系、工作环境、供货能力等多方面进行审查，审核周期较长。风电用结构芯材企业需要在产品、服务和品牌声誉等方面经历一个较长时间的积累，才能成为这些客户的合格供应商。在确定合作关系后，这些客户通常能和供应商保持长久的合作。新进入企业很难在较短时间内进入大型企业的供应商名单，客户壁垒构成进入该行业的重要壁垒。
（4）资金壁垒
产品质量的稳定性是风电用结构芯材企业获得客户认可的基础。为实现稳定生产，风电用结构芯材企业需要进行投入大量的资金构建生产线，进行产品研发试制。目前，行业内的先进设备主要来自国外，进口设备在自动化程度和产品一致性方面占优，设备价格也较高。另一方面，下游客户所需要的原材料种类较多，单一产品在客户最终产品价值中的占比较小，为方便采购，下游客户通常倾向于选择与具备多种材料供应能力的企业合作。由于不同的材料在材质和生产工艺上差异较大设备通用性较低，风电用结构芯材行业内企业需要投入大量资金建设不同的生产线来满足下游的需求。因此，新进入者面临较高的资金门槛。
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