风电叶片由多种复合材料构成，主要包括增强纤维、树脂、夹芯材料和结构胶四大类。其中，叶片增强材料的发展经历了从木质、金属到复合（纤维）材料的演进。有研究表明，在50 m/s极限风速条件下，兆瓦级叶片的展向1/3叶尖处容易出现应力集中和疲劳损伤。因此，增强纤维选型需同时满足三重要求：能够抵御50～60 m/s阵风冲击代带来的极端载荷、保障25年的疲劳寿命，以及实现百米级叶片所需的刚度控制（降低扫塔风险）。当前，风电行业中能够满足上述要求的增强纤维主要为玻璃纤维和碳纤维。

玻璃纤维

玻璃纤维凭借高强度、高模量及优异树脂浸润性，成为风电叶片核心增强材料。据统计，2023年我国玻璃纤维市场规模达1200亿元，其中风电领域占比30%（约360亿元）。随着玻璃纤维生产商不断进行技术革新，材料性能迭代显著：主流型号玻璃纤维拉伸强度每代提升超12%（图1），助力叶片轻量化（如百米级设计减重15%）与结构可靠性提升；拉伸模量同步增长超5%（图2），增强抗变形能力（可承受千吨级拉力瞬时复原），支撑海上风电大型化与平价化发展。

图1 主要型号玻璃纤维的拉伸强度

图2 主要型号玻璃纤维的拉伸模量

玻璃纤维在风电领域应用已逾20年，其技术迭代虽推动了行业发展，但当前超高模量产品的模量已达理论极限的90%，难以满足百米级、兆瓦级风机的结构需求。据工信部《新材料产业发展指南》及国际复材协会数据分析，突破现有材料性能瓶颈、研发新型增强材料已成为推进风电大型化的关键技术路径。

碳纤维

碳纤维复合材料较玻璃纤维优势显著：拉伸强度（3.5～7 GPa）和模量（230～600 GPa）分别提升2～3倍与3～6倍，密度降低30%以上，助力风电叶片轻量化，使百米级超长叶片疲劳寿命延长40%，整机发电效率提升15%～20%。全球碳纤维产业快速发展，2025年预计总产量16.49万t，其中风电需求近4万t（占比24%），成为最大应用市场（图3），未来其在新能源装备领域的应用将持续扩大。

图3 碳纤维需求结构及占比

目前，碳纤维产业链技术壁垒主要集中于聚丙烯腈（PAN）基原丝缺陷控制及碳化工艺优化，其研发周期超10年，导致市场份额向头部企业集中。国际龙头企业主要包括日本东丽（Toray）、三菱（Mitsubishi），美国 Hexcel（赫氏），国内以吉林化纤、中复神鹰、光威复材为主导，行业呈高度集中化格局。表1展示了国内外风电叶片用碳纤维主要型号和性能。从表1可知，目前风电叶片用碳纤维拉伸强度基本为4000～4500 MPa，拉伸模量基本为220～250GPa，整体性能介于东丽T300级和T700级碳纤维之间。

表1 国内外风电叶片用碳纤维主要型号和性能

数据来源：东北证券，《碳纤维行业研究报告：大丝束供需研判，风电叶片提振需求》

更多内容，请关注纺织导报2025年第4期《碳中和背景下风电叶片复合材料应用关键技术及可持续发展路径》一文。