风电叶片拉挤工艺会议纪要–20220812

风电叶片拉挤工艺专家交流拉挤工艺介绍拉挤工艺：指由牵引机牵引纱线，依次经过展纱、浸润、预成型、成型、梯次降温固化、裁剪最终得到拉挤板材的过程，拉挤工艺属于连续性生产，理论上可以制作无限长度的板材。 具体而言，展纱阶段由于碳纤维纱线和玻纤成卷方式不同在工艺上有所区别：碳纤维类似家用针线，缠在线轴上；玻纤没有线轴，线从里到外抽出使用。 浸润阶段根据配合树脂不同工艺不同：环氧类或不饱和树脂通常采用开放式浸润，纤维通过开放式胶槽时即完成浸润并加热固化；聚氨酯采用注射式浸润，在全封闭环境中将树脂压入浸润。 两者比较后者避免树脂挥发，对环境影响更小。 纱线浸润后先于小型模具进行初步加热后再进入成型模具加热；成型后在保温的同时温度梯次降低平稳固化，避免快速固化导致的产品缺陷，最终裁剪得到拉挤板材。 灌注工艺：又称为真空导入工艺。 最早通过手糊形式，把纤维织物浸到树脂里，再逐层贴到模具上。 后续采用不透气薄膜抽真空的方式，抽出气体之后降低了它的树脂与布层之间的气泡或缺陷分层。 灌注工艺流程为：首先对成型模具进行表面处理之后，把纤维织物按切割区、产品区、废料区等逐层放到模具上，再于纤维之间填充芯材用于平衡强度与重量，再在透膜布、导流网、真空带膜等辅助材料的作用下抽出纤维间空气，让内部形成负压，再将树脂真空导入灌注。 透膜布用于在产品表面提供粗糙界面，即可作为灌注口也可以用于后期对产品进行补强；导流网用于辅助树脂流动；真空带膜贴到模具后用于形成真空环境。 拉挤工艺与灌注工艺区别在于：拉挤工艺可连续生产，生产效率更高；灌注工艺则需要完成一个产品后才能继续生产，但其产品平面结构更为复杂。 拉挤工艺优势：拉挤工艺自1950s由美国人发明后，其优势不断在提升。 1）拉挤工艺原材料利用率高。 理论上纱线和树脂是在连续生产，在模具内纱线和树脂基本完全被利用；而灌注工艺模具上有产品区、切割区、辅料区，在树脂流动的过程中不可避免的出现了边角料的浪费。 2）拉挤工艺可用于制造截面复杂的型材，可设计性强。 某些形状特殊型材如工字型钢、塑钢门窗等都是通过拉挤工艺成型的，而灌注、手糊、预浸料等工艺很难完成。虽然3D打印、数控机床等工艺可以完成，但对比拉挤工艺成本更高。 此外在结构设计上可以根据型材受力特点调整特定部位纤维含量，用于定向补强型材，提升了可设计性。 3）拉挤工艺生产效率高，产品质量可控性强。 不同行业对拉挤工艺生产效率要求不同，风电领域目前约0.6-0.7m/分钟，未来有望进一步提升，控制成本。拉挤工艺中纱线浸润情况、设备牵引力、树脂黏度等更为可控，产品质量稳定。 即使有某处质量较差，也可以剪裁后继续生产，浪费极少；而真空灌注工艺相对而言更不易控制，如果局部出现问题且不可修复，则整个板材都要报废造成浪费。 4）原材料灵活性高。 不同的纱线与树脂之间匹配呈多向性，不同纱线均可与同一树脂浸润生产；而预浸料工艺等若不同纱线则可能导致产品出现分层等问题。拉挤产品下游：拉挤产品以棍状、管状、平板状或型材状等长条型型材为主。 下游应用包括：电力行业电缆桥架、电杆支架、光纤高压电缆的碳芯（相比传统金属具有重量优势）、电气元件等；化工行业抽油杆，海上平台的护栏、格栅、支架，防腐用品等；生活中鱼竿、旗杆、围栏扶手、标志牌等；建筑行业桥梁加固、桥梁维修等都会用到拉挤材料。 高速公路上的隔离栏、标志板、天桥上的扶手都会用到拉公众号：调研纪要挤材料。 应用较多是在风电市场的拉挤板，包括玻璃纤维以及碳纤维的拉挤板，主要用于风电的主梁。包括风电叶片根部以及腹板也会用到拉挤材料。 拉挤工艺在市场上应用非常广泛，但是由于拉挤工艺的特征就是截面是规则的，导致它在有弯度或曲面变化的地方应用受限。未来也会开发出可以按规定或设定的曲面变化的拉挤材料。 拉挤板在叶片行业的应用：叶片的主梁（也可叫梁帽或大梁）是风电叶片里主要的承力件或称为主要的结构件，类似于船的龙骨，如果主梁断了，整个叶片也会断。 最初，主梁使用真空灌注方法，即把玻纤一层层铺到上面，然后灌注树脂；后面出现了预浸料，无论玻纤还是碳纤，把预浸料一层层铺上，通过真空膜保压后，产品就成型了。 目前的工艺是先拉挤成一定长度的拉挤板，常用截面尺寸为120毫米×5毫米，在生产过程中，会把一根根的拉挤板拼在一起，中间铺一定规格要求的布层，再把它们捆在一起放进叶片里面，和叶片一起进行灌注，灌注后脱模，成为叶片里面的结构件。 海上、陆上风电采用拉挤工艺的原因：1）拉挤工艺保证了产品的高容错率。 之前不管采用灌注工艺还是预浸料进行生产，假如在生产过程中有地方出现缺陷，对主梁的影响是致命的。比如主梁长80米，宽60厘米，只要有地方出现缺陷，这根主梁就有安全隐患。 然而，采用拉挤板生产主梁，假如在生产过程中，某根拉挤板上出现问题或缺陷，可以把这根拉挤板报废并替换上新的拉挤板。这就导致即使叶片的主梁在拼装过程中出现问题，只要替换掉有问题的拉挤板就行，并不会影响到其他拉挤板。 报废一根拉挤板与报废整根主梁相比，成本要小得多。 2）拉挤工艺使得主梁的结构更强。 因为拉挤工艺的纤维含量，使用多少纱线、树脂可以控制进行调节，纱线含量可以达到70%（体积含量），但是真空灌注的纱线含量最高只能做到60%。 纤维含量越高，主梁的力学性能或承力状态越优。 现阶段，陆上风电使用的拉挤板长度大都在80米到97米之间，如上海电气有85米、89米、90米；东方电气90米、91米；金风、中科宇能主推叶型为93米；运达有92米、97米。 在80米到90多米的叶片里，除了由于合同签约需要使用真空灌注或预浸料进行生产、或由于一些经济效益原因，基本98%叶片都采用拉挤工艺。包括海上风电的99米叶片，金风的123米叶片也都采用拉挤工艺。 叶片有碳板、有玻纤板材的，根据叶型不一样，也有一定差距。 下游碳板行业对拉挤材料的规划：中材科技、金风科技以及中复连众都控制一些拉挤板厂家或自主生产拉挤板。 如中复连众子公司风电科技开始生产拉挤板以及风电叶片；绵阳和华美开展战略合作；三一重工和风渡新材开展战略合作等，都从侧面说明拉挤板对风电叶片的重要性。 拉挤大梁的技术情况：按树脂划分，现在绝大多数厂家使用的是环氧树脂技术。同时大家都在积极研发聚氨酯的拉挤工艺。 聚氨酯树脂相比较于环氧树脂，价格更低，更适合未来风电行业装机价格不断下降趋势。 但在短时间里，聚氨酯树脂对材料以及空气中的水分含量要求较高，未来3~4年之内，环氧树脂仍占主流。 材料厂家：国内做玻纤的拉挤厂家主要是泰山玻纤、重庆国际、桐乡巨石，还有国外的OC公司，OC的纱线产品在国内使用量还非常高。 1）碳纤方面，国外公司主要包括卓尔泰克、东丽，国内主要包括吉林国兴，吉林宝旌，浙江精功，江苏恒神，威海光威等企业。其中，国兴、恒神以及光威既可生产纱线、也可生产拉挤板以及一些碳纤维产品，光威的鱼竿产品非常受欢迎。 吉林国兴公众号：调研纪要近几年在碳纤维、碳纤维碳化方面投入大量的精力以及资金。 2）环氧树脂方面，主要是台湾上纬、上海道生天合、上海惠柏、四川东树。目前主要是环氧体系的拉挤工艺。 聚氨酯生产厂家较少，主要为上海科思创。 前年，科思创、上海金风以及中复连众三家联合研发一款长度60多米的纯聚氨酯风电叶片，给未来聚氨酯风电叶片发展做了技术积累。设备厂家：现在用的较多是南京诺尔泰、广东仁达、江苏科诚和新创，这四家的拉挤设备做的比较好。 Q&A问答Q：在灌压法转成拉挤法的工艺过程中，固化剂发生什么改变？A：灌注工艺大部分采用多胺类固化剂，相对来说，固化温度会低一些。拉挤工艺采用是酸酐类固化剂，固化剂需要加热固化，更适应于拉挤工艺。Q：每GW风机叶片固化剂单耗情况？ A：每GW风机叶片理论酸酐类固化剂用量为400吨。Q：酸酐类固化剂和传统固化剂使用比例？ A：以90米风电叶片为例，整支叶片重量25-30吨之间，拉挤工艺产品在6-7吨。 其中，酸酐类固化剂和多元胺（传统类）固化剂使用比例为1：3。 酸酐类固化剂适用于拉挤工艺，作为叶片承力件，但叶片成型过程中其它部位也会用的高多元胺类固化剂。酸酐类需求随着风电行业发展，需求不断增加的同时，传统固化剂也会增加。Q：酸酐类固化剂现在是否存在供需缺口？ A：目前没有大幅增加。 Q：2021年风电叶片拉挤工艺渗透率？ A：拉挤工艺使用最早开始于2019年-2020年，中复联众首先使用.技术成熟是在2020年-2021年，2021年大部分风机叶片还通过真空灌注；目前，国内90%叶片已经使用拉挤工艺。 Q：酸酐类固化剂是否还应用于风电其它部件？ A：顺酐固化剂也可使用于风电叶片叶根和工字钢部件。 以往叶片装到风机需要直接在叶片表面螺栓转孔固定，但随着工艺改变，目前已转换成在风电叶片形成过程中直接装风机里面，拉挤材料便对两个圆滚间缝隙进行填充。 风机两叶片间的粘结处也有工字钢连接件，同样使用拉挤材料。 以90米叶片为例，叶根3米和叶间89米处都可用到类似于工字钢类的拉挤材料。现阶段国内工字钢用的比较少，主要用于国外。 从用量来看，叶根和工字钢部件使用会增加酸酐固化剂10%-15%需求，单GW整体增加酸酐固化剂40~60吨使用量。 Q：酸酐类固化剂产品供应商？ A：主要供应商是濮阳惠成，主要用的产品是甲基四氢苯苷。 供应流程方面，濮阳惠成先把材料固化剂等卖到道生天合、上海惠柏等企业，道生天合、上海惠柏等企业再外购环氧类基材添加固化剂等配方，再统一卖给拉挤工艺叶片企业。 Q：工字型拉挤材料目前渗透率？A：工字型拉底材料只能保证提升产品质量，不是必须品，未来一两年之内会逐渐普及，但全面都用上，还需要两三年。Q：上半年国内叶片的产量大概是多少？A：上半年上海、江苏受疫情影响，而大部分的树脂厂都在上海，但一般风电行业前半年产量相对低一些，后半年产量基本是前半年二倍。目前，上半年完成度大概85%，所以疫情影响不算特别大。 Q：上半年叶片库存情况？A：上半年各家产量不是特别饱和，有一定库存，但库存不多。下半年产量依旧可以达到上半年两倍的水平。 Q：未来叶片技术进步，例如叶片大型化趋势，是否会增加固化剂在叶片上用量？A：会。 海上叶片用碳板拉挤板，但现阶段海上风电用量比较少，无论是金风科技、中复连众，大部分叶片每月只生产两三只。未来两年或者三年之内，海上风电装机用量会更多，酸酐固化剂量也会持续走高。Q：碳玻叶片和纯玻纤的叶片固化剂用量变化？ A：工艺相同，变化不大。叶片可以做的更长。 Q：叶片越来越长，单GW固化剂用量会增加吗？A：整体需求量增加，但单GW用量基本比较平稳。