小小竹片化身“植物钢铁”上天入地

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(资料图片仅供参考)

导语：苏东坡云：“宁可食无肉，不可居无竹。”中国被誉为“竹文明的国度”，自古以来中国人的衣食住行都与竹子息息相关。然而鲜有人知的是，竹子经过加工之后，竟然能成为“以竹代塑、以竹代木，以竹代钢”的既古老又前沿绿色高科技材料。

一、竹子凭什么能造高铁和飞机？

在相对比较固有的认知当中，由于运行速度比较快，基于高速运行之下气密性问题，因此汽车、高铁、飞机等是采用新型复合材料打造。

尽管与传统金属材料相比，复合材料具有明显的优势，但在“低碳绿色”的大背景下，这种材料却有其天生的弱点——在生产过程中，复合材料在经过固化后很难再次分解和回收利用。因此，碳纤维复合材料的废料往往只能通过填埋的方式进行处理，对环境造成了一定的影响。

由竹纤维制成的新型生物基复合材料很好地解决了这一问题。这种更加环保的复合材料未来可用于替代玻璃、酚醛类树脂基复合材料，应用在飞机的机舱内部盖板、机身包覆盖板和高铁车厢等部位。

我国研发的竹缠绕车厢

竹纤维新型生物基复合材料强硬程度远超不锈钢，甚至还能像常规钢铁一样承受重压。这种使用了“竹缠绕复合技术”的新型材料也被称之为“竹缠绕复合材料”，通俗来讲就是将竹子中的纤维，做成一种堪比碳纤维的复合材料，这种材料具有强度大、硬度高、造价低、质量轻等特点，同时还具备防水、防潮、防火阻燃的功能。甚至可以说，能够与钛合金“一较高下”，此外使用竹子制造钢铁，并不需要新鲜的竹子，通过植物残渣同样可以提取相应的纤维。

竹缠绕复合材料的制作过程

竹缠绕复合技术，通俗一点来说，竹缠绕复合材料是指以竹子为基材，以树脂为胶黏剂，采用缠绕工艺加工成型的新型生物基材料。

首先是薄竹条的制备，将通过胶合、层积、重组等改性方式获得竹方材，经过软化刨切为厚度在 0.15~1.5mm 之间薄竹片或厚度为 0.15~1.5mm 之间的微薄竹片，然后根据具体的需要将片接长加工为所需的薄竹条。薄竹条制备完成后，利用氨基树脂作为胶黏剂，将薄竹条通过机械设备缠绕产品模型之上，等待胶黏剂固化后，再将产品进行脱模处理，经过检验最终获得所需的产品。

多项试验数据表明，竹纤维比传统的玻璃纤维质量更轻，却拥有旗鼓相当的应力水平，这使得它可以成为“飞机客舱、高铁车厢内部具有简单几何形状的非承力或次承力结构”等部位的理想替代品，并可广泛替代钢材、水泥、玻璃钢、塑料等不可回收的高污染和高能耗原材料。在研发的竹缠绕复合材料产品中，竹缠绕复合管、竹缠绕管廊、竹缠绕整体组合式房屋已进入推广应用和产业化阶段。

二、关于竹子的黑科技还很多世界鲜有研究尝试直接将原竹加工成具有理想光学性能的纤维素复合材料。南京林业大学家居与工业设计学院绿色家居材料制造团队近日取得重要研究进展。

南林大团队利用简单的化学预处理脱除原竹中的木质素，它的去除意味着“黏合剂”（连接纤维素和半纤维素）的消失，导致更多孔隙的出现，有利于折射率指数与竹纤维素模板相匹配的树脂填充。经过快速固化工艺，一款具有优异光学传输性能、抗拉伸性能、表面装饰性和美学价值的透光竹材新材料应运而生。

研究证实，将此透光原竹与透明竹片、电磁屏蔽膜组成一款复合器件，整体结构类似于常见的蜂窝板。其中，透光原竹充当核心骨架，透明竹片为面板，锡掺杂氧化铟薄膜为功能层。此款复合器件可表现出显著的隔热、保温性能以及电磁屏蔽性能，在家居与建筑装饰材料领域具有广阔前景。

三、那些年我们被误导的竹纤维

竹纤维做成面料有着优异的透湿透气性能，而且还有抗菌功效，深受消费者的喜爱，在很多产品介绍都能看见竹原纤维或者竹浆纤维的标识。

竹纤维制商品标识

仅一字之差，但制备工艺千差万别。

竹原纤维属于天然纤维

1）竹原纤维是天然纤维、竹浆纤维化学纤维

竹原纤维：继棉、毛、丝、麻之后的世界第五大天然纤维，又被称为天然竹纤维，它能最大程度上保留竹材料的天然优势。

竹原纤维制备工艺：的生产工艺是中国原创技术，为了能够利用竹材中天然生长的长丝状强韧纤维，先对竹子茎部（一年半左右生长期）进行机械碾压，并通过高温蒸煮工艺去掉材料内的胶质，之后采用机械物理分丝、化学或生物脱胶、开松梳理相结合的方法分离制取天然的竹纤维结构。

竹浆纤维：将竹子彻底粉碎后提取被破坏的纤维素做成浆粕，再通过添加二硫化碳调制为粘胶状，通过纺丝机器喷出长丝，成为纺织原料。

竹浆纤维：加入竹炭的化纤

竹浆纤维制备工艺：传统工艺与黏胶纤维制备相似，将竹子用烧碱溶解成碱纤维素，再与二硫化碳反应生成纤维素磺酸钠盐溶液，这种溶液黏性极大被称为黏胶，将黏胶放入纺丝机中，向含酸性溶液喷射，凝固成丝。

2）竹原纤维占有性能上优势，竹浆纤维占有价格上优势

竹原纤维的内部规则的空腔结构使其具备较好的吸附性能。整个加工过程并不破坏纤维本身的抗菌成分，并最终结合在纤维大分子上，因此竹原纤维的抗菌性远好于其他纺织产品。这就是为何天然竹纤维被广泛用于衣物、袜子、鞋垫等透湿透气要求高的部位。

竹原纤维和竹浆纤维的结构差异

目前竹原纤维在推广中遇到的最大问题是制备工艺问题，竹原纤维仅能与其他纤维进行混纺，还不能进行100%竹原纤维的纯纺。分离纤维的过程慢且不稳定，导致了其产品价格居高不下（每吨价格约10万元）。

相比于竹原纤维，竹浆纤维的制造过程涉及到较多化学方法，使得天然的空腔结构形态被改变，这让竹浆纤维的透气性和抗拉性弱于竹原纤维。

纤维材料透气性对比

然而，竹浆纤维最大的优势是便宜、加工方便，具备较好的统一性，易被纺织，这使它能被利用在大量领域中。除去以竹材为原料的化纤制备以外，竹浆还大规模用于造纸。竹浆中蕴含的大量纤维素使其成为了不亚于木浆的出色造纸材料。

四、竹子从“穷人的木材”到绿色的瑰宝

我国是世界上最主要的产竹国，2022年的该产业的总产值超过了3000亿元，并计划在2035年达到万亿规模产值，竹产品进出口贸易总额占到了全球的六成以上。

去年11月，中国政府与国际竹藤组织共同发布“以竹代塑”倡议，旨在以行业上下游的共同进步推进人类可持续发展。竹产业集生态、经济、社会功能于一体，可以说是我国产业升级的主要突破方向之一。

生物质材料能起到良好的固碳作用

竹子仅需要一次种植，就可以多年收获，再生速度极快，几乎是无穷无尽的原料来源。竹林具有显著的吸收二氧化碳、释放氧气的生态功能，能较快生长为可利用的生物质。据统计，1公顷毛竹林年均固碳量4.91—5.45吨，是杉木林的1.5倍，是热带雨林的1.33倍。推广使用竹材制品，就意味着固碳于千家万户之中。

结语：

竹材料的应用技术，是当今世界新兴的材料科学分支之一。竹产业以其技术要求高、产品附加值高、环境效益高为特点，有潜力成为下一个战略级产业。

参考文献：

[1] 范尧明. 竹原纤维与竹浆纤维外观形态与性能分析[J]. 福建轻纺,2011,(08):40-42.[2017-09-08].

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[3] 刘一山、李桂芳、刘连丽、张俊苗、伍安国.竹原纤维的制备及其性质[J].纸和造纸,2020,39(5):4.

[4] 赵春梅.竹原纤维性能研究及其产品开发[D].东华大学,2010.

[5] 光明网.“以竹代塑”助力全球可持续发展.2023.3.21

[6] 光明网.中国积极推动“以竹代塑”倡议 加快落实联合国2030年可持续发展议程.2023.4.12

[7] 广东省林业局.我国竹产业年总产值超3000亿元.2022.9.30

[8] 姚蔚铭. 那些年我们被误导的竹纤维

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