以竹代塑新材料——智能碳化成形竹制品

以竹代塑新材料系列，包括：碳化复合竹编土工格栅，竹微丝复合包装新材料（代替塑料编织袋、塑料袋），碳化竹编基复合管（代替塑料波纹管、塑料钢带管）等。这些可以替代塑料的竹基新材料均是以智能碳化成形的竹材为基础原料，应用智能碳化成形及碳化涂层高分子预处理技术、数控经纬向应力竹编技术等核心专利技术，结合天然高分子复合剂加工而成。

竹材虽然具有质量轻、强度高的优点，但因富含糖分、淀粉、氨基酸、蛋白质等营养物质，使得竹材易腐、易蛀、易老化。对于竹材的防腐防蛀，传统方法多是以化学药泡、药熏等化学方式进行处理，这会使竹材自身沾染上化学药品，其处理后的废水、废气对水土、空气也会带来严重污染，而且处理后的竹材防腐、防蛀、抗老化效果不均匀。研究开发的智能碳化成形及碳化涂层高分子预处理技术是对竹材进行物理化、生态化处理，既克服了竹材化学处理存在的污染问题，也解决了传统手工碳化或半手工火炉作坊式碳化很难控制火候，且只能局部碳化、难以规模化和连续生产的问题。该技术的突破为原有小规模的竹材加工升级、为大规模产业化带来了可能，使每年大量闲置浪费的竹林资源的开发利用也有了实现的可能。

△ 智能碳化成形车间 

通过自主研制的一套智能数控碳化成形一体化设备，以创新设计的碳化工艺流程，实现了对竹材碳化成形火候、湿度和时间的精密智能化控制，进行同质碳化，破坏了竹材的营养成分，重组其官能团半纤维素，使碳化后的竹材，既基本保留竹材原有的基本性能和形状，又具有很好的防腐、防蛀、防开裂、抗老化、耐候、耐酸碱等性能，可使竹材保存期延长至70年以上，稳定性良好，不含有害物质。

智能碳化成形处理后的竹材密度可达1.02g/m3，较处理前提高10%以上，平均含水率为4.1%，24h吸水膨胀率为0.39%，硬度为47.1Gpa，同时竹材的脱脂率达80%以上，大部分有机物已经溢出，防虫蛀、抗腐蚀效果好，干缩率低于5%，竹材易干不易变形。

智能碳化成形技术，既是生产以竹代塑系列产品的基础技术，又可以单独生产防腐、防蛀的竹材、竹片等原材料，广泛应用于乡村振兴、旅游景区的竹建筑和景观，还可以用于国家竹材储备库的竹材防腐、防蛀。

01、碳化复合竹编土工格栅

碳化复合竹编土工格栅（下图左）是以智能碳化成形技术生产的可以替代塑料的代表性产品。该产品运用了智能碳化成形及碳化涂层高分子预处理技术、天然高分子竹编复合技术、数控纵横向应力竹编技术等3项关键核心技术。其成本远低于常用的塑料格栅，在耐久性、耐候性、平整度、整体承载力方面具有明显优势，产品可广泛应用于铁路、公路、机场、码头、水利设施的软基处理（下图右），还可用于设施农业如种养殖围栏网、作物棚架等。该产品由于其耐候性、抗伸缩性能好，相对于塑料土工格栅，在高寒生态脆弱地区使用更有优势。

△ 碳化复合竹编土工格栅及其在工程中的应用

该产品已正式投产。目前，在广东潮州市已设计施工的4条“四好农村路”总长度150km，用竹编土工格栅300万m2。因为该产品无毒/无污染，制造成本低廉，未来市场替代空间至少在400亿元产值以上。

02、竹微丝复合包装材料

竹微丝复合包装材料是利用物理法刨丝和切丝技术或碾压揉搓成丝技术、竹微丝编织或竹丝揉压翻搓混编技术以及高分子粘合剂复合技术，以质量分数为90%的竹微丝、5%~10%的可降解高分子粘合剂制备而成。该材料可以替代塑料编织袋和塑料袋，其拉伸强度远大于PE、PVC等传统塑料包装材料。

△ 竹微丝卷筒

竹微丝复合包装材料具有绿色环保、可降解的优点，可被加工成日常使用的包装袋、饭盒、水杯等产品，还可用于纺织业、建筑材料、军工、医疗，以及汽车、火车、高铁、飞机、航天器的内饰板材等领域，能有效降低塑料的使用量。随着电商、快递和外卖等新业态的发展，塑料餐盒、塑料包装等消耗量快速上升。如果用竹微丝复合包装材料制作的编织袋来代替快递行业每年使用的塑料包装袋，仅此一项就会大大减少塑料对环境与水土造成的污染。

03、碳化竹编基复合管

碳化竹编基复合管是以碳化成形竹编+竹丝竹片废料、沙（海沙）石、高分子复合剂、水泥等为原料，采用碳化成形竹编防腐、防蛀及加强技术、加强复合混凝及抗海沙技术、无醛高分子粘合剂技术等复合混凝制备而成。

注：a) 碳化成形竹编基体；b)碳化竹编基复合管结构；c): 碳化竹编基复合管产品

△ 碳化竹编基复合管

当前国.内工程中的塑料管使用量达1 760万t，塑料产品制造消耗石化原料，其资源日益减少，价格日益提高，且难以降解，易老化，在老化过程中会不断释放微塑粒，成为严重的水土污染源。碳化竹编基复合管可以代替塑料波纹管和塑料钢带管，广泛用于市政给水、排水、排污，以及工业及农田水利管道设施，多项性能优于相应的塑料管，并且成本低。该产品已投入生产。

以竹治污新产品——复合竹沥竹碳素土壤改良产品

复合竹沥竹碳素土壤改良产品是利用以竹代塑竹类新材料生产线的下脚料、副产品及城乡分类厨余垃圾、农业种养殖废弃物、秸秆等为原料，采用3项核心技术（复合碳技术、竹沥多糖提取融合技术、综合去毒增效技术），以物理、生物学方法制造生产，可用于改良、治理严重板结及重金属污染的土壤。

△ 竹沥竹碳素干馏制造设备

复合竹沥竹碳素土壤改良产品具有独特的复合碳优势（含碳量≥40%），不仅能够改良土壤，还可显著提升土壤有机肥力和肥效。与市场同类产品相比，改良土壤效果好，成本低，对于推动全.国土壤有机化改良，确保农业安全、粮食安全和乡村振兴具有重要意义。根据预测，该产品未来市场空间极.大，产值潜能在6 000亿元以上。该产品已投入生产。

竹质能源与饲料产品

利用以竹代塑新材料产品及复合竹沥竹碳素产品生产线的副产品还可以生产生物质能源产品和动物饲料，从而减少化石能源及粮食消耗。

01、竹质能源

竹材的平均燃烧热值达19 331.2 J/g，高于多数草本植物，是绿色生物质能源的优质原料，以竹发电、以竹制氢对环境污染少，发电稳定，热解后的竹沥竹碳，经生物复合加工后具有较高经济价值。

竹材加工后的废料资源化利用，在热解、干馏制取复合竹沥竹碳素中产生大量的副产品：一氧化碳、甲醇、甲烷等可燃气，采用特定的设备收集、提炼，生产制备出“竹气”新能源，可代替汽油、柴油，用于氢能汽车、甲醇汽车等，生产工艺流程如下图。目前，第.1台生物质“竹气”发电厂正筹建中。

△ 竹质能源生产工艺流程

02 、复合竹沥竹屑动物饲料

竹子本身富含生物质营养，利用以竹代塑等生产线的副产品、下脚料（如竹沥、竹屑、竹叶等）进行生物学反应可以制取复合竹沥竹屑动物饲料。

△ 复合竹沥竹屑动物饲料

该产品属绿色循环产品，适用于鸡、鸭、兔、牛、羊的有机养殖及作为宠物猫、狗的食粮，也适用喂食野猪、黑猪。产品配方科学，醇香可口，富含动物所需的生物质营养及多种**的成分，抗菌、抗病毒，促进肠道健康，是代替玉米等粮食的优质竹类饲料。目前，该产品生产线正在建设中。

竹编无醛建材

竹编无醛建材以碳化成形技术改善耦合相容性，将竹纤维、竹丝或细薄竹片与高分子材料复合，利用竹材纵向拉伸强度高的特点，通过二维编织或多维立体编织，形成纵横向或立体的无应力缺陷基体，以绿色无醛增强高分子材料为辅助剂（其柔性面则用热塑性弹性体作为辅助剂），复合生产出可柔可刚、有颜色层压、有硅酸盐和阻燃矿物质添加的新型生物质建筑、装修和家具用材料，可用于装配式建筑、军用或抗震抢险用拼装式房屋、新型竹家具、装修材料等，还可用于风电叶片。

△ 竹编无醛建材

该产品以天然竹材为原料，充分利用传统竹编的力学原理，通过智能碳化成形，在竹纤维表面形成了特殊坚硬微孔粒层，降低了竹纤维的生物质极性，显著改善了竹纤维与非极性高分子复合物质的界面相容性、浸润性，碳化成形改性后的竹纤维，与高分子辅料合成后，其拉伸强度也有提高。该产品不但在力学性能方面满足新型建材和风电叶片的标准，而且无甲醛污染、可降解、可循环、成本低廉。产品已实现工业化生产。

竹类新产品的产业化前景

1）竹类新材料科研成果的产业化应用，对于固碳除碳助力碳中和潜力巨大。

竹子是高固碳植物，具有速生成材、一次种植多次收获、越收获生长越好的特点。全球有竹林面积约3 200多万hm2，资源极为丰富。中国是世界上竹资源最丰富的国家，竹林面积为641万hm2，约占全球总量的20%。大力推动先进竹材技术，发展新型竹产业，将带来竹林资源的巨量利用，经过砍伐之后又快速生长的竹林，可以对空气中的二氧化碳进行新一轮的大量吸收固定。同时，大规模使用竹新材料制品替代塑料、钢铁等产品，可大幅度减少碳排放，如果能大力发展“以竹发电”，用甲醇替代汽油柴油，其减排效果将更加巨大，从而有助于我国碳达峰、碳中和目标的实现。

△ 以竹制能

2）竹类新材料科研成果的产业化属于新型生态环保产业，将为经济发展开辟新增长点。

以竹代塑、以竹治污产业是当前国家急需实施的生态战略新兴产业，更是促进经济内循环的重要撬动点。利用竹材先进技术的突破，大力发展生态产业，不仅可以带来更大的GDP新增长点，而且可以更好地践行“绿水青山就是金山银山”“依托丰富的竹子资源和良好的生态环境，变自然资源为经济资源”的理念，真正实现“发展竹产业，将竹林成为美丽乡村的一道风景线”的宏伟蓝图。同时，中国竹产业的发展经验，也将惠及世界上其他产竹国，特别是“一带一路”国家，从而有力促进人类命运共同体的融合缔造。

文章来源：世界竹藤通讯

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