浅析竹基复合材料之竹原纤维应用的制取工艺和产业化

李汶杭

摘要：竹基复合材料可广泛应用于风电、建筑、造船、航空、汽车、医疗、环保产业和工业结构材料等领域，研究其核心原料--竹原纤维的制取工艺和产业化具有重要意义。本文重点分析了竹原纤维材料制取的关键技术路线和产业化模式，对竹原纤维材料产业有一定的积极作用。

摘要：竹基复合材料 竹原纤维 技术路线 产业化 示范生产线

竹基复合材料可广泛应用于风电、建筑、造船、航空、汽车、医疗、环保产业和工业结构材料等领域。因此，其主要核心原料--竹原纤维的工艺技术提升和产业化应用具有重要意义。

一、我国竹资源现状

竹子是重要的森林资源，具有很高的实用价值和经济价值。我国是世界上竹类资源最丰富、分布最广、种类最多、面积最大的国家，有37属约500种，占世界竹林总面积的35%，年产竹材800万吨，素有“竹子王国”之誉。全国各地气候、土壤、温度、降雨等环境的条件不同，竹子分布具有明显的地带性和区域性特征，主要分布在黄河-长江竹区、长江-南岭竹区、华南地区、西南高山竹区等4个区域。

2. 竹基复合材料特点

与木材相比，竹材具有强度高、韧性好、硬度大、密度低等特点。以竹材为主要原材料，通过机械分丝提取竹纤维，再与树脂等压制成型，配合纳米级涂层技术，最终生产出了竹基（竹纤维）复合材料，具有高强度、低碳环保、高耐候性、阻燃、净化空气、使用寿命长等特点。可广泛应用于风电、建筑、造船、航空、汽车、医疗、环保产业和工业结构材料等领域。

三、竹基复合材料产业化意义

竹产业是我国林业重点发展的十大绿色富民产业之一，既是生态产业、绿色产业，又是碳汇产业、循环产业。大力发展市场前景好、产品附加值高的竹原纤维产品，既是培育农村新的经济增长点，实现农民增收、增加财税收入的优选途径之一，也是贯彻落实党的十八提出“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的重要举措。

竹基复合材料则是“以竹代木、以竹代钢”的最佳产品，是一种将竹材重新组织并加以强化成型的竹质新材料，对增加竹农的收入、促进农民就业和发展竹产区经济具有十分重要的意义。因此，需要竹原纤维的制取工艺和产业化途径意义重大。

四、竹原纤维制取工艺和产业化分析

1. 产业化模式研究

竹资源丰富而分散，又分属于广大农户。政府大力扶持、农户积极参与、社会投资者愿意投资是竹原纤维应用产业化成功的关键。因此，必须研究设计一套多方共赢的商业模式，区域推进竹原纤维产业化，建立示范生产线和产业群，使政府能利用资源发展环保经济产业、使农户愿意参与到竹原纤维生产的产业链来、使社会投资者能通过资本的投入获取汇报。

（二）技术路线研究内容

以“政、研、产”相结合的模式，组织研发和产业化推广应用团队，充分发挥各自的优势，重点优化竹原纤维制备工艺，突破竹原纤维制造装备工程化、竹原纤维系列化、生产过程废液处理等关键技术，推出低成本环保竹原纤维制备成套工艺和装备。

1.竹原纤维制备工艺优化

竹原纤维的工艺流程主要分为7个工序，分别为竹材、制竹片、蒸煮竹片、压碎分解、生物酶脱胶、梳理纤维和纺织用纤维。竹原纤维的制取，还处于单机独立、小批量制备阶段，未考虑规模化、高效率的生产方面。因此，产业化要考虑生产线建设的成本、方便性，开展物流高效输送、产能匹配等建线工艺的研究；研究废物处理工艺流程和产品共线生产柔性能力，使整套工艺及装备满足批量化、适用于乡村振兴的需求。具体工艺流程路线可以采用：

1.1前处理工序

前处理工序分为整料、制竹片和浸泡。第一步，将去除枝节和尖梢后的竹材，切成固定长度的竹筒。第二步，将竹筒劈裂成一定宽度的竹片，可以是机械或手工方式。第三步，将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中，浸泡一定时间

1.2分解工序

分解工序有三步分别是：蒸煮、水洗、分丝。第一步，竹片在浸泡液中加热和施压，加入NaOH蒸一定时间，得到杀菌、脱脂、脱糖和脱胶，去除去除果胶、丹宁，糖分，色素和部分半纤维素、软化木质素。第二步，用水洗净取出的竹片。第三步，采取机械方式压扁竹片，接着用成丝机分解出粗纤维。

1.3成形工序

成形工序大致包括蒸煮、分丝、还原、脱水、软化等步骤。蒸煮：将上一步的获得的粗纤维放入盛有浸泡液的蒸煮皿，加热加压到一定的温度和时间。分丝：将粗纤维进一步细化、冲洗和脱胶。还原：将竹纤维置于浸泡液中，使用助剂纤维强度。脱水：离心脱水。软化：使用软化剂将竹纤维软化，增加柔软度。

1.4后处理工序

后处理工序一般分3步：干燥、梳纤、筛选检验。在专用干燥设备烘燥纤维，使含水率低于10％；用梳纤机对其进梳理成竹纤维丝；去除短纤维及其粉末，并检验打包。

2.生产过程废液处理

竹原纤维制取主要考虑了纤维制备的工艺和装备、制备的质量以及制备过程的工艺衔接等因素，但是在竹片煮练、压榨环节、挤水环节等过程中，会形成含外加剂、果胶等的废液，会造成环境污染。因此，要加强竹原纤维生产过程废水的处理技术的研究。

3.多品种竹原纤维共线柔性生产技术

竹原纤维可以广泛应用于纺织、造纸、家居、建材等领域，但不同的应用领域、不同的区域市场，其纤维的要求不同，市场的波动也会导致纤维的需求变化。同时，竹资源是分散在山林和乡村，考虑到资源使用的便捷性，为此竹原纤维生产线一般要建立在乡镇或者农村。如何让投资者和农户能利用有限的投资，根据市场需求的变化快速调整产品，使投资效益最大化，是至关重要的。因此，需要研究“一线多能”多产品共线生产技术，使生产线具备柔性能力，重点研究设备共用、产品快速切换、物流匹配等技术和工艺。

4、示范生产线的建设

可以批量化生产代替家居用棕榈的长纤维和代替纸张生产用木纤维的短纤维为突破点，以分区域产业布局为着力点，重点开展生产线布局、厂房选择、生产能力设计及设备选型、水电气供给等生产线建设相关事项的调查研究，建立生产线快速移植模式，并乡镇一级建立条示范生产线。

参考文献：

［1］ 吴 楠,王康建,刘才容,陈 娇,朱 银 竹原纤维的性能及应用. 《纺织科技进展》 2016年第3期

［2］ 周湘祁 竹原纤维的性能研究与产品开发 . 《纺织科技进展》 2004

［3］ 于文吉 我国高性能竹基复合材料的研发进展.《木材工业》 2011年第1期

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