中国团队如何攻克竹基复合材料难关?

2026-08-11 03:12 来源:数域浪潮记

  面对竹材加工余料浪费严重、力学性能不均等“老大难”问题,中国科学院宁波材料所、四川大学、泸州市林科院等多个中国团队通过在工艺、装备与材料设计上的颠覆性创新,成功攻克了竹基复合材料的技术难关,让“废柴”变身可用于航空航天、工业物流、高端建材等领域的“超级材料”。

  一、破解“竹废料”难题:从“烧掉”到“钢筋骨架”

  工艺反转:传统竹材加工会产生超过40%的竹蔸、竹屑等余料,多被当作燃料或竹炭原料,附加值极低。宁波材料所朱锦团队反其道而行,不再把余料磨成粉,而是完整保留竹子原生纤维作为“增强钢筋”,再与塑料基体复合,形成类似“钢筋混凝土”的骨架结构。

  装备自研:竹废料蓬松不规则,传统“失重法加料”设备一倒就堵。团队耗时十多年,自主研发出新型一体化混合装备,一端直接倒入未预处理的竹废料,另一端连续产出成型工业托盘,省去磨粉、干燥、造粒等环节,效率大幅提升。

  性能突破:制成的竹基禾塑复合材料静载可扛4吨以上,动态搬运载重1.5吨,在零下20℃低温下仍保持高刚性与高韧性,材料成本预计仅为传统塑料托盘的70%左右。

  二、解决“各向异性”顽疾:让竹材力学性能实现均一化

  技术路径:天然竹材纵向与横向力学性能差异巨大,且阻燃性和耐久性有限。四川大学石碧院士团队廖学品、肖霄等提出“HoRo-Bamboo”方案,通过构建离子-氢键网络,将天然竹材转化为轻质、超强且耐用的结构材料。

  关键数据:该材料密度仅0.83g/cm³,纵向和横向拉伸强度分别高达631MPa和628MPa,横向弯曲强度比天然竹材提高32倍,实现了力学性能的各向同性。

  环保优势:每生产1公斤该材料仅排放1.67kg CO₂当量,具备显著的低碳和经济效益,有望在航空航天、汽车制造等领域替代金属和塑料。

  三、攻克“高值化利用”关口:从基础研究到产业落地

  基础原创:泸州市林科院深度参与联合攻关,在竹基仿生功能材料和全竹纤维可降解塑料两大前沿领域取得重大原创性突破,两项成果发表于复合材料领域国际顶刊。

  仿生设计:借鉴牙齿釉质-牙本质多级结构,通过绿色改性工艺在竹材表面形成170微米致密防护层,表面吸水率较天然竹材降低99%,彻底解决了易吸水、易变形、耐磨耐污性差的瓶颈。

  产业化标杆:技术不再是“纸上谈兵”。今年1月,双枪科技与宁波材料所签订技术转让合同,竹基禾塑复合材料托盘第一条生产线已实现连续化生产。目前,该材料已瞄准全球约6000亿元的物流托盘市场,并向汽车、建材等领域拓展。