費(fèi)本華 陳美玲 王 戈 葉 柃 陳 琦

(1國(guó)際竹藤中心北京100102；2浙江鑫宙竹基復(fù)合材料科技有限公司杭州310000)

竹子是世界上生長(zhǎng)最快的植物，一次種植永續(xù)利用。全球竹類(lèi)植物有88屬1 642種，面積約3 150萬(wàn)hm2。利用豐富的竹資源，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新竹產(chǎn)品對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。竹纏繞復(fù)合材料是充分利用竹材的柔韌性和可纏繞性，以竹篾為單元，采用纏繞工藝加工成型的生物基復(fù)合材料，產(chǎn)品無(wú)應(yīng)力缺陷分布，達(dá)到承壓等工程技術(shù)要求。竹纏繞技術(shù)是我國(guó)乃至全球綠色發(fā)展的代表性技術(shù)，對(duì)竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到技術(shù)引領(lǐng)和驅(qū)動(dòng)作用，可有效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧和減緩氣候變化，推動(dòng)竹產(chǎn)業(yè)國(guó)際化，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的作用和地位。

1 竹纏繞技術(shù)符合國(guó)家戰(zhàn)略

中國(guó)政府高度重視戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]，竹纏繞復(fù)合材料是中國(guó)林業(yè)符合國(guó)家需求、引導(dǎo)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要成果之一。習(xí)近平總書(shū)記和中國(guó)政府對(duì)林業(yè)工作高度重視，賦予林業(yè)在建設(shè)生態(tài)文明和推動(dòng)綠色發(fā)展中新的地位、新的使命、新的任務(wù)。中國(guó)共產(chǎn)黨十九大提出了人與自然和諧共生的基本方略，對(duì)深化生態(tài)文明體制改革、建設(shè)美麗中國(guó)做出了全面部署，要求樹(shù)立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，建設(shè)好、發(fā)展好生態(tài)林業(yè)。竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)的研發(fā)與推廣得到了全國(guó)人大、全國(guó)政協(xié)、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家林業(yè)局、水利部、住建部、科技部、農(nóng)業(yè)部等部門(mén)的高度重視和大力支持[2－5]。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家林業(yè)局等部門(mén)協(xié)同設(shè)立竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)基金，成立工程技術(shù)研究中心[3]，出臺(tái)相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)，以支持竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)推廣。

發(fā)展竹纏繞技術(shù)也是我國(guó)竹業(yè)領(lǐng)域落實(shí)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，對(duì)于實(shí)施強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策、推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)踐行 “資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)三大效益共贏具有重大意義。

2 竹纏繞技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

2.1 技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)

基于我國(guó)竹子資源豐富、竹材縱向拉伸性能、柔韌性好的特點(diǎn)，受成熟纖維纏繞成型制造技術(shù)的啟發(fā)[6]，國(guó)際竹藤中心與浙江鑫宙竹基復(fù)合材料科技有限公司合作共同研發(fā)了新型生物基復(fù)合纏繞管道——竹纏繞復(fù)合壓力管[7－8]。

竹纏繞復(fù)合壓力管以竹材為基材、樹(shù)脂為膠粘劑，采用纏繞工藝加工成型，是一種生物基復(fù)合材料。其結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次為內(nèi)襯層、增強(qiáng)層和外防護(hù)層，三者用膠黏劑粘結(jié)為一體[9]。內(nèi)襯層由防腐性能優(yōu)異的樹(shù)脂和竹纖維無(wú)紡布、竹針織氈制成，可防滲且內(nèi)壁光滑；增強(qiáng)層由連續(xù)化竹篾材料通過(guò)環(huán)向纏繞和縱向曲面纏繞的組合形式纏繞而成，為主要承重承壓部分；外防護(hù)層采用防水、防腐較好的樹(shù)脂和防輻射填料制成。復(fù)合壓力管利用可再生的竹材加工而成，具有性?xún)r(jià)比高、低碳環(huán)保、抗震抗沉降能力強(qiáng)、保溫性能好等特點(diǎn)，可以替代由不可再生原材料生產(chǎn)的水泥管、鋼管等所有傳統(tǒng)管道產(chǎn)品。竹纏繞復(fù)合壓力管傳承了傳統(tǒng)非金屬管道的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于城建、市政、交通、水利等領(lǐng)域，并可望應(yīng)用于航空、國(guó)防產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用前景廣闊。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

竹纏繞技術(shù)具有完全的自主產(chǎn)權(quán)，是全球首項(xiàng)可產(chǎn)業(yè)化的生物基管道技術(shù)，具有重要的戰(zhàn)略意義。該技術(shù)將竹材的軸向拉伸強(qiáng)度應(yīng)用至最大化，改變了傳統(tǒng)平面層積熱壓加工模式，將竹材環(huán)向纏繞層積制成多壁層結(jié)構(gòu)的異型產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)應(yīng)力缺陷分布，同時(shí)達(dá)到承壓等工程技術(shù)要求，且成本最小化[10]。

竹纏繞技術(shù)于2014年8月通過(guò)國(guó)家林業(yè)局科技司組織的科技成果鑒定，被評(píng)價(jià)為國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，該技術(shù)發(fā)展較為成熟，共申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān)利近200項(xiàng)，國(guó)際專(zhuān)利30余項(xiàng)。

2.3 技術(shù)規(guī)范齊備

為確保竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)向?qū)I(yè)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，知識(shí)產(chǎn)權(quán)應(yīng)用與保護(hù)體系建設(shè)正在逐步完善。 《竹質(zhì)復(fù)合壓力管》林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已順利通過(guò)立項(xiàng)和評(píng)審。國(guó)家林業(yè)局發(fā)布了LY/T 2905—2017《竹纏繞復(fù)合管》林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際竹纏繞產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟編制完成了 《竹纏繞復(fù)合壓力管應(yīng)用指南》。中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)批準(zhǔn)了《竹纏繞復(fù)合管道工程技術(shù)規(guī)程》，已于2017年10月正式施行?！吨窭p繞復(fù)合管廊》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已完成編制和備案。與此同時(shí)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織竹藤技術(shù)委員會(huì) (ISO BR－TC)也在積極推動(dòng)構(gòu)建竹藤?lài)?guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系[11－12]，這對(duì)于竹纏繞技術(shù)走向世界具有重要的推動(dòng)作用。

2.4 產(chǎn)業(yè)化與推廣具備一定基礎(chǔ)

竹纏繞復(fù)合材料具有強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。推廣竹纏繞復(fù)合技術(shù)需要完善竹產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新體系，解決產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中面臨的技術(shù)與管理難題。按照試驗(yàn)、示范、推廣的技術(shù)路線(xiàn)，積極推進(jìn)新品種、新技術(shù)、新方法、新工藝的推廣應(yīng)用?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出竹纏繞復(fù)合管產(chǎn)品以及連續(xù)化、規(guī)?；商咨a(chǎn)設(shè)備，創(chuàng)建了竹纏繞復(fù)合材料工業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)。目前，竹纏繞復(fù)合壓力管已在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)、黑龍江和浙江展開(kāi)中試，在內(nèi)蒙古成功鋪設(shè)了世界首條竹纏繞城市綜合管廊。

3 竹纏繞技術(shù)在精準(zhǔn)扶貧中的作用

我國(guó)山區(qū)占國(guó)土總面積的69%，山區(qū)人口占全國(guó)總?cè)丝诘?6%，這些地區(qū)貧困人口相對(duì)集中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相對(duì)滯后，民生問(wèn)題十分突出[13]。而竹林大多分布在山區(qū)，是山區(qū)群眾和地方財(cái)政的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源。近年來(lái)，我國(guó)竹林面積以每年20萬(wàn)hm2以上的速度增長(zhǎng)。大力發(fā)展竹纏繞復(fù)合管，可以加快竹資源培育，增加管道生產(chǎn)，將為山區(qū)農(nóng)民帶來(lái)實(shí)惠，竹林將成為竹產(chǎn)區(qū)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的重要的來(lái)源。截至2017年，我國(guó)現(xiàn)有大徑竹產(chǎn)量27.2億根，竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)2 346億元。

3.1 提供就業(yè)機(jī)會(huì)

全球竹資源約4億t，如將這些竹資源發(fā)展竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)，可以帶動(dòng)8 000萬(wàn)農(nóng)戶(hù)就業(yè)，戶(hù)均增收約600美元。在竹資源培育方面，生產(chǎn)1 000萬(wàn)t竹纏繞復(fù)合管道需要消耗2 500萬(wàn)t毛竹，總價(jià)值近200億元，可以帶動(dòng)500萬(wàn)農(nóng)戶(hù)脫貧[2]。在竹材加工方面，加工6 000萬(wàn)t竹原材料，可以解決900萬(wàn)農(nóng)村勞動(dòng)力就業(yè)。在竹纏繞復(fù)合材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)1.5億t竹纏繞產(chǎn)品，可以提供就業(yè)崗位145萬(wàn)，人均年收入可達(dá)到9 000美元。

3.2 帶動(dòng)竹產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

竹纏繞復(fù)合管每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模塊年產(chǎn)能2萬(wàn)t、年銷(xiāo)售額2.5億元，如5年內(nèi)在全國(guó)布局500個(gè)生產(chǎn)模塊，將形成年產(chǎn)1 000萬(wàn)t竹纏繞制品的產(chǎn)能、全產(chǎn)業(yè)鏈綜合產(chǎn)值達(dá)2 500億元的新興產(chǎn)業(yè)。竹纏繞復(fù)合管在國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有巨大的市場(chǎng)前景，今后將在標(biāo)準(zhǔn)制定、產(chǎn)品研發(fā)、城市管廊、引水管渠、軌道交通等方面有序推廣應(yīng)用，應(yīng)用區(qū)范圍將逐漸擴(kuò)大。

竹纏繞技術(shù)的成熟發(fā)展與推廣應(yīng)用帶動(dòng)了竹產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。新型竹纏繞復(fù)合管的研發(fā)和規(guī)模化生產(chǎn)，提高了竹資源利用率，增加了竹林附加值，可以實(shí)現(xiàn)竹林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。竹纏繞復(fù)合管的生產(chǎn)可以為農(nóng)民提供就業(yè)機(jī)會(huì)，增加農(nóng)民收入，從而帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。推廣應(yīng)用竹纏繞管道，形成資源—加工—利用三者之間的良性循環(huán)，可以盤(pán)活可再生且速生的竹林資源，培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，有助于解決 “三農(nóng)”問(wèn)題。

4 竹纏繞技術(shù)在固碳減排中的作用

4.1 竹林固碳

全球竹林面積約3 150萬(wàn)hm2，約占全球森林總面積的0.8%[14]。據(jù)測(cè)定，每公頃竹林每年可吸收二氧化碳12 t，每年固碳5.09 t，固碳能力是杉木的1.46倍[15]。

竹類(lèi)植物生長(zhǎng)快，固碳能力強(qiáng)，但生長(zhǎng)周期短，如果不進(jìn)行及時(shí)采伐利用，竹林很快枯死，儲(chǔ)存的碳很快又回到大氣中。通過(guò)人類(lèi)的調(diào)控作用，使竹林固碳 “來(lái)的快、去的慢”，將成熟的竹林全部進(jìn)行采伐、倉(cāng)儲(chǔ)、備用和加工成制品，可將竹林固碳進(jìn)一步通過(guò)竹材進(jìn)行存儲(chǔ)。

4.2 竹制品儲(chǔ)碳

每年將5年生成熟毛竹材合理采伐利用，一方面加工成竹纏繞復(fù)合管的半成品——竹篾，倉(cāng)儲(chǔ)備用，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)碳，另一方面制成竹纏繞復(fù)合管成品，使用壽命長(zhǎng)，可以?xún)?chǔ)碳達(dá)100年以上。因此，發(fā)揮竹類(lèi)植物強(qiáng)固碳能力，對(duì)竹資源持續(xù)采伐利用，制成半成品、成品長(zhǎng)期儲(chǔ)碳，可最大化地實(shí)現(xiàn)竹子的固碳儲(chǔ)碳效益。

4.3 節(jié)能減排

竹纏繞復(fù)合管采用天然可再生的竹材為原料，其生產(chǎn)和應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)具有明顯的 “綠色”特性。據(jù)測(cè)算，每生產(chǎn)1 000萬(wàn)t竹纏繞復(fù)合管道，可節(jié)約粗鋼4 505萬(wàn)t，減少二氧化碳排放2 281萬(wàn)t；產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)可節(jié)約2 281萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放5 223萬(wàn)t。我國(guó)每年約有1.1億t的竹資源閑置，如果將這些資源用于生產(chǎn)竹纏繞制品，以替代鋼材、水泥和塑料制品，則可節(jié)約1.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放3.5億[2]。由此可見(jiàn)，竹纏繞復(fù)合材料在節(jié)能減排中具有巨大潛力，將有助于中國(guó)政府應(yīng)對(duì)全球氣候變化、兌現(xiàn)節(jié)能減排的國(guó)際承諾。

5 竹纏繞技術(shù)助力竹產(chǎn)業(yè)國(guó)際化

竹纏繞技術(shù)適應(yīng)我國(guó) “一帶一路”倡議需求[16]，通過(guò)國(guó)際合作將技術(shù)和產(chǎn)品推廣到全世界，致力于用竹子為全球打造青山綠水。2016年12月，國(guó)家林業(yè)局竹纏繞復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心與國(guó)際竹藤組織簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，利用國(guó)際竹藤組織的平臺(tái)作用，為成員國(guó)提供技術(shù)支持，在保護(hù)、培育和合理利用竹藤資源的同時(shí)，幫助成員國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，緩解貧困，保護(hù)環(huán)境；2017年9月，國(guó)際竹纏繞復(fù)合材料聯(lián)盟與菲律賓簽署了合作意向書(shū)；2017年10月，全球科技創(chuàng)新大會(huì)在比利時(shí)布魯塞爾召開(kāi)，竹纏繞復(fù)合材料技術(shù)首次在歐洲亮相；2018年初，與尼泊爾開(kāi)展了合作意向洽談；與加拿大國(guó)家林產(chǎn)品創(chuàng)新研究院和美國(guó)北德克薩斯大學(xué)等多方進(jìn)行了雙邊合作。竹纏繞技術(shù)的發(fā)展，引領(lǐng)中國(guó)竹產(chǎn)業(yè)走向世界，建立竹產(chǎn)業(yè)國(guó)際合作共同體，帶動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)登上新臺(tái)階。

6 建議和展望

竹纏繞復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)具有鮮明的資源特色、先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，引領(lǐng)世界竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展，奠定竹產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)。

竹纏繞技術(shù)充分發(fā)揮了竹子優(yōu)異的柔韌性和彎曲性能，在諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可迅速在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。今后，竹纏繞復(fù)合材料的研究工作可側(cè)重于竹材力學(xué)性能的機(jī)理研究，探索此類(lèi)產(chǎn)品新的應(yīng)用途徑，并確保新材料的使用壽命。

竹纏繞技術(shù)在成本和性能上都具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將其納入大型消費(fèi)市場(chǎng)的關(guān)鍵在于林產(chǎn)品、建筑業(yè)、石化業(yè)和制造業(yè)之間的緊密合作與相互融合。基于竹纏繞技術(shù)對(duì)生態(tài)、社會(huì)、環(huán)境的積極作用，其應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，水利管道、市政管廊產(chǎn)品將會(huì)大規(guī)模推廣應(yīng)用；纏繞式裝備房屋、高鐵車(chē)廂、軍用設(shè)施等應(yīng)用技術(shù)逐步成熟；竹纏繞復(fù)合材料的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、竹纏繞復(fù)合材料 (管道和管廊)的使用規(guī)范將不斷完善。