国际竹藤中心主任费本华演讲：《竹质结构材创新与应用》

  以下为文字实录：

  费本华：尊敬的各位专家、各位会务组的同志们，大家上午好！

  今天我跟大家介绍的题目是“竹质结构材创新与应用”。

  一、竹质结构材定义

  1.结构材定义：结构材是以力学性能为基础，以制造受力构件所用的材料。

  2、结构的选用要求：结构材有足够的、有一定环境适应度的强度，比如说用在建筑用在门这些地方。采购材料要有足够的刚度，抵抗变形的能力要强。结构材料要有适当的重量，自重不能过轻，不一有效抵御动态的荷载，自重过大，地震反应剧烈。所以既要强度好，自身又要轻。结构材料要有相对低廉的价格，太贵了不行，同时要有良好的环保性能，再一个要方便施工。

  3.竹结构材一般是指天然的竹材直接利用，或将天然竹材结构解离、重新组合的一类材料，具有稳定、较高的力学性能，可用于建筑、车辆、家具等领域。竹质采购材可以是纯竹材料，也可以是竹木复合材。竹质结构材是在保持竹材本身优良的力学性能的基础上，运用现代材料加工技术使其成为可普遍推广的新型环保建材。常见的有：竹集成材、竹重组材、竹层积材。    

  二、竹质结构材的技术特征

  1.竹集成材的技术特征

  传统的竹集成材是将4-5年生毛竹的竹材加工成定宽定厚的竹片，干燥至8-12%的含水率，再通过胶黏剂将竹片胶合而成，应用领域很广。竹集成材生产流程有几个过程（图）。集成材的加工是逐渐技术进步的过程，过去比较传统，展示的图片是新对机械化程度比较高了，现在的竹集成材加工比过去更好。

  竹集成材常见的组坯常见的形式有3种，平压竹集成材、侧压竹集成材和平侧相间竹集成。平压集成材和拼侧相间的集成响度略低，多用于板结构的构件深，侧压力学性能较好，可以用于各种建筑、桥梁等规程材料中使用。

  2.竹重组的技术特征。这项技术最早是80年代来源于澳大利亚传到中国，以竹素为单元，顺纹组后、经热压胶合而成的一种竹基复合材料，有板材或方材。可以做地板、家具、建筑结构材和室内准修材，以及风电浆叶等高亲度材料需求领域。工艺流程：（图）圆竹—截断—剖—疏解—干燥—侵胶—干燥——热压。竹重组的特点是疏解，疏解以后竹纤维之间连着，形成藕断丝连的结构。

  早期的疏解方式是人工疏解、后来改为社工或或辊压疏解。随着设备的改进，提出将竹材去青、剖分，再碾压成最想松散相连的竹束，不打乱原有竹纤维的排列方向。疏解次数对竹束质量影响也很大，一般疏解的次数是3次、5次、7次，根据我们要的竹丝单元的大小和均匀性不一样，也有疏解的很小的。

  成型工艺主要有2种，一种是直接热压成型，一种是冷压热固化。对于热压工艺的研究，考虑重组租力学性能和耐水性能、生产效率等，建议较佳的热压工艺参数为热压压力3.14Mpa。于老师对冷压法作了一些改进。对垂足竹物理力学的影响因素研究主要包含原材料的厚度、竹青是否去除、竹束大小等问题，垂足竹顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度可达240多。去青后竹束制备的重组竹的尺寸稳定性普遍优于未去青的重组竹。

  3.重组竹材的成型方式。我们竹藤中心通过整张化进行成型胶合，效果也不错，现在对重组竹的研究逐步有更好的转型升级的技术。

  竹木复合结构材，推动竹材玄向篾、径向篾与木单板复合层积材，分为结构材和发结构材，结构材可作为集装箱底板、车厢底板用。竹木复合采购材有“类-热-冷”工艺胶合而成。近年来，工艺改进，大部分企业开始采用径向住篾的单元。竹木复合层积是以竹材和木材自己主要原料，根据单元层级不同，分别野猪篾/木单板复合、竹席/木单板复合材等，陈勇木材为毛白杨、马尾松、小叶桉木，及橡胶木等，多应用于建筑水泥模板、集装箱底板或车厢底板。

  重组竹材的研究历程，主要是张齐生院士为代表的科研人员的研发成果，我们在不断地探索，目前希望在火车平车底板使用。

  三、竹质结构材的技术创新

  1.圆竹结构。经过物理处理进行改进，使它变成钢管一样的圆筒状使用，圆竹分级，干燥过程中采取微博干燥技术，圆竹防酶防腐技术和防开裂技术进行了一些工作。

  最近我们在宜宾跟兄弟单位作了宜宾国际竹产品交易中心，直接用圆竹，用量很多，效果很好，并且解决了室内消防问题。这是一个很好的创新。圆竹标准材在哪儿？我们做了很多探索，竹材圆筒状直接采下来，中间加工、仓储、物流的过程，特别是仓储，像中粮集团储藏粮食一样，我们要把圆竹的材料进行预加工，加大仓储，这是竹材工业发展的弱点，是我们不太重视的地方，也是我们的瓶颈。下一步我们在原材料加工后的半成品、成品，以及标准材的仓储环节非常重要。希望大家在这方面要非常重视，我们要共同在这个产业链进行发力。

  2.重组竹结构材创新。我们在一体化、结构化等技术，特别是质量的一体化，密度的均密化，规模化制造方面取得了比较好的成绩。我们户外应用方面非常有效，并且应用很好，得到了消费者的认可。2020年在北京亮马河景观廊道工程上的应用效果很好（图）。居民、游客在这个廊道上休闲，人山人海。北京大兴机场南航基地的地板（图）。港珠澳大桥人工岛观景平台（图），效果非常受游客的称赞。

  3.展平竹规格材。展平后可以做成建筑、桥梁、室内结构材方面很不错，它的特点是保持它的原态，加工过程中少破坏，施胶量少，保持实物的特点，比较环保，业界可以关注。竹片展平以后要在仓库里仓储养生，我们探索了比较先进的仓储技术来满足展平竹的需要。

  无论是圆竹、重组竹、展平竹目的存在的问题：

  1）缺乏竹质采购材相关规范与标准。结构标准的建立需要复杂应力下竹质结构材的本构模型、破坏准则及构件的力学计算模型等，否则无法进行竹质采购材的推广。

  2）生产竹质结构的机械自动化程度相对较低，生产工艺和设备都有待提高。我们在开展由手工到机械，由机械到自动化，由自动化到智能化的生产加工竹质结构材料。

  3）人才缺乏，特别是产学研队伍现在还不强，希望通过这个研讨会，通过行业协会，通过产学研共同联合在标准、在技术转型升级、人才队伍建设等方面共同发力。

  4.弧形材。毛竹一破二保持它的弧状，保持天然的力学结构力做结构材，这个理念值得我们崇尚。但是怎么设计，怎么加工，怎么能够成型，怎么能够实现自动化、规模化生产还在探索过程中。解决了这些问题以后，我们在建材，在建筑领域的一些弧形场合就可以大范围使用。它的特点是少耗能，保持它的原态，保持它天然的生物力学结构，如何加工值得我们关注。    

  四、应用于展望

  加大新技术、新工艺、新产品和新设备的研究和开发力度。如何使我们的生活更好，如何降低塑料的使用，如何改善环境，如何把竹资源用好，能够使乡村振兴，使双碳，使金山银山能够更好，特别是总书记提到了森林，竹林也是一样，竹林的“四固”问题值得工业界关注，这件事情非常值得我们工业界关注，而不是林产业，也不仅仅是搞生态，而是值得工业界关注推广。如何建成金山银山，金山银山反哺绿水青山更好，森林如何变成钱仓，变成粮库是14亿人口关注大实物的重要方面。下一步在国家重大战略和行业的推进，我们现在全国第9次资源清查，松散林接近8000万公顷，加上天然林，平均一亩地采伐1.5亿立方米，一年这么的面积，一年为国家加工14亿立方米的标准材没有问题，完全可以把一二三产打造得很好，如果衔接得更好，像粮食行业种得更好，加工得更好，下游吃得更好，它都是100%衔接的。自然界给了我们森林这样的物质值得我们关注，特别是中国14亿人口，用材的问题，吃饭的问题，如何把100亿亩林草生态多样化，100%产出它的经济价值，包括食材、碳、水等等，值得工业界、建筑界、木材加工界关注。

  谢谢大家！