科创中国

福建农林大学和国际竹藤中心联合开展了竹纤维的高值化利用——竹材加工剩余物增强高分子复合材料的研究，以竹材加工剩余物为试验原料，通过增强相纯化、纤维形态控制，以及挤出造粒、注塑成型工艺的组合应用提高增强相的分散性和取向程度，结合竹纤维的表面原位改性，解决了在低纤维负载量的条件下制备高性能（优良的力学性能、耐水性和耐候性能）的竹塑复合材料的技术难题。竹子生长快、产量高、性能优，是我国竹产区生态保护和林业产业的重要资源，利用竹材加工剩余物（竹青、竹黄及竹枝）进行高性能竹纤维增强高分子复合材料的制备对提升竹产业升级具有重要的意义。不仅可以有效提升竹材加工剩余物的利用价值，还显著拓宽了竹塑复合材料的应用领域。该项成果通过水相分离技术纯化增强相、纤维形态控制和注塑成型工艺提高竹短纤维束在聚丙烯基体中的分散性和取向程度，以及马来酸化聚丙烯相容剂、碱处理，无机溶胶、无机纳米颗粒等多种界面改性技术的协同作用，在竹纤维添加量仅为35 %的条件下，制备出了弯曲强度和模量高达4.0 GPa和83.0 MPa的竹短纤维增强热塑性高分子复合材料。

该成果以企业提供的竹材加工剩余物为原料，通过水分离技术提升了增强相中竹短纤维束的含量；双螺杆挤出造粒和注射成型技术的组合使用保证了复合材料内部竹纤维束优异的分散性和较好的取向度；马来酸化聚丙烯相容剂促使竹纤维束与聚丙烯之间形成紧密结合，为无机纳米颗粒发挥微纳尺度的机械咬合增强机制提供了必要条件；喷雾施加工艺促进二氧化钛溶胶在竹纤维和聚丙烯表面原位合成纳米二氧化钛，解决纳米颗粒的团聚问题；碱处理、纳米溶胶、商业纳米颗粒改性的组合应用不仅显著提升了竹纤维束本身的力学性能，还通过多元协同界面增强机制提升了纤维束与基体之间的界面结合强度。此外，引入氧化诱导时间作为竹纤维复合材料抗氧化剂快速筛选和优化的关键指标。该技术最大的优势是可以大量消耗竹材加工剩余物，实现竹材加工剩余物利用率的大幅提升，并通过工艺优化和竹纤维的表面原位改性实现了高性能竹纤维复合材料的连续化生产。竹纤维复合材料使用寿命长，具有环境友好、成本低等优势，对于竹产业实现减排增值目标具有较高的应用价值。

本项目实现了高性能（优良的力学性能、耐水性和耐候性能）竹纤维复合材料的制备，同时满足对竹纤维复合材料高效利用的需求，响应生态文明建设和构建和谐社会。因此，此类材料可广泛应用于室内装饰装潢材料、竹材地板、土木工程、包装、汽车内饰材料等，有助于形成较为系统的延深竹材人造板产业化链条，提升竹产区的经济、生态和社会综合效益。具体应用如下：

1. 汽车内饰/外部结构：车门内饰板、行李盘和客厢饰板、座椅、前保险杠等；竹纤维增强复合材料所具有的轻质高强、能耗低、耐腐蚀及良好的可设计性等优点，不仅可以在一定程度上改善和提高单一常规材料的力学性能、物理性能和化学性能，而且在工程结构上能解决常规材料无法解决的关键性问题，成为汽车实现轻量化的优选材料；

2. 轨道交通内饰结构：内壁板、内饰板等；

3. 露天公共设施：阳台、栅栏、桌椅、等；

项目团队具有较强的科研能力，目前有高级职称人员1人，中级职称人员2人，团队对竹纤维复合材料制备研究已有9年，在竹纤维复合材料研究中已取得许多科研成果。1、余雁：项目主持人，博士，教授，博士生导师，属于国家级人才。长期开展生物质材料高值化利用创新技术研究，提出了高强度竹纤维增强高分子复合材料制备技术的总体思路。2、任丹：参与，博士，讲师。博士期间开展耐候型竹塑复合材料的制备及性能研究，发表了数篇高质量学术论文。3、郭娟：参与，博士，讲师，博士期间开展高性能竹纤维聚丙烯复合材料的制备及增强机制研究，发表了数篇高质量学术论文。4、夏林敏：参与，硕士，参与高性能竹塑复合材料研究的实验工作。

2020年中国竹材产量32.43亿根，竹产业总产值3000亿元。然而，目前我国竹材的加工利用水平低，其利用率仅为40 %。通过该成果的开展，实现竹剩余物的高质、高效利用，形成了家具装饰材、户外地板、家具结构材等多种产品。通过系统配制和制备工艺优化可以大大提高竹材剩余物的利用效率，形成平衡后，带动竹塑复合材料制备产业的发展，增加竹林户和企业收益。

竹材加工剩余物高效资源化难题的解决，将为我国竹产业实现减排增值目标提供技术支撑及保障，带动家具制造、生物基材料等相关产业的发展，增加就业机会，维持社会稳定，提高人们的生活质量和水平，增加人们的社会福利。同时，使大量的竹材加工剩余物被作为燃料的状况得到明显改善，推动了国家实现“碳达峰，碳中和”驱动力，具有明显的社会效益。

该项目通过以下方式转化：1）直接将制备高性能竹塑复合材料技术转让给相关公司，转让金额不低于100万元；2）校企合作，团队提供技术支撑，企业将技术转化成生产力，企业负责产品生产、销售，团队在企业中拥有一定股份。