科创中国

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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。

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。

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