您所在的位置: 成果库 高性能竹基纤维复合材料制造技术

高性能竹基纤维复合材料制造技术

成果类型:: 发明专利,新技术

发布时间: 2023-10-14 22:22:36

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 李彦 | 2023-10-14 22:22:36

该成果是以竹材作为主要原材料,通过竹材纤维束定向分离、重组、复合等关键技术制造种高性能竹质重组材料,是竹材工业化利用的第四代技术,突破了多年来制约我国竹材产业发展的竹青竹黄间难以胶合以及竹材单板化利用的重大技术瓶颈难题,竹材的一次性工业化利用率可达90%~95%,材料具有性能可控、结构可设计、规格可调等特点,产品既可用于风电桨叶材料、建筑结构承重、高耐候等室外材料,又可用于室内装饰装潢以及家具门窗材等,是一项完全拥有自主知识产权并成功实现产业化的技术,解决了我国优质木材资源不能满足需求的木材安全问题,具有广阔的应用前景,已成功在全国16省、市、区推广。技术核心成果获得2015年度国家科技进步二等奖,入选“十二五”、“十三五”国家重大科技成就展,2020年12月被列入国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、自然资源部等四部委组织编制的《绿色技术推广目录》(2020年版),是我国林草行业唯一入选的绿色技术。

在应用基础研究方面,重点阐明了竹材重组单元、树脂分子等组分对材料力学、功能等调控机制,研究了竹材资源化学组成、组织结构、界面构筑与重组成型过程的耦合机制,构建了高性能竹基纤维复合材料的基础理论体系;在关键技术装备开发方面,创新开发了纤维化竹单板精细疏解技术及装备,解决了竹材青黄难以胶合的技术难题,使毛竹的一次利用率从50%提高到90%以上,并且小径竹、丛生竹等也可以实现大规模工业化利用;在产品应用开发方面,开发了高强度、高耐候、高尺寸稳定性和高环保型等四大系列的高性能重组材料,产品的静曲强度可达364MPa(国标≥110MPa),防腐等级可达到强耐腐级(Ⅰ级),28h循环吸水厚度膨胀率低至0.6%(国标<5%),甲醛释放量降至0.1mg/L,游离酚释放量降至28μg/m³。研制了竹质风电叶片、户外材、建筑结构材、室内装饰材、家具、集装箱底板等高附加值产品。通过该项科技成果的推广实施,我国丰富的竹材将得到高值、高质化利用,竹材的增值率可达到10倍以上,是“绿水青山转化为金山银山”有效途径,具有十分广阔的市场前景。

我国是一个森林资源短缺但竹材资源十分丰富的国家,竹材资源面积和总产量均居世界首位,通过先进的工艺技术利用竹材生产建筑用材以替代木材使用,已成为目前国内外研究开发的热点。该成果开展了高性能多用途竹基纤维复合材料制造技术的研究,通过多年的工艺技术的攻关和制造装备的不断改进和设计,突破了多年来制约我国竹材产业发展的竹青竹黄间难以胶合以及竹材单板化利用的重大技术瓶颈难题,发明了竹青竹黄差速异步点裂微创技术;纤维化单板疏解制造技术;竹材原位可控分离技术;增强树脂单元梯级导入技术等关键技术。通过上述技术的不断完善和实施,以及对实施这些技术所需要的装备——多功能疏解机的不断设计和改进,形成了高性能多用途竹基纤维复合材料制造技术,开发了风电叶片基材、集装箱底板、室外用地板、水泥模板等多种高性能竹材新产品,并已经在四川、福建、安徽、湖北等省进行了大规模地产业化推广应用示范,应用前景广阔。

团队在中国林科院首席科学家于文吉研究员的带领下,长期致力于竹材、人工林木材以及农林剩余物的高效利用研究工作,突破了竹材定向分离、高效可控重组关键技术,为竹材高效利用提供了技术支撑,创制出高性能竹基纤维复合材料成套装备、技术与产品体系,为我国竹(木)材高效利用技术创新做出了突出贡献。相关成果获得了国家及省部级奖励9项,三次入选国家林草局重点推广100项,2017年入选国家发改委绿色低碳技术目录,2020年被国家发改委、科技部等四部委推荐为绿色技术,签订技术转让合同30余项,合同总额近3000万元,核心专利在20余家企业推广,建成生产线50余条。获得省部级以上鉴定成果(含新产品)41项;获授权专利108件,国际专利3件;牵头制定了包含术语、产品、测试方法、设计规范、评价认证等12项不同维度的重组材料标准,引领我国在木竹重组材料领域处于国际领先地位。同时,团队弘扬积极进取、团结奋进、无私奉献的科学精神,成为我国林草科研领域第一个被中华全国总工会授予“全国工人先锋号”荣誉称号的创新团队,团队骨干多次获得中组部“万人计划”科技创新领军人才、国家林草局“百千万”人才、中国林科院杰出青年等称号,36

该成果开拓了竹材人造板在风能、运输、建筑和户外园林景观等应用新领域,其中有的企业的产品已出口欧洲和北美,具有国际市场竞争力,本技术的推广和实施,有力地推动和促进了竹产业的科技进步,确保我国竹产业的发展处于世界领先水平。据测算,利用1吨竹材将减少砍伐森林3.9亩,减少二氧化碳排放1.62吨。本技术已经投产的项目每年可消耗竹材约43万吨,可以实现减排69.66万吨,增加竹农收入3亿多元。我国现有竹林面积720万公顷,竹材产量约2500万吨,本项技术的推广实施,对缓解我国木材供需矛盾,减少碳排放和保护生态环境具有重要的现实意义。本技术的应用实施,可以有效地解决我国木材资源供应不足的问题,可以推动我国竹材产业的发展,实现竹材资源的高效利用,提高竹产区竹农的收入,对于解决“三农”问题具有重要意义。该成果适用于在我国南方盛产竹子的省份进行推广与示范,已在四川、福建、安徽、湖北等省多家企业进行了转化与推广示范。

技术转化方式灵活,可为技术转让等。