竹缠绕：一项我国原创的新材料发明技术，将逐渐走进人们的生活

孙公新　彭仕国

竹子在三千万年前来到地球，给大地带来一片绿色。人们从古至今对竹子的赞美从未间断，“宁可食无肉，不可居无竹”，表达出人们对竹子的最高敬意。如今，竹子又将进一步成为人们赖以生存的方式之一，发挥其不可估量的作用。而使竹子具备这种功能是来自于我国科学家原创性的发明——竹缠绕复合材料技术。竹缠绕复合材料技术突破了几千年来人们对竹子应用的传统领域，可以将竹子加工成涉及工业生产、建筑材料、交通工具以及国防装备设施等领域的众多产品，比如大口径压力管道、城市综合管廊、组合式房屋、高铁车厢、船体、飞机部件、武器和军事设施等。可以说，竹缠绕是本世纪的一项伟大发明。

竹缠绕技术原理

要说竹缠绕的原理，首先从竹子的特性说起。竹子生长得又细又高，最高可达45米，却能经受住大风的吹拽而不倒。劳动人民把竹子剖成竹篾扭成竹绳，能够承受几百公斤的重力。古代人们把竹子做成弓，拉满弓后能把箭射出100米以外。以上的表现，都来自于竹子的天然特性。一是顺竹子垂直方向的拉伸强度非常高，可达到钢材的二分之一，这种强度在植物类算得上是最顶级的，竹缠绕压力管道就是利用了这一特性，保证管道能承受很大的压力；其二，竹子的抗弯能力很强，这是竹子内部有着如石墨烯般很大的比表面积的原因，物质的比表面积越大，其强度越高这是科学定理，加上竹子又是天然的柔性材料，所以在竹子压到很弯时能够保持不折断、不屈服，反而反弹力越大，所以，弓箭越拉到接近满弓时，射程就越远。同理，竹缠绕管廊埋在地下，能承受沉重的土和车辆的重量，当重量使结构产生形变时，其承重能力就越强。竹缠绕技术就是利用了竹子轴向拉伸强度高、横向抗形变能力强的特性，把竹子加工成既有强度又具有弹性的新材料。

同时竹缠绕还有耐腐蚀性能好、使用寿命长的优点，这一优点同样来自于竹子的天然属性。竹子是生物，生物属于大分子物质，大分子物质非常惰性，很难与氧、酸碱等物质产生反应，如一千多年前福建永定土楼中的竹片，二千年前都江堰填石筑坝的竹笼，三千年前鲁国的竹简，至今均保持得较为完好，充分体现了竹子有稳定的耐环境性能和很长的寿命。因此，竹缠绕复合材料强度高、使用寿命长等优点都是来自于竹子的天然特性，是上天赐给人类的瑰宝。

竹缠绕复合材料的工艺

我们给竹缠绕复合材料的定义是：以竹子为基本材料，水溶性树脂为胶粘剂，采用缠绕方式加工成型的生物质复合材料。该材料的工艺特征是：在产品结构中没有平面和角的设计，将产品加工成圆形或弧形，从而把竹子的优点发挥至最大化。比如管道管廊是圆形，把房屋、车厢的平面设计成弧形，四个角也加工成小弧形，避免产品有受力方面的明显缺陷。

竹缠绕加工过程为：首先竹农在竹林里砍伐下竹子，在家里通过剖竹机、成片机、拉丝机、编织机加工成像竹席一般的竹篾带，将竹篾带卷成一卷一卷的竹篾卷，这就是制作竹缠绕的原材料；其次，在工厂里将浸过胶粘剂的竹篾带一层一层缠绕到钢制的模具上，直至缠绕到产品设计厚度；而后再进行固化、修整、脱模后就制成了竹缠绕产品。

竹缠绕产品优点

竹缠绕产品具有重量轻，强度高，耐腐蚀、绝缘、保温、隔音、隐身性能好，使用寿命长，成本低等优点。比如重量轻，竹缠绕管道的重量是钢管、球墨铸铁管的四分之一，竹缠绕管廊重量是钢筋混凝土管廊的十五分之一。强度高，竹缠绕管道管廊应用过程中遭遇地势发生沉降不均匀造成一定的扭曲情况下，仍可安全使用，竹缠绕房屋经得起最强台风和地震的侵害。保温、隔音性能好，能使埋设在冻土层中的竹缠绕管道里的水在整个冬季不结冰，加上竹子能平衡干湿的特性，使人住在竹缠绕房屋中会觉得特别舒适。同样，乘坐在竹缠绕高铁车厢里，会感到非常安静。特别是高铁在发生极端情况下，其柔韧性能和抗形变性能会大大降低对人体的伤害。

竹缠绕具有明显的成本优势，同等规格的竹缠绕管道成本是钢管、球墨铸铁管、承压塑料管的70～85%，竹缠绕管廊成本是钢筋混凝土管廊的70%以下，竹缠绕房屋是钢筋混凝土结构房屋成本的85～90%。竹缠绕产品的使用寿命均长于钢材、水泥等传统产品，竹缠绕管道使用寿命超过50年，竹缠绕管廊使用寿命超过100年，房屋超过100年。

竹缠绕产业资源丰富、规模大、

社会需求面广

竹缠绕主要原材料是竹子，竹子是速生植物，一般生长3年即可应用，而且一次栽培，可永久砍伐。全世界竹林面积约为3200万公顷，中国约为756万公顷。在我国每年可砍伐的竹材为1.5亿吨，如果对竹林进行有效管理，竹材产量还可以翻1～2番。目前我国每年竹材只应用了0.4亿吨，大部分竹资源仍被闲置。1吨刚砍伐的竹子，平均可生产0.7吨竹缠绕产品，0.7吨竹缠绕产品的产值为3.15万元，如果将闲置的1.1亿吨竹子加工成竹缠绕产品，每年可形成近5万亿的产业规模，加上通过对竹林的培育，增加竹资源量，竹材最起码支撑10万亿以上的新产业，等于又创造出一个新林业产业（2023年我国林业总产值9.2万亿）。

竹缠绕应用领域广，社会需求量大。在我国，仅管道、管廊每年有超过万亿以上的潜在市场，房屋更是有10万亿级以上的市场需求，还不包括新建农村住房。仅以上两类产品就有30万亿以上的产业规模，如加上交通工具、工程施工等，竹缠绕产品的产业潜在规模则更大。

竹缠绕技术成熟度

竹纏绕技术发明人、现国家林业和草原局竹缠绕复合材料工程技术研究中心主任叶柃先生于2007年带领团队开始研发竹缠绕技术，至今已经整整十七年。叶柃先生能发明出竹缠绕技术，来源于他从事三十余年的非金属缠绕压力材料的基础。竹缠绕管道、管廊经过了十余年的示范应用，取得良好应用效果。目前竹缠绕技术已建立起完整的工艺、标准、专利、示范工厂建设体系，中铁建等大型央企已专门成立竹缠绕公司在全国乃至全球布局生产竹缠绕产品。

竹缠绕技术得到国家相关部门高度认可，并已列入国家战略。

2011年7月    竹缠绕复合管技术通过省级鉴定，技术成果评为“达到国际先进水平”。2011年11月竹缠绕复合管被水利部评为科技成果推广项目。2013年，水利部组织在新疆、黑龙江、浙江进行竹缠绕管示范工程建设，2014年6月水利部对“竹缠绕复合压力管的推广应用”进行先进实用技术评价。2014年8月国家林业局对“竹缠绕复合压力管”技术成果鉴定评价为达到国际领先水平。2015年10月住建部对“竹缠绕管道”技术成果鉴定评价为技术水平达到国际先进水平。2015年12月竹缠绕复合管技术入选国家发改委的《国家重点推广的低碳技术目录》（第二批）。2015年1月、12月竹缠绕复合管技术被评为水利部、住建部科技成果推广项目。2016年3月竹缠绕复合材料被列为国家林业局2016年重点推广科技成果，2016年7月被列为“十三五”国家重点研发计划专项“竹资源全产业链增值增效技术集成与示范”项目。2016年12月竹缠绕复合管被科技部、环保部、工信部列入“节能减排与低碳技术成果转化推广清单”。2017年5月竹缠绕项目被国家发改委等11部委联合发布《林业产业发展十三五规划》中列为重点林产战略项目。2018年1月竹缠绕复合管技术被评为水利部科技成果推广项目。2020年9月竹缠绕管道入选“国家节能中心重点节能技术应用典型案例”。2021年11月竹缠绕复合材料被国家林草局、国家发改委等10部门列入《关于加快推进竹产业创新发展的意见》。2022年5月竹缠绕技术被国家发改委列入“十四五”生物经济发展规划。2022年7月住建部对“竹缠绕管廊”技术成果鉴定评价为达到国际领先水平。2023年10月竹缠绕列入国家发改委、经信委、财政部、林草局联合发布《加快“以竹代塑”发展三年行动计划》重要应用产品。

国家标准《竹缠绕复合管》、中国工程建设标准化协会标准《竹缠绕复合管道工程技术规程》、林业行业标准《竹缠绕管廊》、中国工程建设标准化协会标准《竹缠绕管廊工程技术规程》均已颁布实施。《竹缠绕管廊》国家标准、《竹缠绕房屋》团体标准正在编制中。

2022年5月竹缠绕复合材料技术列入国家首部生物经济规划《国家“十四五”生物经济发展规划》中。规划指出，在生物环保领域，“培育壮大生物经济支柱产业、促进竹缠绕复合材料技术发展，推动在城市综合管廊等基础设施建设中示范应用。”竹缠绕复合材料已被定位为国家重点战略产业。

2023年10月，国家发改委、工信部、财政部、林草局联合发布的《加快“以竹代塑”发展三年行动计划》中，在三大应用类产品中，除日用品类外，在工业生产和建筑建材应用类均列首位。

竹缠绕大规模产业化的基础条件已经具备。

竹缠绕社会意义

节能减碳效益：我国每年有1.1亿吨的竹资源被闲置，如果把这些闲置竹子充分利用起来，做成1亿吨以上的竹缠绕产品，替代钢材、水泥、塑料，每年可以减少碳排放4.48亿吨。习近平总书记在2022年第二届世界竹藤大会发出了“以竹代塑”倡议，为全球节能减排提出中国的解决方案之一。

在国家乡村振兴战略中能发挥重要作用：通过发展竹缠绕复合材料产业，如果将目前被闲置的1.1亿吨竹资源加以充分利用，则在竹子砍伐及竹原材料加工方面，每年将给农村带来3168亿元的经济收入。其中，在竹子种植、砍伐、出售环节，可为1200万户农户每户每年增加收入5000元；在竹原材料加工环节，可帮助1000万农民在当地就业，每人每年收入超过30000元。

在一带一路和南南合作中将发挥重要作用：3/4以上的竹资源分布在东南亚、中东非、中南美地区，且都生長在发展中国家。这些国家可以应用竹缠绕技术，把当地的竹资源很好地利用起来，加工成管道、房屋等产品，在绿色低碳的基础上建设美丽家园；同时，可增加农村经济收入，提高社会就业率，促进国民经济发展。竹缠绕复合材料服务“一带一路”倡议，也可让世界人民改变一直以来中国很少对外输出原创技术的印象，从而成为“一带一路”倡议中的光明使者。

竹缠绕将极大提升我国国际科技竞争力

竹缠绕复合材料是我国的原创技术，是世界发明技术，是我国林业领域一颗灿烂的新星。竹缠绕复合材料是一种类似钢材、水泥、塑料的基础性材料，这一新材料的诞生将对今后社会产业结构和生活习惯产生重大影响。竹缠绕发明技术将极大提升我国的国际科技地位，在工业、交通、建材及军工等多个领域可实现科技水平的弯道超车。竹缠绕复合材料产业是典型的绿色产业，是新质生产力的代表。竹缠绕在国家十四五生物经济发展规划和加快以竹代塑发展三年行动计划的引导下，将进一步得到国家层面上的高度重视，更广泛的被人们所了解，使这一新材料技术早日造福于社会，为人类与地球和谐共存，实现人类社会的绿色可持续发展发挥重要作用。

（本文作者单位：孙公新，中国铁建股份有限公司；彭仕国，中国林产工业协会竹缠绕复合材料产业分会）