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技术领先世界独此一家!中国发明竹缠绕复合材料,领先世界

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几个世纪以来,人们一直用竹子建造房屋、造纸,甚至做成食物。

但将竹子用于制作一次性杯子、卫生纸等消耗品,是一个较新的概念,并且正在兴起。

中国是全球最大的竹子供应国,自1950年以来,中国的竹林面积已增长了两倍以上,美国和印度则是两大主要买家。

而在工业应用的更高端领域,中国还独创了一项让世界瞩目的技术——竹缠绕复合材料。这项技术以竹子为基材,通过特殊的缠绕工艺,制成具有轻质、高强度、环保等特点的复合管材。



竹缠绕复合管不仅可以替代钢材、水泥等传统工业材料,还被成功应用到地下隧道这种对结构强度要求极高的工程中。

目前,这项技术在全球范围内独此一家,中国是唯一掌握产业化生产能力的国家。

竹子在中国台湾也长势良好,在台湾一片森林里,有一处是当地少数通过"食品接触安全"认证的竹林之一。台湾一家名为Llastic(乐斯迪)的公司就在此地取材,采伐人员砍下竹竿后,削掉小的枝叶,这些竹竿将被用来制作餐具,如吸管和餐盒。



公司的创办人曾经从事进口包装食品的工作,当时他感觉自己正在加剧世界的塑料问题——他进口的数千个货柜中,其实有百分之六七十都是用塑胶包装的。

在生产现场,团队打开一捆竹子。该地点大部分工人其实属于另一家做竹签的企业,Llastic与他们合作,利用他们剩下的边角料。

工人先把竹竿切成段,去掉坚硬的竹节,再把较小的竹块送入一台机器切成两半,并按尺寸分类。随后,团队将这些竹段在水中浸泡几个小时,软化后由工人送入机器切出竹签形状,而切竹签过程中剩下的细碎竹丝被称为"O刺",其中一部分将作为下一步的燃料。



它们被装入桶中,与同样由竹子制成的颗粒燃料混合,驱动机器把这些竹丝烘干并磨成粉。

接下来,袋装的竹粉会与其他原料混合。Llastic不愿展示具体的配方环节,但表示其中包含玉米淀粉和矿物质,还有创办人所称的"生物黏合剂"。

这种生物黏合剂在技术上属于一种可生物降解的塑料,由植物制成,而非化石燃料。它能够把竹纤维黏合在一起,让其像塑料一样可以成型。



Llastic拥有约30种不同配方,几乎可以塑成任何形状,包括吸管——其中一台机器一分钟可生产300支。公司还生产餐盒:先把一张混合料加热,再用真空压力吸入模具成形。

在另一处厂房,机器将配方压制成勺子、叉子等不同形态的餐具。

除了消费级的日用品外,竹纤维在更大尺度的工程应用中也展现出惊人的潜力。竹缠绕复合管隧道作为一种新兴的地下工程形式,由于轻质、高强度、绿色环保的特点,近年来受到广泛关注。



研究人员通过无线传感器网络(WSN)监测与数值模拟相结合的方法,持续追踪隧道结构的变形特性与应力分布。

竹材本身的天然优势加上缠绕工艺的加持,使得这种结构在承载力和耐久性上都能达到工程级要求,这也让"用竹子修隧道"从一个大胆的设想变成了现实。

在卫生纸生产环节,竹纤维同样走出了一条独特的路径。竹子经过热处理,直到变软、颜色变浅。纸浆被烘干并压制成片。



在另一处厂房,这些纸片被制成巨大的"父卷"原纸,再由机器卷到较小的硬纸筒上,切割成人们熟悉的卫生纸卷。生产标准卫生纸的工艺基本相同,只是普通卫生纸使用的是木浆,而非竹浆。

Charmin、Cottonelle等大品牌曾因从加拿大的北方针叶林(又称"北方的亚马逊")采购木浆而饱受批评。这片森林是巨大的碳汇,也是驯鹿等濒危物种的栖息地,还居住着600多个原住民社区。

有当地居民表示,想到土地将被机器和马匹踩踏破坏,心里非常难受。造纸企业通常不自己拥有林地,而是从外部供应商购买木材,但无论谁砍树,卫生纸都在推动着森林流失。



那么,竹子能帮上忙吗?一份报告指出,卫生纸的最佳选择其实不是竹子,而是再生纸——这里的再生纸并非指"用过的卫生纸",而是指用从办公楼回收桶里收集的纸张所生产的卫生纸。

竹子是次优选择:它比用树木好,但不如100%再生纸。这是因为竹林仍然是当地生态系统的重要组成部分。

如果购买竹制卫生纸,可以查看是否有森林管理委员会(FSC)的认证标识。FSC的标准比许多其他认证体系更严格。但要注意,FSC认证不止一种,想要买到完全由可持续采伐的竹子制成的产品,应认准"FSC 100%"的标识。



归根结底,即便是可再生资源,也会带来环境影响。只要来源和使用方式负责,竹子就有很大的发展潜力。一些环保产品相对昂贵。

在沃尔玛,一卷Reel Paper卫生纸的价格约为0.67美元,而Charmin一卷约为1.25美元。而一支Llastic的弯曲吸管和一支传统塑料吸管的价格都不到一分钱。

研究显示,许多消费者愿意为更可持续的选择支付额外费用。但Llastic团队表示,要真正与塑料竞争,可能还需要法规推动。

越来越多的国家正在研究让污染企业承担责任的法律,这种做法被称为"生产者责任延伸制"(EPR),其思路是让塑料和纸张的生产者为产品的回收和处置买单。这可能导致价格上涨,从而让环保材料更具竞争力,或促使大品牌转向更环保的材料。



Llastic方面认为,仍然必须透过EPR的推动,让这些大企业愿意选用相对环保、友善、负责任的包装材料。

从一次性餐具到卫生纸,再到可以承载地下工程的缠绕复合管,竹子正在以多种形态介入现代工业体系。竹缠绕复合管隧道作为一种新型地下结构,凭借轻质高强、绿色环保的综合优势,正在成为传统钢筋混凝土管道的有力替代方案。

竹材的天然属性与缠绕工艺的特殊性,决定了其力学行为、结构变形与应力分布必须经过精细化研究。借助WSN监测与数值模拟相结合的手段,工程人员得以在真实工况下捕捉管体的受力变化,为设计优化和安全评估提供第一手依据。



这项中国独有的技术,不仅让一根竹子撑起了地下隧道的重量,也让世界重新认识了这种古老植物在现代工程中的无限可能。

真正的突破,从来不只是替代塑料那么简单,而是让一种可再生资源,重新定义材料工业的未来。

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