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文章费本华竹业引领人类生活更美好

本文为《世界竹藤通讯》年第4期特约专稿,“中国竹产业协会专栏”文章。作者系中国竹产业协会会长、国际竹藤中心常务副主任、《世界竹藤通讯》编委费本华研究员。

摘要:文章介绍了竹材在建筑、家具、交通、日用品等领域应用现状,分析了竹材在性能、成本、资源量及环保等方面具有的多种优势,以及木材、塑料、钢材、陶瓷应用局限性和劣势,提出了竹木并举、竹钢协同、竹瓷互补潜在的创新应用方向。在当前化石能源日益枯竭、环境压力越来越大的情况下,发展竹产业、应用竹产品是一项改变人类生活、促进绿色发展的重要举措,是健康生活、生态人居、绿色发展的正确方向。

据年由国际竹藤中心、国际竹藤组织和英国皇家植物园联合出版的《世界竹藤名录(WorldChecklistofBambooandRattan)》权威发布,全球竹类植物88属,种,面积约多万hm2。最新发布的中国第九次森林资源清查结果指出,我国竹林面积万hm2,约占全球总量的20%,仅年,我国大径竹产量达31.55亿根,是世界上竹资源最丰富的国家。

在我国古代,竹子与我们的精神生活联系紧密,具有丰富的文化内涵。在现代,通过竹产品为载体可以传递东方生活美学,表达美与绿色的文化理念。更重要的是,竹子生长迅速,成材率高,一次性种植,永续利用,是巨大的、绿色的可再生资源宝库和能源宝库。因此,竹子在文化、生态、材料等方面均具有重要的研究价值,三者高度一体化是任何其他植物无法相比的。

本文主要对竹子作为材料在家居、工程等领域的应用进行探讨。在材料研究领域,竹材轻质高强,再生速度快,与化石能源相比,有无可比拟的优点。据统计,相同面积的建筑物,竹材的能耗是混凝土能耗的1/8,钢铁能耗的1/50,木材能耗的1/3。随着竹材工业化水平的发展,研究人员先后开发了竹胶合板、竹刨花板、竹层积材、竹集成材、竹重组材等结构材料和装饰材料,为竹产业的发展提供了必要条件。本文重点对比竹材与木材、塑料、钢材、瓷器等材料的优劣性,提出竹材在家居、工程等领域的独特性能优势,实现人居与竹材共生共荣,在改善人居环境、提升人民生活质量方面有重要的推动作用。

1竹木并举

20世纪50年代至20世纪末,由于国家建设的大量需求,以及不合理的、破坏性采伐利用,天然成熟用材林几乎消失殆尽,木材资源严重短缺。年,我国原木进口量为.6万m3,锯材进口量为.6万m3,二者进口总额达.1亿美元,我国位居全球最大的木材消费国和进口国,对外依存度已超过60%,木材安全问题日益凸显。此外,随着国家生态建设系列政策出台,以及对国有林场、国有林区禁止商业性采伐政策的实施,国产木材供应量锐减,使木材无法大量满足未来的建筑行业发展需要。相比之下,产量大、生长周期短的竹子资源,可成为天然建筑材料等诸多领域的新成员,更好地服务于国民经济建设。

竹子的生长速度在木质植物中最为快速,一天可达1m的增长速度,不同竹种经济成熟成材的时间不同,筇竹2年、慈竹3~4年、毛竹4~5年材性就能达到最优值,符合建筑材料所需标准。而树木一般需要15年以上方可成材,有的50年才能成材,难以满足快速发展的经济建设、高质量发展的需求,且这种供需矛盾会随着环保举措的强化日益显著。

竹材除了资源优势外,还具有优良的力学性质。竹材在顺纹方向上有非常优良的抗拉性能,平均抗拉强度为~MPa,是木材抗拉强度的1.5~2.0倍,约为同比重下钢材抗拉强度的3~4倍。毛竹纤维的平均抗拉强度为.77MPa,平均弹性模量为33.86GPa,与落叶松晚材纤维(~MPa)和挪威云杉纤维(MPa)相比,毛竹抗拉强度远远大于木纤维的抗拉强度平均值。此外,竹材还具有超强的径向抗压能力,用竹材建造的穹顶可以承受近10t的负荷。竹材的综合性能相比石材、钢材等也毫不逊色。

除了强度高的优点,竹材还具备良好的韧性特征,这与竹材独特的梯度结构密切相关,其维管束分布密度由内向外连续增大,竹壁密度呈现显著的梯度分布,组织向外愈加致密化。梯度结构赋予了竹材优良的抗弯性能,纤维体积分数一定的条件下,梯度材料比均质材料的抗弯模量高30%。竹材弯曲曲率是山毛榉的2倍,云杉的3.5倍。这种韧性使竹建筑具有很好的抗震效果,在承受地震波时,相比混凝土建筑不易坍塌,留存时间较长,抗震等级高。20世纪90年代,哥斯达黎加发生7.7级大地震,余幢建筑在地震中全部坍塌,而余座传统竹屋却未被破坏。

基于竹材这些优良的性能品质,研究人员开发了多种竹质板材,以供家具、建筑、装饰装修等领域使用。竹质板材的种类繁多,有竹胶合板、竹刨花板、竹层积材、竹集成材、竹重组材、圆竹工程材等结构材料和装饰材料,为竹产业服务经济建设提供了必要条件。随着中国经济的快速发展,可持续发展理念的不断深入,人们对绿色环保材料的需求越来越高,在当前木质资源匮乏的情况下,优质的竹质板材可以作为绿色环保材料的补充资源,满足多元化建筑的市场需求。

2以竹代塑

众所周知,塑料是一种以高分子量合成树脂为主要成分的塑性材料,在人们的生活中扮演着重要角色,从饮水瓶到餐具,从办公用品到生活用具,无处不在。然而,这种难以降解的“白色垃圾”对环境产生了灾难性影响,破坏海洋生态环境,进而进入人们的食物链,造成更大的破坏。

据推算,全球每分钟卖出万个塑料饮料瓶,每年使用5万亿个塑料袋,这些东西转眼就成了塑料垃圾。年6月5日,联合国环境署首次聚焦一次性塑料污染问题,发布世界环境日的主题为“塑战速决”。年10月24日,欧洲议会投票通过禁止使用一次性塑料的立法提案,以遏制日益严重的塑料废弃物对海洋和生态环境的污染。根据该禁令规定,从年起,欧盟已经发出禁塑令,将于年全面禁止生产和销售一次性餐具、棉签、吸管等一次性塑料制品,这些用品将由纸、秸秆或可重复使用的硬塑料替代。因此,发展可替代塑料使用的绿色用品成为必然并具有巨大的商机。

作为一种资源丰富的生物质材料,竹制品在很多领域都可以替代塑料产品。包括日用品类、包装类、建材类和汽车用材料等。

日用品领域的竹制品种类较多,有吸管、餐具等多种产品。竹吸管一般由箭竹作为原材料,由高温蒸汽碳化处理后,作为吸管使用;一株箭竹可以做出8支左右的竹吸管,分为粗、细等不同等级,分别用来引用冰水、果汁等产品。一次性餐具,原材料可以是竹条或竹炭,用作一次性餐具:盘、杯、刀叉、勺;竹炭搅拌棒,目前已在日本市场进行售卖。此外,棉签棒、牙刷把手等材料都可以用竹材进行制作。

竹材在包装领域可以用于制作包装盒、运输用托盘等产品。这种竹包装产品既可以达到环保目的,又能够提高产品的文化价值,使竹材在包装领域的应用具有广阔的前景。

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