竹纏繞技術(shù)研究進展

費本華，蘇勤，劉煥榮，方長華，馬欣欣，張秀標(biāo)，孫豐波

(國際竹藤中心，國家林業(yè)和草原局/北京市共建竹藤科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，北京 100102)

竹類植物屬禾本科，一次性種植，可永續(xù)利用。毛竹生長4～5 a即可采伐利用，且力學(xué)性能優(yōu)異。中國是世界上竹資源最豐富的國家，已知有竹類植物39屬、837種[1]，竹種資源、竹林面積、竹材蓄積量和產(chǎn)量均居世界首位。2019年自然資源部清查結(jié)果顯示竹林面積已達(dá)701萬hm2，且每年以近3%的速率持續(xù)增長。但是，目前豐富的竹資源尚未得到充分利用，竹產(chǎn)業(yè)的巨大作用和潛力還未被充分發(fā)揮和挖掘，竹產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重、附加值低、產(chǎn)能過剩，出現(xiàn)低價競爭的惡性循環(huán)，影響了竹產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。受成熟的纖維纏繞成型技術(shù)的啟發(fā)，國際竹藤中心與浙江鑫宙竹基復(fù)合材料科技有限公司、福建龍竹科技集團股份有限公司等通過長期合作研究，研發(fā)出了一種新型竹纏繞技術(shù)。與傳統(tǒng)竹材彎曲卷制成型技術(shù)相比，該技術(shù)充分利用竹材柔韌性和軸向拉伸性，是以竹材和樹脂為制備原料，采用纏繞成型工藝制備生物基復(fù)合材料的一項技術(shù)，是一種可連續(xù)化作業(yè)的竹質(zhì)復(fù)合材料成型技術(shù)[2]。新型竹纏繞技術(shù)的研發(fā)，實現(xiàn)了竹材纏繞成型工藝的多樣化，突破了傳統(tǒng)竹質(zhì)復(fù)合材料平面層積熱壓技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域[3]，是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、避免竹產(chǎn)業(yè)鏈嚴(yán)重同質(zhì)化、規(guī)避同種產(chǎn)品產(chǎn)能過剩的有力抓手，研究已列入《“十四五”國家生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》。

1 竹材彎曲柔韌性

實現(xiàn)竹材可纏繞的前提是其優(yōu)異的彎曲柔韌性。竹子是自然界不斷進化的產(chǎn)物，具有優(yōu)異的力學(xué)特性，比強度和比剛度均高于木材和普通鋼[4]。幾千年來竹子在不斷適應(yīng)風(fēng)雪、動物等自然壓力造成的彎曲損傷的過程中，形成了尤為出色的彎曲柔韌性[5]。毛竹(Phyllostachysedulis)材的彎曲曲率是山毛櫸(Faguslongipetiolata)的2倍、云杉(Piceaasperata)的3.5倍[6]，彎曲強度是密度相近的柚木(Tectonagrandis)的1.72倍[7]。竹材主要是由纖維細(xì)胞、薄壁細(xì)胞和導(dǎo)管細(xì)胞組成，其中纖維細(xì)胞充當(dāng)增強相，薄壁細(xì)胞充當(dāng)基質(zhì)。竹材的高彎曲柔韌性是纖維細(xì)胞、導(dǎo)管細(xì)胞和薄壁細(xì)胞之間良好協(xié)同作用的結(jié)果。其纖維細(xì)胞腔小壁厚，拉伸強度和彈性模量分別為1 110～2 708 MPa、17.5～40.8 GPa[8-12]，是竹材高彎曲強度的來源[8,13]，在竹材彎曲過程中起主要承載作用，限制周圍細(xì)胞的變形，還可以通過彎曲單個纖維細(xì)胞以及在纖維細(xì)胞間或細(xì)胞壁層間產(chǎn)生滑移來吸收彎曲變形；其薄壁細(xì)胞腔大壁薄，主要與竹材彎曲變形相關(guān)[8,13]，在竹材彎曲過程中起緩沖作用，具有最大的相對變形量，利用特有的大細(xì)胞腔結(jié)構(gòu)，通過增加細(xì)胞縱向與橫向面積之比來吸收彎曲變形，且薄壁細(xì)胞含量越多，竹材塑性變形能力越大，彎曲過程中能量消耗越大，彎曲柔韌性越高[8,14-16]；其導(dǎo)管細(xì)胞具有大空腔結(jié)構(gòu)，它的主要作用也是緩沖，通過減少細(xì)胞面積或細(xì)胞本身發(fā)生彎曲來實現(xiàn)吸收彎曲變形的效果[17-18]。這種組織協(xié)同作用使得竹材發(fā)生較大彎曲變形時不發(fā)生破壞，彎曲柔韌性顯著提高，可滿足不同曲率半徑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的異型纏繞，并且保證了纏繞制品的剛度以及抗壓性能；因此，竹子出色的彎曲柔韌性不僅賦予了竹材的可纏繞性，同時確保了竹纏繞制品的優(yōu)異性能。

2 竹纏繞單元

根據(jù)截面大小及截面長寬比的不同，竹纏繞基本單元可分為竹纖維[19-21]、竹絲[22-23]、竹篾[3,24-27]、竹條、刨切薄竹[28-30]等類型。纏繞基本單元不同，其連續(xù)化加工方式也有差異，從而得到不同的纏繞單元。不同纏繞基本單元所對應(yīng)的連續(xù)化加工方式、所得到的纏繞單元以及相應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域見表1。目前，竹纖維、竹篾以及刨切薄竹是用于纏繞的主要基本單元，其產(chǎn)品應(yīng)用于紡織及竹纏繞復(fù)合材料領(lǐng)域，竹絲和竹條用于纏繞領(lǐng)域均較少?，F(xiàn)階段，纏繞基本單元的連續(xù)化加工方式存在生產(chǎn)成本較高、竹纏繞制品力學(xué)性能降低等問題，需要開發(fā)出更為有效的連續(xù)接長方式，進一步降低生產(chǎn)成本、提高機械化程度、推廣竹纏繞制品的應(yīng)用。

表1 竹纏繞單元的制備方式及其應(yīng)用領(lǐng)域[20,27]Table 1 The preparation and application of bamboo winding units

3 竹纏繞主要技術(shù)

竹纏繞技術(shù)根據(jù)是否施加膠黏劑可分為無膠竹纏繞技術(shù)[31-33]與膠合竹纏繞技術(shù)[20，27-28,34]，其中膠合竹纏繞技術(shù)根據(jù)膠合成型工藝的不同又可分為兩大類：一是與傳統(tǒng)層合板相類似的層合式膠合工藝；二是與纖維增強樹脂基復(fù)合材料相類似的高含量樹脂包覆式膠合工藝。

3.1 無膠竹纏繞技術(shù)

無膠竹纏繞技術(shù)是指通過竹單元之間相互施加力的作用或借助外力作用實現(xiàn)竹材單元纏繞、成型的技術(shù)，如竹纖維加捻、竹編、竹材彎曲卷制等。纖維加捻是指將松散狀的纖維束變成具有一定線密度和強度的紗線的過程。開松、疏解后的竹纖維經(jīng)牽伸后成松散的竹纖維條，利用回轉(zhuǎn)運動，扭轉(zhuǎn)竹纖維條使得纖維條的橫截面產(chǎn)生相對回轉(zhuǎn)，即竹纖維纏繞單元繞纖維條的中心軸旋轉(zhuǎn)纏繞，纖維傾斜成螺旋線，排列方向改變[31]。竹纖維旋轉(zhuǎn)纏繞過程中，外層纖維在外力作用下向內(nèi)靠攏，對內(nèi)層纖維傳遞向心應(yīng)力，促進纖維相互抱緊擠壓，纖維間產(chǎn)生應(yīng)力，纖維間的摩擦力增加，阻礙了纖維的脫離，形成了不易被外力破壞的緊密纏繞結(jié)構(gòu)[23]。竹編是指竹篾或竹絲之間以“挑”“壓”等方式相互施加力的作用，從而纏繞、交織成具有特定形狀且不易被破壞的竹編制品的過程[32]。竹材彎曲卷制則是指借助外力，如加熱、加壓等，或竹材單元之間的相互作用力，使得竹材單元彎曲纏繞成特定形狀的過程[33]。

3.2 膠合竹纏繞技術(shù)

竹材膠合纏繞技術(shù)原理與纖維纏繞原理相似，如圖1所示，是指在控制纏繞單元張力和預(yù)定線型的條件下，將施加膠黏劑后的纏繞單元連續(xù)纏繞于相應(yīng)制品的模具或內(nèi)襯上，然后在一定條件下使其固化成型，得到一定形狀的纏繞制品的過程[35-36]。根據(jù)纏繞角的不同，纏繞線型規(guī)律有3種：環(huán)向纏繞(纏繞角85°～90°)、螺旋纏繞(纏繞角12°～70°)、縱向纏繞(纏繞角0°～25°)[35]。竹材膠合纏繞技術(shù)經(jīng)過10余年的發(fā)展、完善，現(xiàn)已開發(fā)出了成套生產(chǎn)設(shè)備，形成了成套的自動化制造系統(tǒng)。

圖1 膠合纏繞工藝[35]Fig.1 Gluing winding technology

3.2.1 膠黏劑選擇

竹材膠合過程中，膠黏劑在竹材表面的滲透深度對膠合性能的影響顯著，除竹材表面裂縫等表面特性外，這種滲透作用主要是通過竹材內(nèi)部相互連通的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來實現(xiàn)的[37-38]。竹材的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是指由導(dǎo)管細(xì)胞、薄壁細(xì)胞和纖維細(xì)胞等的細(xì)胞腔、細(xì)胞間隙以及紋孔相互連通形成的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[39]，在竹材內(nèi)部形成了縱向和橫向兩個方向的流體滲透通道[40-41]。然而，在竹材實際膠合過程中，膠黏劑的滲透深度很有限，常常會受到竹材紋孔大小的限制，紋孔是竹材中的最小孔隙通道，通道大小為0.6～3.8 μm[42-44]。因此，在竹纏繞復(fù)合材料成型技術(shù)中應(yīng)選用低分子量的樹脂作為膠黏劑[37,45-46]，如常用的氨基類樹脂，避免因竹材的小孔隙通道等微觀結(jié)構(gòu)特性造成膠黏劑滲透不完全。

3.2.2 高含量樹脂包覆式竹纏繞技術(shù)

高含量樹脂包覆式竹纏繞技術(shù)是一種竹材增強樹脂基復(fù)合材料制造技術(shù)。將竹纏繞單元作為增強材料[27]、樹脂作為基體材料，高含量的樹脂包裹使得竹纏繞單元的各個表面都能夠與樹脂充分接觸、滲透，并且彌補了竹纏繞單元的表面缺陷；再根據(jù)竹纏繞復(fù)合材料的厚度以及膠黏劑的類型設(shè)置合適的膠合壓力、溫度和時間參數(shù)，從而獲得足夠的膠合性能。如圖2竹纏繞復(fù)合管的制備，主要包括脫模層制備、內(nèi)襯層制備、增強層制備、固化、修磨、噴涂、脫模等工序[47]。具體流程如下：

1)脫模層、內(nèi)襯層制備。在控制模具勻速轉(zhuǎn)動后，在模具上纏繞脫模層和內(nèi)襯層。將脫模材料(如聚酯薄膜)在模具表面從一端向另一端均勻纏制一遍并保證無褶皺，以獲得脫模層；隨后，利用內(nèi)襯層膠黏劑淋膠裝置在脫模層表面均勻地淋一層膠黏劑(如聚氨酯膠黏劑)，再利用內(nèi)襯層輸送纏繞裝置在其上纏繞內(nèi)襯層織物(如無紡布或網(wǎng)格布)，需要時可進行多次淋膠和內(nèi)襯層的纏繞，其間可通過壓輥在內(nèi)襯層織物表面輥壓消除氣泡，從而獲得內(nèi)襯層。

2)內(nèi)襯層初步固化。對于常溫下即可初步固化的內(nèi)襯層膠黏劑，只需在模具轉(zhuǎn)動狀態(tài)下晾置幾小時使得膠黏劑初步固化不成黏流態(tài)即可；對于常溫下無法初步固化的內(nèi)襯層膠黏劑，需先將模具停止轉(zhuǎn)動，再將制備好內(nèi)襯層的模具移至已設(shè)定合適溫度和時間的固化爐中，而后再次轉(zhuǎn)動模具，使內(nèi)襯層在固化爐中周向均勻受熱，直至初步固化。

3)增強層制備。在完成初步固化的內(nèi)襯層外周纏繞增強層。先將完成初步固化的內(nèi)襯層和模具一起移至增強層制備工序，在控制模具勻速轉(zhuǎn)動后，利用增強層膠黏劑淋澆裝置，將膠黏劑(如氨基類樹脂)與竹粉、核桃粉等填料均勻混合后，均勻地淋澆至該淋澆裝置下方的竹纏繞單元上，保證淋澆的膠黏劑在竹纏繞單元的寬度上布滿。利用竹纏繞單元輸送纏繞裝置，將布滿膠黏劑的竹纏繞單元從模具下方輸入，按照一定的纏繞線型規(guī)律并施加合適的纏繞張力在模具上纏繞，根據(jù)具體需求確定竹纏繞單元鋪層順序、纏繞層數(shù)與厚度。期間通過壓輥施加490～2 450 N的壓力，使得各纏繞層之間結(jié)合緊密，并擠出多余膠黏劑，從而獲得竹材增強層，最終樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為50%[27]。

圖2 高含量樹脂包覆式竹纏繞技術(shù)Fig.2 High-content resin-coated bamboo winding technology

4)固化成型：在模具停止轉(zhuǎn)動后，將制備好的內(nèi)襯層和增強層與模具一起移至固化爐中進行固化。根據(jù)膠黏劑的固化條件設(shè)置合適的固化工藝參數(shù)，常用氨基類樹脂固化溫度為85 ℃，固化時間為5～8 h，固化度達(dá)90%左右即可，其間需控制模具轉(zhuǎn)動，使內(nèi)襯層和增強層在固化爐中周向均勻受熱，從而完成內(nèi)襯層和增強層的制作。

5)修磨：將固化后的制品移至修磨工序進行表面修磨。利用修磨裝置對制品進行表面修磨，使表面平整，需要時可在制品上加工出用于安裝、連接等的結(jié)構(gòu)。

6)噴涂：利用噴涂裝置，對表面修磨后的制品進行相應(yīng)外防護層的噴涂，進而完成纏繞產(chǎn)品的制備。

7)脫模：將表面修磨、噴涂好的制品從模具上脫下，待脫模制品置于支撐裝置上后，一頭端部抵接在脫模裝置上，之后通過牽引裝置軸向牽拉模具，將模具從脫模制品內(nèi)牽出完成脫模。

3.2.3 層合式竹纏繞技術(shù)

該技術(shù)實際上是一種竹材連續(xù)曲面層壓技術(shù)，適用于可進行卷曲層壓的竹材單元，具體包括輸送、涂膠、纏繞、膠合成型、脫模以及修整等工序[28-30]。具體流程如下：

1)輸送：整齊輸送連續(xù)化的竹纏繞單元進行后續(xù)的涂膠、纏繞、膠合成型、脫模和修整等工序的作業(yè)，根據(jù)具體纏繞需求確定纏繞層數(shù)，從而確定輸送的竹纏繞單元的數(shù)量。

2)涂膠：對輸送來的竹纏繞單元進行表面涂膠作業(yè)，膠黏劑的類型應(yīng)根據(jù)竹纏繞制品的用途進行選擇，如用于食品時應(yīng)選擇食品級膠黏劑，用于室外時可選用酚醛類樹脂膠黏劑等，涂膠時需保證膠液在竹纏繞單元表面分布均勻、適量。

3)纏繞、膠合成型：將輸送來的已完成涂膠的竹纏繞單元按照一定的纏繞線型規(guī)律，并施加合適的纏繞張力在模具上進行纏繞和膠合成型。纏繞時需保證組坯順序與層合板類似，膠層位于相鄰兩層竹纏繞單元之間，即竹纏繞單元層-膠層-竹纏繞單元層的組坯結(jié)構(gòu)，多層纏繞時的組坯結(jié)構(gòu)根據(jù)雙層纏繞類推，保證膠層始終位于相鄰兩層竹纏繞單元之間即可。竹材的異型貼面其實可以看作是單層層合式纏繞，此時被貼面對象為模具，膠層位于被貼面對象與貼面材料之間。固化成型時則需根據(jù)所選膠黏劑的固化條件以及層合式纏繞竹單元的厚度，設(shè)置合適的固化溫度和時間參數(shù)，其間需通過壓輥或張緊傳動皮帶等施加壓力，用于將竹纏繞單元固定并壓緊在模具上，最終使得竹纏繞單元在模具上纏繞并膠合成型。

如圖3竹吸管的膠合工藝就是利用了上述原理，通過在相鄰兩層刨切薄竹帶之間涂覆一層食品級耐高溫且快速固化的膠黏劑薄層，隨后以20 m/min 的速度輸送入300～400 ℃的熱風(fēng)中快速加熱2 s，并通過耐高溫傳動皮帶施加壓軸力，將組坯好的刨切薄竹層-膠層-刨切薄竹層這3層結(jié)構(gòu)固定并壓緊在芯模上，進而完成刨切薄竹帶的纏繞與膠合成型。

4)脫模：將輸送來的已固化成型的制品從模具上脫下。

5)修整：將脫模后的制品按照具體需求進行內(nèi)外表面砂光、裁切等修整加工，從而得到最終成型的竹纏繞制品。

圖3 層合式竹纏繞技術(shù)Fig.3 Laminated bamboo winding technology

4 竹纏繞主要產(chǎn)品

4.1 圓形輪廓竹纏繞產(chǎn)品

竹纏繞技術(shù)多用于生產(chǎn)圓形輪廓的竹制品，如管類竹纏繞產(chǎn)品，從管徑小到10～12 mm的竹纏繞吸管，到管徑大到150～3 000 mm的竹纏繞管道和2 000～8 000 mm的竹纏繞管廊(圖4)[3]。此外，竹纏繞技術(shù)也常用于生產(chǎn)一些具有圓形輪廓的家居生活用品、工藝品等，或?qū)λ鼈冞M行表面貼面裝飾，如薄竹晾衣竿、眼鏡盒、茶杯殼等(圖5)[44]。

圖4 管類竹纏繞產(chǎn)品Fig.4 Pipe-type bamboo winding products

圖5 其他圓形輪廓竹纏繞產(chǎn)品[44]Fig.5 Other bamboo winding products in round profile

4.1.1 竹纏繞復(fù)合管

竹纏繞復(fù)合管是指以竹材為增強材料、以樹脂為基體材料纏繞成型的生物質(zhì)管道，一般具有內(nèi)襯層、增強層和外防護層3層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)襯層要求防滲、光滑。根據(jù)管道用途的不同，內(nèi)襯層選用不同類型的樹脂與竹纖維無紡布、網(wǎng)格布或竹針織氈等復(fù)合(如防腐性能優(yōu)異的樹脂或符合食品安全的樹脂等)；增強層由環(huán)向和軸向竹篾簾按照一定的纏繞工藝交錯鋪層，并施以氨基樹脂，具有不同強度要求的管道需設(shè)計不同的鋪層結(jié)構(gòu)，進而滿足不同的使用要求；外防護層也需要根據(jù)具體使用場景，采用不同的樹脂和填料制成，使得管道外表面具有防水、防腐、防輻射或抗老化等性能[2]。該管充分利用了竹材軸向拉伸性能好的優(yōu)勢，實現(xiàn)了管道的無應(yīng)力缺陷分布，進而實現(xiàn)管道的承壓，如圖4所示。

通過評價竹纏繞復(fù)合管的20余項性能發(fā)現(xiàn)，在保溫性能方面，竹纏繞復(fù)合管的導(dǎo)熱系數(shù)是普通混凝土管的1/6，能保證埋于-20 ℃的凍土層下的管內(nèi)水不完全凍結(jié)，保溫性能較好。在力學(xué)性能方面，竹纏繞復(fù)合管抗拉強度較大，可承受1.6 MPa水壓；韌性好，能保證變形超過30%不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞；環(huán)剛度相對較小，抵制變形能力受限；加速老化50 a時可保留初始強度的74%，預(yù)測使用壽命可達(dá)50 a以上。在物理性能方面，竹纏繞復(fù)合管比重小，是鋼筋混凝土管的1/9；內(nèi)壁粗糙系數(shù)低，是混凝土管的0.6，與塑料管相當(dāng)。在固碳減排方面潛力巨大，每生產(chǎn)1 m竹纏繞復(fù)合管的碳排放量分別是鋼管的0.23、塑料管的0.30、玻璃纖維塑料砂漿管的0.45和水泥管的0.49，且每噸竹纏繞復(fù)合管可固碳505 kg[3,27,48-51]。

與傳統(tǒng)管道對比，竹纏繞復(fù)合管有以下性能優(yōu)勢：①主要性能指標(biāo)優(yōu)于或不低于大部分傳統(tǒng)管材，具有較高的綜合性價比；②結(jié)構(gòu)層樹脂對竹材進行了充分的浸潤、包裹，內(nèi)襯層可根據(jù)輸送飲用水、酸性、堿性等介質(zhì)不同選用相應(yīng)樹脂，管道整體耐腐蝕性較強；③竹材良好的彈性和韌性特征使得管道具有較好的抗地沉降和抗震能力；④保溫性能良好，在東北寒冷地區(qū)凍土層中間鋪設(shè)，可保持整個冬季不結(jié)冰；⑤比大部分管材質(zhì)量輕，運輸、安裝方便，具有較強的綜合造價優(yōu)勢；⑥通過分層結(jié)構(gòu)設(shè)計，使該產(chǎn)品能綜合運用芯片和遙感技術(shù)，實現(xiàn)實時監(jiān)控，確保管道安全運行。因此，竹纏繞復(fù)合管各項性能指標(biāo)均較為突出，在市政水利、鐵路行業(yè)、地下管廊等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[52]。

目前，已頒布的竹纏繞復(fù)合管相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有《竹纏繞復(fù)合管道工程技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 470—2017)、《竹纏繞復(fù)合管》(LY/T 2905—2017)、《竹纏繞復(fù)合管》(GB/T 37805—2019)和《竹纏繞管廊》(LY/T 3202—2020)。產(chǎn)品已先后應(yīng)用于江蘇、浙江、福建、河南、湖北、山東、重慶等20余個省市的市政管網(wǎng)、農(nóng)田水利、污水處理廠等項目，竹纏繞復(fù)合管累計工程鋪設(shè)已達(dá)300余公里，預(yù)計到2030年竹纏繞復(fù)合管的產(chǎn)量可達(dá)1 000萬t。

4.1.2 竹纏繞吸管

竹纏繞吸管是指以刨切薄竹為基材，采用食品級膠黏劑通過纏繞層積復(fù)合而成的竹質(zhì)吸管[28-29]。目前的竹纏繞吸管主要有外徑10和12 mm兩種規(guī)格，壁厚為0.6 mm(圖4)，沿管徑方向從內(nèi)到外形成了刨切薄竹層-無紡布膠層-刨切薄竹層的3層結(jié)構(gòu)。通過性能評價發(fā)現(xiàn)：在物理性能方面，最大徑向抗壓力和軸向抗彎力分別為177.09 和38.42 N，均是紙吸管的6倍多；在80 ℃熱水中浸泡10 min后無分層、開裂、脫色現(xiàn)象，耐熱水浸泡溫度≥80 ℃，明顯優(yōu)于紙吸管的60 ℃；易于戳入覆蓋塑料膜的飲品杯中，各項指標(biāo)均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/LZKJ 001—2021)?；瘜W(xué)性能方面，已通過德國LFGB和歐盟關(guān)于感官、五氯苯酚、四氯苯酚、三氯苯酚、殺蟲劑、甲醛遷移、色牢度等檢測。微生物指標(biāo)方面，已通過大腸菌群、霉菌、志賀氏菌、沙門氏菌、溶血性鏈球菌等檢測，符合GB 4789.15—2016的要求。綜合成本方面，初期成本為0.12元/支，還有進一步降低的空間。

目前，已制訂并備案公開竹纏繞吸管企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項：《一次性竹吸管》(Q/LZKJ 001—2021)。此外，2022年6月，《ISO/NP 16830:Bamboo drinking straws(竹飲用吸管)》國際標(biāo)準(zhǔn)正式立項。市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，客戶認(rèn)為該款吸管性能穩(wěn)定、體驗感好、外觀新穎、售價合理，是塑料吸管的良好替代品。

4.2 非圓形輪廓竹纏繞產(chǎn)品

除圓形輪廓竹纏繞產(chǎn)品以外，目前還利用竹纏繞技術(shù)開發(fā)出了非圓形輪廓的異型竹纏繞產(chǎn)品，如竹纏繞房屋、軍工用品、整體式公廁、高鐵車廂、家具和家居用品、戶外景觀設(shè)施等，如圖6所示。

圖6 非圓形輪廓竹纏繞產(chǎn)品Fig.6 Bamboo winding products in non-round profile

竹纏繞房屋是以其中的每間房間為單位，進行每間房間的整體纏繞成型、裝修和運輸，整體運到工地現(xiàn)場進行組合放置后即可入住，建造速度極快(200 m2的2層房屋組合時間僅為74 min)。因而竹纏繞整體組合式房屋可將建筑裝修垃圾降到最低，具有綠色環(huán)保污染少、建筑噪聲小等優(yōu)勢，此外，其抗震、抗風(fēng)性能優(yōu)異，還具有保溫、隔音、防火等優(yōu)勢，綜合成本低[3,53]。

竹纏繞軍工系列用品包括竹纏繞火箭殼體、彈藥包裝筒、導(dǎo)彈發(fā)射筒體、大型軍事掩體等。其結(jié)構(gòu)總體上徑向由內(nèi)到外可分為內(nèi)層、增強層和外層，根據(jù)用途的不同，每層的構(gòu)成和所用材料會有所不同[3]，具有輕質(zhì)高強、耐高溫、形變小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

竹纏繞高鐵車廂采用整體纏繞成型工藝，最大許用應(yīng)力可達(dá)190 MPa，平均隔音量為26.75 dB，優(yōu)于現(xiàn)有的鋁合金型材車廂，具有綠色環(huán)保、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、輕量等優(yōu)點，并具備竹材吸收緩沖撞力的本質(zhì)屬性[3]。

竹纏繞家具具有較大的靈活性，表現(xiàn)在質(zhì)量和制造工藝上。質(zhì)量上，竹材本身就是一種輕質(zhì)高強的材料，再結(jié)合纏繞工藝制成的竹纏繞家具相比其他木竹家具更加輕盈。結(jié)構(gòu)設(shè)計上，既可以采用整體纏繞成型工藝，也可以采用部件纏繞成型再組合拼裝成整體的制造工藝；造型設(shè)計上，既可以將竹材作為一種裝飾材料，利用編織、纏繞相結(jié)合的方式，將纖薄的竹條編織纏繞于內(nèi)襯層上，也可以將竹材作為一種可承重的增強材料纏繞成型，無需額外的架構(gòu)支撐[54]。

此外，一些家居用品、戶外景觀設(shè)施等的設(shè)計也無不體現(xiàn)著竹纏繞技術(shù)的身影，通過竹材的彎曲纏繞，呈現(xiàn)出和諧自然的美感，表達(dá)出原材料純粹的工藝美，簡單中不失講究。

5 結(jié) 語

竹纏繞技術(shù)是我國獨立研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)且可產(chǎn)業(yè)化的一項新技術(shù)，可用于制備竹纏繞復(fù)合材料或纏繞式竹材制品。竹纏繞技術(shù)以循環(huán)可再生的竹材為原材料，充分利用竹材的軸向拉伸性、彎曲柔韌性及其內(nèi)部相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，通過纏繞成型工藝制造竹產(chǎn)品，加工工序簡單，自動化程度高，顛覆了木工產(chǎn)品制造工藝，在環(huán)保、性能、成本等方面均具有顯著優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用。隨著竹纏繞技術(shù)熟化，使得其在多個領(lǐng)域用竹產(chǎn)品替代鋼材、水泥、塑料、玻璃成為可能，且對于實現(xiàn)竹資源高效循環(huán)利用，盤活閑置竹資源，增加就業(yè)機會，實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

目前，竹纏繞技術(shù)總體處于初始發(fā)展階段，進程較為緩慢。在纏繞原料標(biāo)準(zhǔn)化、材性研究、竹材種類選擇、膠種選擇、工藝設(shè)計和纏繞技術(shù)等方面需要進行深入的機理性探究，以期獲得更加全面且豐富的竹纏繞技術(shù)體系。在產(chǎn)品適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計與制造方面，產(chǎn)品的設(shè)計與制造應(yīng)將竹材自身結(jié)構(gòu)的特殊性與目標(biāo)產(chǎn)品的實際應(yīng)用相結(jié)合，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)不同使用環(huán)境下的產(chǎn)品適應(yīng)性設(shè)計與制造。在產(chǎn)品機械化程度方面，竹纏繞技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大，進一步開發(fā)竹纏繞產(chǎn)品類型、拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域的前提是提高機械化水平，從而提升竹纏繞技術(shù)經(jīng)濟效應(yīng)和競爭能力。