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文|华启生
前 言
我国又原创一项新技术,竹子这种材料也能运用到工业上了!
竹子长期以来被视为一种脆弱易损的材料,而科学家们利用创新的竹缠绕技术,将曾经纤细的竹篾转化为工业强材,甚至是大货车从上面压过去都不会断掉,这究竟是怎么一回事?
竹缠绕复合材料的诞生
究竟是什么样的技术,能够将看似脆弱的竹子转化为如此坚韧的材料?答案便是竹缠绕复合材料技术,这项技术并非凭空想象,而是基于对竹材自身特性和现代材料科学的深刻理解。
简单来说竹缠绕复合材料是以竹材为基础,辅以特殊的树脂胶黏剂,通过精密的缠绕工艺制成的复合材料。
工人们将精心挑选的五年以上成熟竹材,经过一系列的机械加工,将其剖成薄片,再拉成细丝,最后编织成柔韧的竹篾带,这些竹篾带就像是大自然的纺线,承载着科技的希望,随后这些竹篾带被浸泡在特制的水溶性树脂胶黏剂中,使其充分吸收粘合剂,为后续的缠绕成型做好准备。
接下来便是这项技术的核心环节——缠绕成型,在高度自动化的生产线上,浸泡过胶黏剂的竹篾带被一层层地精密缠绕在预先设计的模具上。
缠绕的层数和角度都经过精确计算,以确保最终制成的复合材料具有最佳的力学性能,随着缠绕层数的增加,原本柔软的竹篾带逐渐变得坚硬,最终形成预定的形状。
缠绕完成后还需要进行一系列的固化处理,在特定的温度和压力下,树脂胶黏剂发生化学反应,将竹篾带牢固地粘合在一起,形成一个整体,经过修整和脱模等工序后,一件集轻量化、高强度、耐腐蚀等诸多优点于一身的竹缠绕复合材料便诞生了。
剖开一根竹缠绕复合压力管,我们可以清晰地看到其内部结构,它就像一个精心设计的堡垒,由三层不同的材料构成,共同抵御外部的侵蚀和压力。
最外层是防护层,主要由树脂材料构成,如同盔甲般保护着内部结构免受外界环境的侵蚀,中间层是增强层,由竹篾和氨基树脂共同组成,如同骨骼般支撑着整个管道的结构,赋予其强大的抗压能力,最内层是内衬层,由树脂和竹纤维无纺布等材料构成,如同血管般保证了管道内部的畅通,并进一步提升了其耐腐蚀性能。
优异性能
竹缠绕复合材料的优异性能并非偶然,而是源于竹材本身独特的微观结构和精密的工艺设计,从微观层面来看,竹材内部的维管束和薄壁细胞就像是大自然的杰作,赋予了竹材优异的力学性能。
维管束如同钢筋般,为竹材提供了强大的抗拉和抗压能力;薄壁细胞则如同水泥般,将维管束连接在一起,并传递荷载,这种天然的复合结构使得竹材在轻量化的同时,也具备了惊人的强度。
此外竹材作为一种生物质材料,具有天然的惰性,不易与氧气、酸碱等物质发生反应,这意味着竹缠绕复合材料具有优异的耐腐蚀性能,可以长时间抵御各种恶劣环境的侵蚀,延长使用寿命,降低维护成本。
除了高强度和耐腐蚀性外,竹缠绕复合材料还具有很高的弹性,与传统的金属或塑料管道相比,竹缠绕复合管道即使在受到较大压缩变形后,也能迅速恢复原状,继续正常工作,这种优异的弹性使其能够适应各种复杂的地质条件和环境变化。
优势与可持续发展
竹缠绕技术之所以备受瞩目,不仅在于其优异的性能,更在于其巨大的可持续发展潜力,竹子作为一种速生植物,生长周期短,繁殖能力强,是一种可再生资源。
我国拥有丰富的竹林资源,每年可砍伐的竹子数量巨大,为竹缠绕复合材料的生产提供了充足的原料保障。
与钢铁、塑料等传统材料相比,竹缠绕复合材料的制造成本更低,这主要得益于竹材本身的低廉价格和高效的生产工艺。
据估算使用竹缠绕复合材料建造管廊的成本仅为钢筋混凝土材料的70%,建造房屋的成本最高也只到钢筋混凝土房屋的90%,这无疑为推广应用竹缠绕复合材料提供了强大的经济动力。
更重要的是竹缠绕技术符合绿色环保的理念,以竹代塑可以减少对石油等不可再生资源的依赖,降低碳排放,助力实现“双碳”目标。
研究表明如果能够充分利用我国目前闲置的竹材资源,每年可减少高达4.5亿吨的碳排放,这对于改善全球气候环境具有重要意义。
此外竹缠绕技术的推广应用还能够创造大量的就业机会,特别是在农村地区,竹材的种植、加工和生产都需要大量的人力投入,这为农村剩余劳动力提供了就业岗位,增加了农民收入,促进了乡村振兴。
据估计竹缠绕复合材料产业可以解决约1000万人的就业难题,并为农村地区带来3000多亿元的收入。
结语
竹缠绕技术的成功是中国人民智慧和勤劳的结晶,也是中国科技创新实力的体现,这项技术将古老的竹材转化为现代工业强材,为人类的可持续发展提供了一种全新的解决方案。
它不仅是一项科技突破更是一种理念的革新,一种对自然的尊重,一种对未来的责任。
中国将继续推动竹缠绕技术的进步和应用,为构建绿色未来贡献中国智慧和力量,我们相信在不久的将来,竹缠绕复合材料将走进千家万户,成为我们生活中不可或缺的一部分,为人类创造更加美好的生活。
信源1.2024年3月6日,绿色中国: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
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