竹子中心“以竹代塑”材料与技术研究取得新进展 ——通过环境友好的水加工路径制备高强度 可塑可降解全竹纤维复合材料

图：通过水相混合制备全竹纤维复合材料

近日，竹子中心以竹代塑创新团队联合浙江省林业科学研究院、中国石油大学、福建农林大学等单位，在“以竹代塑”新技术与新材料研究取得重要进展。研究成果以“Moldable and Degradation-Enabled All-Bamboo Fiber Composites with High Mechanical Strength through an Eco-Friendly Aqueous Processing Route”为题，在材料科学领域一区TOP期刊《Composites Part B-Engineering》（IF=14.2）上发表。

轻质、高强度且具有可塑性的纤维复合材料，如碳纤维增强聚合物（CFRPs），在平衡性能与可持续性方面面临挑战，主要原因是其不可生物降解的特性以及高昂的制造成本。虽然将天然植物纤维作为增强材料可以部分降低环境影响，但这仍不足以解决关键问题，包括基体的不可生物降解性、较差的界面相容性以及不理想的机械性能。研究团队采用水相混合与水热模塑工艺，以天然竹纤维为增强相、以活化所得的竹纤维为连续基体相，成功构建了一种可模塑、全组分源自竹材、兼具高强度与完全生物降解性的新型复合材料——全竹纤维复合材料（all-bamboo fiber composites, ABFCs）。ABFCs展现出优异且均衡的力学性能：110.60 MPa的拉伸强度、157.95 MPa的弯曲强度、15.11 GPa的弯曲模量、12.34 kJ/m²的冲击强度和95 HD的邵氏硬度。其力学性能显著优于传统竹塑复合材料（BPCs），拉伸与弯曲强度是其两倍以上，这主要归因于AF基体与竹纤维增强相之间形成的丰富氢键与界面共价交联网络，从而实现了高效应力传递与均匀载荷分散。此外，ABFCs还表现出出色的耐溶剂性，在45天的浸泡后仍能保持形状稳定。同时，ABFCs在土壤中120天内可生物降解，在1%的氢氧化钠溶液中12小时内可快速化学降解。更值得注意的是，废弃ABFCs经机械粉碎后，可在不添加外源粘结剂的前提下，通过水热热压工艺实现多次循环再成型。此项工作不仅提升了竹资源的综合利用价值，也为解决塑料污染问题提供了一种可持续的材料方案。

竹子中心2023级联合培养硕士研究生张文君为论文第一作者，竹子中心郭登康助理研究员、李景鹏副研究员和浙江省林业科学研究院任文庭助理研究员、中国石油大学吕静老师为论文的通讯作者，并得到了中国林科院储富祥研究员、福建农林大学余雁教授以及浙江省林业科学研究院张建研究员的宝贵指导。该工作得到了中国林科院启航项目，国家自然科学基金青年科学基金项目(C类)，浙江省自然科学基金青年项目以及竹子中心英才项目的资助。

本工作是研究团队在全竹基可塑可降解代塑新材料体系持续攻关中的最新进展，系前期系列研究的深化与拓展，相关代表性成果如下：1.通过细胞壁结构定向调控制备全竹热固性塑料（ACS nano, 2024, 18(35): 24414-24425）；2.通过相工程和水诱导竹子塑化实现可持续、高性能、水可回收透明板材（Advanced Functional Materials, 2025, e15830）；3.通过竹材表层原位塑化构建超硬、防水与抗污一体化防护结构（Advanced Composites and Hybrid Materials, 2025, 8:345）。