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实用技术|高性能竹基纤维复合材料制造技术

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一、概述

“高性能竹基纤维复合材料制造技术”由中国林科院木材工业研究所在科技部“十五”科技攻关项目(项目编号:2004BA506B0305)“竹木复合环保型人造板制造技术研究”、科技部“十五”高新技术863项目(项目编号:2002AA245111)“竹木复合新型结构材料制造技术”、科技部“十一五”科技支撑项目(项目编号:2006BAD19B0504)“小径竹重组结构材料与装饰材料制造技术”等多项课题支持下历时6年研究完成。

“高性能多用途竹基纤维复合材料制造技术”是以我国南方地区大量生长的竹子资源为原材料,通过采用竹材纤维可控分离技术、原竹单板化展平技术、竹基纤维复合材料制造单元的优化技术、竹材广谱胶合技术、竹材增强单元导入技术等多项技术集成,实现竹基纤维复合材料的高性能和可调控,最终制造成高性能多用途竹基纤维复合材料。该项技术是我国在竹材加工应用领域又一重大突破,属于竹材工业化利用的第五代技术。关键技术主要包括:

1、竹材纤维原态可控分离技术:即通过专用设备,将竹材纤维进行原位可控分离,以利于新的复合体的导入,从而提高竹材的物理力学性能。

2、竹材单板化技术:将空心的圆筒竹材经过纤维原态可控分离技术进行处理后,变成可以任意组坯的纤维化竹材单板,从而使的竹基纤维重组复合材料任意性能设计成为可能。

3、竹青竹黄广谱胶合技术:通过微创点裂、差速异步等关键技术的实施,使得在不去竹青竹黄的条件下,形成优良界面胶合,从而大幅度提高了竹材利用率。

4、竹材纤维均匀施胶技术:采用二次纤维差异化浸胶技术,使得竹基重组纤维材料的浸渍胶粘剂的均匀性得以保证。

5、竹基纤维复合材料热压工艺技术、竹基复合材料芯层温度传导与热压压力同步技术:降低原先工艺中板材应力过大,板材易变形的技术难题;解决和提高了原重组竹表面不平整的技术难题。

二、主要技术指标

竹材的利用率从现有的20%~50%左右提高到90%以上,在加工过程中不用清除竹青竹黄,劳动生产率提高2倍以上。产品的力学性能指标如抗弯强度可以达到300MPa以上,抗拉强度达到270GPa以上,抗压强度达到140MPa以上,弹性模量达到27GPa以上。

产品特点与优势:

高强度竹基纤维复合材料具有广谱可设计性,既可以用于高强度的风电叶片材料、船舶甲板、集装箱底板以及建筑撑木等工程材料的制造,同时也可以用于装饰装潢材料、高端家具材料等;既可以用于室内材料的制造,也可以用于高耐候性室外材料,具有广阔的应用前景。

三、市场前景分析

采用本项技术既可以开发市场现有的大规模工业化生产的产品,如竹材水泥模板、重组竹材等,也可以开发高性能产品,如风电桨叶、火车以及船用材料等。

1、集装箱底板:我国目前已经成为世界上最大的集装箱生产国,仅中集集团一家企业的市场份额就占有世界70%以上的市场份额。集装箱制造过程中需要大量的木质集装箱底板,仅中集集团一家集装箱底板高峰时的需求量就达到20亿元以上,并且每年还有大量破损的集装箱底板需要修补更新。目前我国主要集装箱底板的生产原料为进口木材或者大径级松木,随着森林资源的日益减少以及环境保护的压力,采用木质集装箱底板所受压力越来越大。很多公司开始寻求替代材料,我国在90年代就已经尝试用竹材生产集装箱底板,并且有小批量应用,但是以现有技术生产产品质量不稳定、成本高,因此一致未大规模推广。因此如采用本项技术生产高性能集装箱底板将有广阔的市场前景。

2、竹材水泥模板:竹材水泥模板是目前市场上销量最大的竹材产品之一,目前年产量可以达到270万立方米,形成产值近100亿元。采用本项技术仅竹材原材料一项,就可以降低成本300~500元/立方米,可以降低现有成本10%~15%以上,因此具有极强的市场竞争力。采用本技术除了原材料处理工艺以外,原有竹材水泥模板设备仍然可以使用。

3、室内外重组竹地板材料:重组竹是目前市场上最新、也是发展最快的竹产品之一。目前我国竹地板的最高年产量已经达到2000万平方米,形成年产值30亿元,并且重组竹产品在国外有着良好的市场前景。采用本项技术即可以采用传统的冷成型热固化工艺,也可以采用大幅面板材生产技术,可以大幅度提高生产效率,延长设备的使用寿命。目前重组竹的坯料售价为5000元/立方米,采用本项技术仅原材料一项既可以降低成本500元/立方米。

4、建筑工程用撑木:目前我国工程用撑木产品主要从美国进口LVL,6000元/立方米。如果采用本项技术生产成本仅为3500元/立方米。建设年产1万立方米的竹材工程木需要投资2000万元,年利税可以达到1500万元,2年内可以收回投资。

5、风电桨叶用材料以及船舶用材料:目前我国风电用材料主要采用玻璃钢复合纤维材料,而国外早已采用木质材料。目前国内公司已经在100套风电叶片中采用竹材材料,但是价格偏贵,30000元/立方米。采用本项技术可以降低成本50%,15000元/立方米。因此具有极强的市场竞争力。

6、其它如在铁路轨枕、矿山坑木以及建筑踏板材料领域,在国内外均有较大的市场潜力。

四、设备投资估算

以年产2万立方米集装箱底板项目;年产4万立方米高档水泥模板项目;年产4万立方米高档重组竹材项目的竹产业工程研发中心为例,设备1500万元(按照3台热压机计算);厂房8000平方米,办公楼1000平方米;研发中心1000平方米。产值5亿元左右。

五、经济效益分析

1、竹材成本:按照1吨竹材600元计算,生产1立方米集装箱底板需要2吨竹材,计1200元

2、 胶粘剂成本:每立方米产品需要240公斤胶粘剂,大约合计1200元

3、人工以及水电气和管理费用,根据目前相关产品计算大约为每立方米500元

4、其他不可预见费用150元

产品成本合计3050元/立方米,目前同类产品出厂价格5700~6000/立方米。

六、合作方式 技术转让(专利实施许可),配套技术指导和服务。