在当今追求可持续发展的时代背景下，材料领域也在不断探索创新之路。其中，竹塑复合材料的出现，犹如一场别开生面的浪漫邂逅，为绿色革命带来了新的契机。
北京林业大学材料学院张双保教授团队以竹产业加工剩余物竹纤维和生物聚合物聚丁二酸己二酸丁二醇酯（PBSA）为原料，将金属Fe3+和大分子单宁酸（TA）作为改性剂，通过Fe3+配位驱动TA在竹纤维和PBSA之间构筑了一种新颖的有机-无机配位驱动交联界面体系，成功制备了一类具有高性能的可降解竹塑复合材料，为天然纤维增强生物基聚合物复合材料绿色化学界面的开发提供了新的思路。
本研究为解决弱界面层对竹塑复合材料的影响，基于可持续的绿色原料，通过Fe3+配位驱动TA在竹纤维和PBSA之间构筑了一种新颖的有机-无机配位驱动交联界面体系。该界面体系以配位键和氢键构建了高度交联网络，一端以氢键为主将竹纤维素分子链紧紧连接，另一端通过双重键（氢键和化学键）为主将聚合物分子链紧紧连接，从而提升了复合材料的整体性。研究结果表明，在该体系作用下，复合材料表现出优良力学性能（拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提升了21.65%,19.41%和52.24%，与纯PBSA相比，拉伸模量提升超过了400%）、热稳定性能（初始降热解温度和最大热降解分别提升了13℃和12℃）、结晶性能（提升了52.35%）和耐水性能。
随着全球经济的快速发展，资源短缺和环境污染问题日益严峻。传统的木材资源日益紧张，而废弃不可降解塑料的堆积对生态环境造成了极大的影响。在这样的形势下，寻找可持续的替代材料成为当务之急。
竹子作为一种丰富的自然资源，具有生长总量大、长径比大、比强度高、表面积大、密度低、价廉、可再生以及可生物降解等众多优点。而可生物降解塑料在特定条件下能由自然界的微生物降解为无害物质，减少对环境的负担。将竹子与可降解塑料复合制备可降解生物复合材料，成为了开发和利用自然资源的有效途径之一。
一、竹塑复合材料的性能特点
目前，竹纤维与可降解塑料制备绿色复合材料的研究相对较少。天然竹纤维的添加量是影响复合材料性能的主要因素之一，但学术界对此尚存争议。一些研究表明，一定范围内随着竹纤维质量分数的增加，复合材料的力学性能提高；而另一些研究则发现，随着纤维含量增加，复合材料的拉伸强度下降。这一现象的产生与可降解塑料本身性能、纤维与塑料的界面相容性以及复合材料的成型方式等多种因素有关。
可生物降解塑料种类繁多，如聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基丁酸酯（PHB）、聚已内酰胺（PCL）等。这些塑料具有优良的可塑性和易加工成型等特点，但也存在脆性大、生产成本昂贵等不足之处。例如，PLA脆性较大，需加入增塑剂进行改性处理。开发价格低廉、可协调可加工性、降解性与机械性能之间关系的可生物降解塑料，是当前的重要任务。
界面性能的改善
（1）利用碱液对竹纤维进行处理
碱处理竹纤维的原理主要表现在两个方面：一是使植物纤维中的部分果胶、木素和半纤维等杂质被溶解，纤维表面变得粗糙，增强与塑料界面之间的机械粘合力；二是使纤维更加细化，增加与塑料基体的有效接触表面。研究发现，碱处理后纤维与树脂的界面得到改善，复合材料的力学性能提高。
（2）偶联剂改性处理
偶联剂一般是一端含有极性基团，另一端含有非极性基团的化合物，能在竹纤维与塑料两相之间起到桥梁作用，将两相连结在一起。目前所采用的偶联剂主要有马来酸化系列和脂肪族等，其用量对复合材料的力学性能影响明显。
（3）塑料的改性
将生物可降解塑料进行改性后作为绿色复合材料制备的基材，是改善天然竹纤维与生物塑料界面性能的重要途径。主要原理是通过对可降解塑料的改性，在塑料大分子链上接枝极性或反应性支链，提高竹纤维与可降解塑料界面相容性。
成型工艺的选择
（1）挤出成型
挤出成型加工周期短、效率高、成型工艺简单，在工业化生产中应用广泛。但在挤出成型过程中，温度、压力、螺杆转速的调控相当重要。过高的温度会使植物纤维降解、焦化，导致产品力学性能降低。一般竹纤维在200℃以上时便开始出现降解、焦化，所以设定温度一般高于塑料基体熔融温度，而低于200℃。
（2）注射成型
注射成型的优点是生产速度快、效率高、易实现自动化生产、产品尺寸稳定性高，且能够成型形状复杂的制品。但注射成型时作为增强材料的竹纤维比例不能太大，且原料的充分干燥非常重要。
（3）层压成型
层压成型工艺适合于竹纤维含量比较高的复合材料生产，其技术特点是加压方向与制品的板面方向垂直。层压工艺主要生产各种规格、不同用途的复合材料板材，机械化、自动化程度高，产品力学性能较其它成型方式好，但设备一次性投资大。
二、竹纤维的特性与竹纤维增强聚合物基复合材料
竹纤维的特性
（1）结构与分类
竹纤维分为竹原纤维和竹浆粘胶纤维。竹原纤维能瞬间吸收和蒸发水分，被喻为“会呼吸的纤维”；竹浆粘胶纤维伸长率更大、韧性和刚性更佳，吸湿和散湿性能良好，手感舒适且抗菌性能优良。
（2）结构形态与化学成分对力学性能的影响
竹纤维的结构形态包括初生细胞壁和3层次生细胞壁，初生细胞壁主要成分为果胶，次生细胞壁主要由纤维素构成，是纤维的主要承力结构。其化学成分中纤维素、半纤维素以及木质素的含量占90%以上。竹纤维长径比和比表面积较大，强度高于一般木纤维，可替代玻璃纤维和聚合物纤维，适用于建筑等多个领域以减少碳排放。
BFRP的特性与研究热点
（1）BFRP的构成与优势
BFRP是由竹纤维与热固性或热塑性树脂基体通过成型工艺制备而成的环保型复合材料。竹纤维作为增强材料能有效提高聚合物复合材料的拉伸强度和冲击强度。但竹纤维表面粗糙、极性强，导致复合材料界面结合力弱。
（2）研究热点
竹纤维形态及含量对材料性能的影响显著。竹纤维增强复合材料的强度随纤维含量增加先升后降，最佳体积分数约为40%。改性处理对界面性能的改善研究主要集中于对竹纤维的改性处理，能显著提高BFRP的性能及其开发与利用价值。
三、BFRP的应用领域与未来研究方向
BFRP的应用领域
（1）汽车领域
当前汽车工业朝着轻量、节能、环保方向发展，竹纤维增强复合材料因其轻质高强、能耗低、耐腐蚀及良好的可设计性等优点，成为汽车实现轻量化的优选材料。国内外已开发多种车用竹纤维增强复合材料，如日本三菱汽车2008年通过热压成型技术将竹纤维与树脂混合制备汽车零件，引入汽车内饰材料应用领域；日本发条公司2014年利用竹纤维/聚丙烯复合材料制作汽车后座背板，质量减轻10%；德国奔驰公司将BFRP应用于汽车制造，使汽车质量减轻约10%，产品有车门内板、顶棚、行李箱、座椅背板及卡车和客车的内衬板等。在国内，国际竹藤中心研发了汽车内衬用竹纤维复合材料多部件一体化制备技术并已试生产，竹纤维汽车内衬件密度降低、质量减轻，燃油消耗减少，挥发性化合物和半挥发性化合物含量符合国际标准。浙江农林大学与多家科研机构和公司合作开发了车用竹纤维非织造材料，用作隔热/音和阻尼材料效果更好，可用于生产汽车内饰材料。
（2）航空材料领域
法国BAMCO公司正开发用竹纤维取代玻璃纤维的新型航空复合材料，用于替换飞机机舱和驾驶舱内的标准件和叶片元件，使质量更轻、燃料消耗更低，满足耐热性和机械性能要求，减少飞机对环境的影响。BFRP还可用于生产飞机的客舱家具、盖板和机身覆层板等。
（3）风力发电领域
（4）建筑及其他领域
竹纤维/聚丙烯复合材料作为结构保温板（SIPs）芯材应用前景广阔；日本同志社大学的藤井透教授开发的可降解新型塑料改善了竹纤维防潮性能，可用于生产浴室材料；一家日本公司计划将BFRP作为生产无纺布的材料。在国内，国际竹藤中心开发了连续竹纤维成套加工设备，还开发出竹纤维复合材料建筑墙板及装饰板并成功示范，在文化办公用品领域研制了系列文具产品，湖南中南神箭实业集团有限公司制成高强度竹胶托板用于运输行业，竹纤维复合材料还应用于体育器材中。
案例一：公园长椅的绿色升级
在某城市的公园建设中，采用了竹塑复合材料制作长椅。这种长椅不仅外观自然美观，与公园的环境相得益彰，而且具有良好的耐久性和舒适度。与传统的木质长椅相比，竹塑复合材料长椅更加耐候、防潮，不易腐烂，减少了维护成本。同时，由于使用了可降解塑料，在使用寿命结束后，也能更好地回归自然，降低对环境的影响。
案例二：户外地板的新选择
一些户外景观项目中，开始使用竹塑复合材料制作户外地板。这种地板具有防滑、耐磨、耐腐蚀的特点，能够适应各种复杂的户外环境。而且，竹塑复合材料的颜色和纹理可以根据需求进行定制，为户外景观增添了独特的魅力。与传统的木质地板和塑料地板相比，竹塑复合材料地板更加环保，减少了对木材资源的依赖，同时也避免了不可降解塑料对环境的污染。
总之，竹塑复合材料作为一种新型的绿色材料，在资源与环境的双重挑战下应运而生。通过不断地研究和改进，竹塑复合材料必将在更多领域发挥重要作用，为可持续发展做出更大的贡献。