竹子是一种可持续发展的生态资源，具有生长周期短、环境友好、比强度大、韧性好等特性(江泽慧，2002； Chen et al., 2014)，特别是其抗拉强度约为人工林木材的2倍，比强度为钢材的3～4倍。此外，竹材还具有良好的加工性能。竹子壁薄中空，横向连接组织少，易于被帚化成竹束纤维或被剖分成很薄的竹篾。这些竹质单元材料，拥有良好的弹性、柔韧性及弯曲延展性，便于加工成编织、缠绕等结构的材料和制品。

近年来，竹材广泛应用于建筑工程领域，如竹桥、圆竹预置房屋等圆竹结构建筑(张文福等，2011)，竹重组材、竹席胶合板等竹材人造板(张星光等，2002； 程亮等，2009)以及其他新型竹质复合材料。对于竹材的加工利用和科学研究，在我国主要集中于平面层压制得的竹质人造板及挤出成型制得的竹塑复合材料等，通过编织、缠绕及曲面层压等方式制得的异型工程构件的研究还很缺乏。充分利用我国竹子的资源优势和材性特点，基于薄竹材缠绕技术与加工工艺的应用优势(宋莎莎等，2014)，结合其他产业的先进加工技术，开发环保型竹质复合缠绕压力管产品可用于水利输送、油气输送、农田灌溉等领域，具有巨大的市场潜力和节能环保优势。

竹缠绕复合压力管是指在控制缠绕张力和环、纵向缠绕组合参数的条件下，以浸有热固性树脂胶的竹篾和竹束纤维为原料，通过缠绕成型工艺缠到芯模或模具上，具有一定承载压力的管道成型制品，即竹质纤维缠绕增强热固性树脂复合压力管。

随着国民经济的发展及城镇化建设的需求，在城市、村镇、工矿企业及农田水利等建设中都要铺设不同直径的压力管道(王登勇，2011)。目前，我国压力管材主要有2类： 一类是金属管材，如钢管、铸铁管、球墨铸铁管等； 另一类是非金属管材，如混凝土压力管、塑料管、玻璃纤维增强塑料夹砂管和纤维缠绕增强热固性树脂压力管等(Smout，1999； Boot et al., 2007； 张树凯，2009)。随着石油产品的日趋枯竭和环保要求的日益提高，各地建设主管部门相继通过政策推广使用绿色低碳的给排水管材，以逐步取代传统的钢管、铸铁管和钢筋混凝土管(王继红，2008)。

竹缠绕复合压力管具有低碳、环保、节能、资源可再生等优势，符合“资源节约型”、“环境友好型”的国家政策要求； 同时，竹缠绕复合压力管价格便宜、比强度高、比刚度大、绝缘、水流性能佳、安装方便，可广泛应用于水务工程、农田灌溉、石油开采和化学化工等领域。

与碳纤维增强管道、玻璃钢管道及木单板层积缠绕管道的制备单元(Hata et al., 2001； Varas et al., 2011； Berard et al., 2011a； 2011b； Gunasegaran et al., 2013)不同，竹缠绕复合压力管的增强材料是竹材经过分丝帚化或径向破篾后，通过胶合或接长制备的可供缠绕的、连续均匀的竹篾带或竹束纤维卷； 管体增强层主要采用改性脲醛树脂，内衬层采用防腐性能优异或符合食品安全的树脂，外防护层由防水防腐性能优异的树脂和防辐射填料制成。

竹缠绕复合压力管制备所采用的竹篾和竹束纤维湿法缠绕成型工艺如图 1所示。在控制缠绕张力和预定线型的条件下，将竹质纤维带和内衬网格带均匀而连续地通过树脂胶液并缠绕在一定内腔尺寸的芯模或内衬上，然后加热固化，脱模加外防护层形成管状制品。纤维缠绕的基本线型可归结为环向缠绕、纵向平面缠绕和螺旋缠绕3种(王增加等，2004)。出于对制品的形状结构、载荷特性、强度要求、使用环境等因素的考虑，竹缠绕复合压力管采用环、纵向平面缠绕的组合形式，管口径DN200-DN1 600，长度2 ～12 m。

	图1 纤维缠绕成型示意 Fig.1 Schematic diagram of filament winding molding process

制备竹缠绕复合压力管采用“外加热”固化工艺，浸有树脂的竹纤维材料被均匀地缠绕至芯模形成管道雏形之后，置入固化炉中进行固化，然后进行脱模。加热时，炉体加热板的热量通过辐射、传导和对流等方式传递给管体，传热方向由外部空间指向管道的中心轴线(许家忠等，2007)。

竹缠绕复合压力管沿管径方向，由内到外设计为内衬层、增强层和外防护层(图 2、图 3)。与介质直接接触的内衬层采用竹纤维毡及热固性树脂制成，其功能是防止内部基体开裂、介质外渗等现象发生。增强层是主要的承重承压部分，由连续化竹质纤维材料通过环向和纵向平面缠绕组合而成。管体外包覆一层防腐树脂作为外防护层，赋予管材良好的长期耐久及耐候特性。

	图2 竹缠绕复合压力管结构示意 Fig.2 Structure distribution of bamboo fiber-reinforced filament-wound pressure pipe(BFP)

	图3 竹缠绕复合压力管实物 Fig.3 Product pictures of bamboo fiber-reinforced filament-wound pressure pipe(BFP)

竹缠绕复合压力管的主要性能指标参数如表 1所示。与其他同口径管道综合性能的对比表明，竹缠绕复合压力管表现出轻质高强、绝缘、水阻小、安装方便、运输费用低等优势，具体如表 2所示。

表1 竹缠绕复合压力管主要性能指标参数 Tab.1 Main performance parameters of BFP

表 1竹缠绕复合压力管主要性能指标参数 Tab.1Main performance parameters of BFP 性能指标 Performance parameter 密度 Density/(g·cm-3) 轴向拉伸强度 Axial tensile strength/MPa 弯曲弹性模量 Bending elasticity modulus/GPa 初始环刚度 Initial ring stiffness/(N·m-2) 内表面粗糙度 Internal surface roughness 使用压力 Working pressure/ MPa 使用温度 Operating temperature/℃ 数值 Value 1.15～1.35 18～24 9 ≥ 10 000 ≤ 0.008 2 ≤ 1.6 ≤ 80

表2 竹缠绕复合压力管与其他同口径管道综合性能比较 Tab.2 Comparison of comprehensive performance between BFP and other kinds of pipes

表 2竹缠绕复合压力管与其他同口径管道综合性能比较 Tab.2 Comparison of comprehensive performance between BFP and other kinds of pipes 材质 Material 钢管 Steel tube 球墨铸铁管 Nodular cast iron pipe 钢带水泥管 Steel-cement pipe PE/PVC管 PE/PVC tube 夹砂玻璃钢管 RPMP 竹缠绕复合压力管BFP 密度Density/(g·cm-3) 7.85 7.2 3.0 0.95～1.4 1.65～2.0 1.15～1.35 长度 Length/m 4～6 4～6 5 12 12 12 摩擦阻力系数 Frictional resistance coefficient 0.024 0.021 0.024 0.012 0.011 0.011 环刚度 Ring stiffness 高 High 高 High 高 High 低Low 低Low 较高 Less high 抗内压 Resistance to internal pressure 高 High 高 High 较低 Less low 低 Low 高 High 较高 Less high 结垢性 Scale formation 易结垢 Ease 易结垢 Ease 易结垢 Ease 不易结垢 Not ease 不易结垢 Not ease 不易结垢 Not ease 保温性Heat retaining property 差 Poor 差 Poor 一般Common 优Excellent 优Excellent 优Excellent 对水质的影响 Impact on water quality 有Yes 较小Less 有Yes 没有No 长期使用有 Lag term use has 没有No 防渗性Impermeability 一般Common 一般Common 差Poor 好Good 好Good 好Good 耐磨性Abrasive resistance 一般Common 一般Common 差Poor 好Good 好Good 好Good 运行维护Operating maintenance 需阴极保护 Need cathodic protection 需阴极保护 Need cathodic protection 无No 无No 无No 无No

由表 2可知，竹缠绕复合压力管质量轻，方便运输，与PE/PVC管、夹砂玻璃钢管的密度接近，因而运输费用低； 长度可达12 m，铺设管道时接头数量少，施工效率高； 韧性好，方便安装施工，管体具有一定的抗震和抗变形能力，在安装施工过程中不需要特别的垫土层； 可设计性强，应用领域广，管道具有较高的环刚度与抗内压能力，可根据实际使用环境、载荷特性、强度要求等进行管体结构和尺寸的具体设计。同时，竹缠绕复合压力管的保温性能好，内表面摩擦阻力系数小，节约能源，且管内壁不易结垢、腐蚀。

随着城镇化建设进程不断加快、农村饮用水系统扩建和政府基建支出不断增加，我国管道需求量逐年增加(刘洋等，2011； 杨小龙，2013)。作为传统管道，生产水泥管、钢管、玻璃钢管、塑料管等使用的原材料均为不可再生资源，且生产加工过程存在高能耗、高污染问题。基于我国竹子资源丰富、竹材纵向拉伸性能优、柔韧性好等特点，受成熟的纤维缠绕成型制造技术(Wilson 1997； 何亚飞等，2011； 王瑛琪等，2011)启发，浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司与国际竹藤中心共同研发了新型生物基复合缠绕压力管道——竹缠绕复合压力管，旨在发挥我国竹材资源优势与其材性特点，突破传统平板压制工艺，以轻质、高强、环保的压力管道替代部分传统压力管道，为提高天然可再生资源的利用效率和节能减排开辟新途径。

2012年竹缠绕复合压力管加工工艺和设备成熟，建立了中试生产线，并于2013—2014年在新疆、浙江、黑龙江3种不同气候环境下进行了中试应用(图 4、图 5)。新疆示范工程主要检验竹缠绕复合压力管在非正常安装施工状况下应用的可行性和以管代渠的效益分析，浙江示范工程主要检验竹缠绕复合压力管在高氯碱环境中和公路重载荷状况下的应用效果，黑龙江示范工程主要检验竹缠绕复合压力管在冻土层中应用的可行性。经过实践检验及科学评估，竹缠绕复合压力管技术均取得良好效果。

	图4 竹缠绕复合压力管道的吊装 Fig.4 Hoisting of BFP

	图5 竹缠绕复合压力管的接头处理 Fig.5 Joint treatment of BFP

2014年8月，国家林业局科技司组织召开了由林业、水利、复合材料、科技管理等领域专家参加的竹缠绕复合压力管科技成果鉴定。经鉴定认为，竹缠绕复合压力管技术和成果已达到世界领先水平，具备产业化生产条件，应用前景广阔。

2015年初，通过发改委节能中心组织专家论证，浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司经与湖北省林业厅以及襄阳政府的协商，确定在湖北襄阳建立第1条年产2.6万t的竹复合管大规模工业化生产线，8月份已正式投产。

经济效益方面： 与传统管道相比，竹缠绕复合压力管在生产、使用全过程中遵循“低碳、节能、环保、资源循环利用”的理念，并且在成本方面具有明显的价格优势。管径DN600的夹砂玻璃钢管市场售价为430～589元·m^-1，而竹缠绕复合压力管的生产成本比同管径(DN600)、同压力等级的夹砂玻璃钢管低30%，从而决定了其生命力和市场竞争力。

生态效益方面： 竹缠绕复合压力管的生态效益可观，以每年1 000万t竹缠绕复合压力管计，分别比螺旋焊管、塑料管(PE管)、玻璃钢夹砂管节能减耗1 960，1 228，600万t标准煤，减排4 900，3 070，1 500万t CO₂。

社会效益方面： 竹缠绕复合压力管的“三农”经济效益显著，年产1000万t竹缠绕复合压力管，需耗用毛竹1 000万t。毛竹按800元·t^-1计，总价80亿元； 按每户5 t计，即可带动200万户、600万多农民增收，农民人均收入增加1 200元以上。竹缠绕复合压力管技术的引入可提高竹农的积极性，推动区域经济发展，同时有利于促进竹材特种加工设备和技术水平的提高，推动竹材加工业的积极发展。

竹缠绕复合压力管的开发与应用是竹质工程领域的创新与突破，具有广阔的市场和发展前景。然而，竹缠绕复合压力管在生产设备、制造工艺、性能评估、机制研究、标准制定与产业推进等方面工作仍需进一步开展。

1)生产设备与制造工艺有待优化。竹篾和竹束纤维原料的物理化学处理技术有待提高，性能更优的有机或无机胶黏剂有待研制； 使纤维具有更优的浸润性，纤维-树脂界面结合更合理，各结构层的结合更紧密，以获得更优的耐腐蚀性、防结垢性、抗内压及防渗性等； 自动化缠绕设备的配置、高效率缠绕工艺的优化、规模化缠绕生产线的研发等，对于竹缠绕复合压力管产业的发展具有重要意义。

2)性能评估与理论研究有待深入。根据竹缠绕复合压力管使用环境的不同，建议增加相应的性能评估指标，完善性能评价体系； 竹缠绕复合压力管多结构层环向层积胶合界面的基础性能研究缺乏定量的表征技术，有待于摸索研究。此外，与玻璃纤维、碳纤维等相比，天然纤维的性能存在较大变异性，现有的热化学模型、纤维运动模型、应力应变模型和强度模型等是否适用于竹缠绕复合压力管，亟需研究与修正完善。

3)标准制定与产业有待推进。为保证竹缠绕复合压力管产品质量，促进市场规范化，标准制定是十分必要的。截至2015年6月，竹缠绕复合压力管行业标准已立项，水利部已组织开展制定竹缠绕复合压力管施工规范，并大力推荐竹缠绕复合压力管技术申报国家标准，积极推广竹缠绕复合压力管产品在全国“以管代渠”中的应用； 以产、学、研为主体的“国际竹缠绕产业发展创新联盟”正在筹建中，且已委托国家林业局林产工业规划设计院制定了《竹缠绕复合压力材料发展规划(2015—2020)》，旨在促进竹缠绕复合压力管产业健康发展、有序进行、合理竞争。除了本文提到的在水利、油气和农田灌溉等方面的应用外，竹缠绕复合压力管也将会在建筑用管道、压力储罐以及电线杆等领域得到应用。随着应用领域拓宽，研究工作也随之深入。