馬巖等

摘要通過(guò)了解木材的機(jī)械性能和強(qiáng)度的微觀力學(xué)模型，分析微米木絲及其模壓制品的性能，建立了微米木絲模壓車(chē)用木橡膠減震器的工藝流程，并按照模壓的工藝流程進(jìn)行了微米木絲車(chē)用木橡膠減震器的制作。

關(guān)鍵詞微米木絲；木橡膠；減震器；模壓

中圖分類(lèi)號(hào)S776文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）14-04309-03

The Process Methods and Fabrication of Micron Wood Fiber Molding Vehicle Wooden Rubber Shock Absorbers

MA Yan，YANG Chunmei et al （Forestry and Woodworking Machinery Engineering Center， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

AbstractThis paper establish the technological process of micron wood fiber molded rubber shock absorbers by understanding the mechanical properties of wood and micromechanics model of wood intensity and analyzing the performance of micron wood fiber and molded products， and make a micron wood fiber vehicle wooden rubber shock absorber in accordance with the molding technological process.

Key words Micron wood fiber； Wooden rubber； Shock absorber； Mould pressing

木橡膠是基于金屬橡膠的理念和形成機(jī)理，結(jié)合近代木材微米加工理論，以微米木絲為基材，利用冷硫化和復(fù)合材組構(gòu)理論，采用熱壓模具定型加工出來(lái)的一種新型木基高彈性復(fù)合材料。木材是一種便宜、易被人接受、實(shí)用性好的材料，幾千年來(lái)就被人們作為隔震、襯墊的常用材料。木橡膠具有吸附性強(qiáng)、通透性好等優(yōu)點(diǎn)。

1微米木絲車(chē)用木橡膠減震器模壓的理論基礎(chǔ)

1.1木材的機(jī)械性能和強(qiáng)度的微觀數(shù)學(xué)模型人們很早就發(fā)現(xiàn)木纖維單絲強(qiáng)度在理論上與普通鋼材近似，優(yōu)質(zhì)木材的斷裂強(qiáng)度甚至高于許多金屬材料[1]。木材細(xì)胞具有天然的六棱形孔穴的特征，與高彈性橡膠高分子結(jié)構(gòu)類(lèi)似?？梢钥刂颇鞠鹉z孔穴率提高其吸附性及通透性。木橡膠可以逐步散發(fā)支撐物本身濕度，或者吸濕到自己體內(nèi)，平衡兩者的濕度，使得支撐物和木橡膠接觸不會(huì)發(fā)生潮濕和霉變。木橡膠能被X射線穿透，適合作高檔包裝材料，其本身沒(méi)有任何輻射和污染。

在顯微鏡下可以觀察到，木材具有高度多樣化的微觀結(jié)構(gòu)[2]，它是由在縱向上的定向木材細(xì)胞和一個(gè)典型的蜂巢狀結(jié)構(gòu)組成的（圖1）。在超微結(jié)構(gòu)層次中，細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)布置可以作為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料系統(tǒng)。在半纖維素和木質(zhì)素基體中通常把纖維素纖維作為增強(qiáng)材料。在縱向上，木纖維的強(qiáng)度特性主要由纖維素決定，而在橫向上，半纖維素和木質(zhì)素比纖維素能起到更重要的作用。

圖1木材細(xì)胞在顯微鏡下的形態(tài)1.2微米木絲的性能 細(xì)胞裂解是獲得微米木絲的前提條件，利用微米木絲機(jī)械切削加工技術(shù)，破壞木材纖維的細(xì)胞壁，使得木材細(xì)胞裂解，使木材細(xì)胞的內(nèi)容物擠出而不回流，消除木材細(xì)胞原有的微觀缺陷，通過(guò)改變木材細(xì)胞的切割方式來(lái)獲得沒(méi)有缺陷的微米木絲。該試驗(yàn)中使用的微米木絲的尺寸一般為長(zhǎng)度3～8 cm，寬度3～8 mm，厚度10～100 Lm（圖2），這樣的微米木絲具有較好的柔性，自然堆積后會(huì)呈現(xiàn)絮狀結(jié)構(gòu)（圖3），這樣加大了木纖維間的孔穴（圖4），保證了模壓時(shí)微米木絲單元間必要的互相交織和約束，然后再進(jìn)行纖維重組，形成微米木絲模壓制品[3-7]。

圖2微米木絲的纖維形態(tài)圖3微米木絲堆積成的絮狀結(jié)構(gòu)圖4微米木絲細(xì)胞結(jié)構(gòu)三維立體模型1.3木橡膠的的性能

1.3.1阻尼彈性。木材本身就是最古老的阻尼材料，具有類(lèi)似橡膠的彈性，構(gòu)造木橡膠可以根據(jù)用戶(hù)需要塑造成各種形狀，滿(mǎn)足一定的彈性要求。

1.3.2韌性。木橡膠要具有足夠的支撐力，靜態(tài)固定過(guò)程中不至于彎曲、劈裂和折斷，可以保證受支撐部件的剛度安全。

1.3.3壓縮強(qiáng)度。木橡膠最好適應(yīng)微量拉伸并且不會(huì)對(duì)木橡膠內(nèi)部產(chǎn)生永久形變，使變形的過(guò)程有彈性柔軟的感覺(jué)，其壓縮和拉伸強(qiáng)度要達(dá)到10～30 MPa。

1.3.4易透性和無(wú)污染。木基材料能被X射線穿透，對(duì)于各種射線干擾的耐老化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橡膠，沒(méi)有任何輻射和污染。

1.3.5吸附性及通透性。木橡膠的密度可以調(diào)整，木材與其他材料的通透性好，可以充分緩慢地把支撐物水分散發(fā)出來(lái)，減少發(fā)生霉變和受潮腐爛等問(wèn)題。

1.3.6質(zhì)地宜輕，表感松軟。木橡膠重量可以比橡膠輕40%以上，使包裝材料質(zhì)地松軟，抗沖擊性能好，質(zhì)輕美觀。

1.3.7其他。天然橡膠的密度在0.93 g/cm3左右，木材的密度在0.5 g/cm3左右，加大孔穴率以后，木橡膠的密度會(huì)更低，其性能要更優(yōu)于橡膠；天然橡膠的熱導(dǎo)率為1.5 w/m·k，而木材的熱導(dǎo)率為0.12 w/m·k，從隔熱的功能看，木橡膠遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然橡膠；天然橡膠的比熱容是2 180 J/kg·k，而木材的比熱容是1 700～2 100 J/kg·k，與天然橡膠非常接近[8]。

2微米木絲模壓車(chē)用木橡膠減震器的工藝

傳統(tǒng)的微米木絲模壓制品成型方法分為干法和濕法2種。干法模壓是近些年才發(fā)展起來(lái)的模壓方法，濕法模壓出現(xiàn)比較早，濕法是將木質(zhì)纖維料漿在預(yù)成型模具中脫水制成毛坯[4]，加壓將水分?jǐn)D出，減小1/2的坯料厚度，擠壓成可以搬運(yùn)的毛坯，之后再將毛坯放置在模壓機(jī)中進(jìn)行高溫高壓模壓成型。濕法模壓成型存在一個(gè)很大的問(wèn)題，即在模壓過(guò)程中排出的污水對(duì)環(huán)境有很大的危害，不利于環(huán)境保護(hù)。干法模壓成型則可以避免濕法模壓產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，而且生產(chǎn)效率比濕法模壓有所提高，干法模壓時(shí)不需要將毛坯預(yù)先成型，生產(chǎn)周期較短，模壓出的制品表面比較光整。但是，傳統(tǒng)的干法模壓和濕法模壓都需要預(yù)壓和二次成型，在生產(chǎn)效率上還有待提高。

微米木絲模壓車(chē)用木橡膠減震器的工藝流程一般為：準(zhǔn)備材料、材料干燥、微米木絲的切削、微米木絲稱(chēng)重、拌膠、減震器模壓、加熱、保壓、減震器卸模、清邊、貼膜、檢驗(yàn)、包裝（圖5）。圖5微米木絲車(chē)用木橡膠減震器模壓工藝流程在進(jìn)行試驗(yàn)之前需要準(zhǔn)備模壓的材料，材料的選擇應(yīng)以干燥為主，如果材料濕度過(guò)大會(huì)影響木材切削，影響微米木絲的質(zhì)量。拌膠時(shí)要注意膠的用量，若用的膠量不足，則模壓制品不易成型，若膠量過(guò)多，則可能會(huì)給卸模帶來(lái)困難。

3微米木絲車(chē)用木橡膠減震器的制備

按照微米木絲車(chē)用木橡膠減震器的模壓工藝流程，使用該文設(shè)計(jì)的微米木絲模壓機(jī)器，進(jìn)行微米木絲車(chē)用木橡膠減震器的制備試驗(yàn)。

3.1微米木絲的制備 選用東北小興安嶺紅松作為試驗(yàn)用材，將木材干燥之后在削片機(jī)上進(jìn)行削片（圖6）。將使用削片機(jī)削好的木片用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎加工，得到1～2 mm寬，15～30 mm長(zhǎng)的微米木絲（圖7）。

圖6微米木絲削片機(jī)3.2微米木絲的稱(chēng)重與拌膠 在微米木絲制備好之后進(jìn)行稱(chēng)重，得到大概微米木絲的用量，之后進(jìn)行拌膠，膠黏劑選用無(wú)毒脲醛樹(shù)脂膠，按15%～20%的施膠率進(jìn)行拌膠，在拌膠時(shí)要使微米木絲充分與膠黏劑進(jìn)行接觸（圖8、9）。但是，不能一次拌膠過(guò)多，如果一次拌膠的微米木絲過(guò)多，模壓使用不完就會(huì)造成微米木絲的大量浪費(fèi)，并且拌過(guò)膠的微米木絲對(duì)環(huán)境也有一定的污染。

圖7使用微米木絲粉碎機(jī)粉碎得到的微米木絲圖8微米木絲粉的稱(chēng)重3.3進(jìn)料、加壓、加熱、保壓 在進(jìn)行微米木絲車(chē)用木橡膠減震器的模壓過(guò)程中，要分多次進(jìn)料，進(jìn)料一次進(jìn)行一次沖壓，并且每次進(jìn)料量不能太多，否則會(huì)造成沖壓不均勻，模壓的微米木絲車(chē)用木橡膠減震器密度不均勻。在進(jìn)料的過(guò)程中，由于微米木絲的彈性變形作用，進(jìn)料越多，需要的壓力就越大，因此在模壓的過(guò)程中需要液壓系統(tǒng)提供不斷增大的壓力來(lái)進(jìn)行模壓。

在進(jìn)料完成之后，需要對(duì)模壓的微米木絲車(chē)用木橡膠減震器進(jìn)行加熱，一般情況下需要加熱至150～180 ℃，一般需要加熱8～10 min。加熱之后需要保壓30～60 min，使模具溫度降低到室溫后再進(jìn)行開(kāi)模。

3.4卸模與貼膜 模壓之前需要在模具的表面涂上機(jī)油作為脫模劑，否則不易于脫模，可能會(huì)造成模壓制品表面凹凸不平，制成廢品，還有可能使模壓制品無(wú)法取出。模壓制品取出之后需要進(jìn)行磨邊并貼膜，最終模壓制品如圖10所示。

4結(jié)論

該文主要對(duì)微米木絲車(chē)用木橡膠減震器模壓成型的工圖9微米木絲粉拌膠圖10模壓后并貼膜的微米木絲車(chē)用木橡膠減震器藝方法進(jìn)行了全面的分析。通過(guò)對(duì)木材的機(jī)械性能和強(qiáng)度的微觀力學(xué)模型、微米木絲的性能和微米木絲模壓制品的性能的分析，設(shè)計(jì)了微米木絲模壓方法和微米木絲模壓的工藝流程，進(jìn)行了微米木絲車(chē)用木橡膠減震器模壓試驗(yàn)，最終得到了模壓完整的微米木絲車(chē)用木橡膠減震器模型。

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