微米木絲車用木橡膠減震器模壓工藝及制備

馬巖等

摘要通過了解木材的機械性能和強度的微觀力學模型，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用木橡膠減震器的工藝流程，并按照模壓的工藝流程進行了微米木絲車用木橡膠減震器的制作。

關鍵詞微米木絲；木橡膠；減震器；模壓

中圖分類號S776文獻標識碼A文章編號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理，結合近代木材微米加工理論，以微米木絲為基材，利用冷硫化和復合材組構理論，采用熱壓模具定型加工出來的一種新型木基高彈性復合材料。木材是一種便宜、易被人接受、實用性好的材料，幾千年來就被人們作為隔震、襯墊的常用材料。木橡膠具有吸附性強、通透性好等優點。

1微米木絲車用木橡膠減震器模壓的理論基礎

1.1木材的機械性能和強度的微觀數學模型人們很早就發現木纖維單絲強度在理論上與普通鋼材近似，優質木材的斷裂強度甚至高于許多金屬材料[1]。木材細胞具有天然的六棱形孔穴的特征，與高彈性橡膠高分子結構類似。可以控制木橡膠孔穴率提高其吸附性及通透性。木橡膠可以逐步散發支撐物本身濕度，或者吸濕到自己體內，平衡兩者的濕度，使得支撐物和木橡膠接觸不會發生潮濕和霉變。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構[2]，它是由在縱向上的定向木材細胞和一個典型的蜂巢狀結構組成的（圖1）。在超微結構層次中，細胞壁的結構布置可以作為一種纖維增強復合材料系統。在半纖維素和木質素基體中通常把纖維素纖維作為增強材料。在縱向上，木纖維的強度特性主要由纖維素決定，而在橫向上，半纖維素和木質素比纖維素能起到更重要的作用。

圖1木材細胞在顯微鏡下的形態1.2微米木絲的性能 細胞裂解是獲得微米木絲的前提條件，利用微米木絲機械切削加工技術，破壞木材纖維的細胞壁，使得木材細胞裂解，使木材細胞的內容物擠出而不回流，消除木材細胞原有的微觀缺陷，通過改變木材細胞的切割方式來獲得沒有缺陷的微米木絲。該試驗中使用的微米木絲的尺寸一般為長度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，自然堆積后會呈現絮狀結構（圖3），這樣加大了木纖維間的孔穴（圖4），保證了模壓時微米木絲單元間必要的互相交織和約束，然后再進行纖維重組，形成微米木絲模壓制品[3-7]。

圖2微米木絲的纖維形態圖3微米木絲堆積成的絮狀結構圖4微米木絲細胞結構三維立體模型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，具有類似橡膠的彈性，構造木橡膠可以根據用戶需要塑造成各種形狀，滿足一定的彈性要求。

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

1.3.3壓縮強度。木橡膠最好適應微量拉伸并且不會對木橡膠內部產生永久形變，使變形的過程有彈性柔軟的感覺，其壓縮和拉伸強度要達到10～30 MPa。

1.3.4易透性和無污染。木基材料能被X射線穿透，對于各種射線干擾的耐老化性能遠遠高于橡膠，沒有任何輻射和污染。

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出來，減少發生霉變和受潮腐爛等問題。

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

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，木橡膠的密度會更低，其性能要更優于橡膠；天然橡膠的熱導率為1.5 w/m·k，而木材的熱導率為0.12 w/m·k，從隔熱的功能看，木橡膠遠遠優于天然橡膠；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微米木絲模壓車用木橡膠減震器的工藝

傳統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展起來的模壓方法，濕法模壓出現比較早，濕法是將木質纖維料漿在預成型模具中脫水制成毛坯[4]，加壓將水分擠出，減小1/2的坯料厚度，擠壓成可以搬運的毛坯，之后再將毛坯放置在模壓機中進行高溫高壓模壓成型。濕法模壓成型存在一個很大的問題，即在模壓過程中排出的污水對環境有很大的危害，不利于環境保護。干法模壓成型則可以避免濕法模壓產生的環境污染問題，而且生產效率比濕法模壓有所提高，干法模壓時不需要將毛坯預先成型，生產周期較短，模壓出的制品表面比較光整。但是，傳統的干法模壓和濕法模壓都需要預壓和二次成型，在生產效率上還有待提高。

微米木絲模壓車用木橡膠減震器的工藝流程一般為：準備材料、材料干燥、微米木絲的切削、微米木絲稱重、拌膠、減震器模壓、加熱、保壓、減震器卸模、清邊、貼膜、檢驗、包裝（圖5）。圖5微米木絲車用木橡膠減震器模壓工藝流程在進行試驗之前需要準備模壓的材料，材料的選擇應以干燥為主，如果材料濕度過大會影響木材切削，影響微米木絲的質量。拌膠時要注意膠的用量，若用的膠量不足，則模壓制品不易成型，若膠量過多，則可能會給卸模帶來困難。

3微米木絲車用木橡膠減震器的制備

按照微米木絲車用木橡膠減震器的模壓工藝流程，使用該文設計的微米木絲模壓機器，進行微米木絲車用木橡膠減震器的制備試驗。

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

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

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

在進料完成之后，需要對模壓的微米木絲車用木橡膠減震器進行加熱，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行開模。

3.4卸模與貼膜 模壓之前需要在模具的表面涂上機油作為脫模劑，否則不易于脫模，可能會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法取出。模壓制品取出之后需要進行磨邊并貼膜，最終模壓制品如圖10所示。

4結論

該文主要對微米木絲車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用木橡膠減震器藝方法進行了全面的分析。通過對木材的機械性能和強度的微觀力學模型、微米木絲的性能和微米木絲模壓制品的性能的分析，設計了微米木絲模壓方法和微米木絲模壓的工藝流程，進行了微米木絲車用木橡膠減震器模壓試驗，最終得到了模壓完整的微米木絲車用木橡膠減震器模型。

參考文獻

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