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摘要通过了解木材的机械性能和强度的微观力学模型，分析微米木丝及其模压制品的性能，建立了微米木丝模压车用木橡胶减震器的工艺流程，并按照模压的工艺流程进行了微米木丝车用木橡胶减震器的制作。
关键词微米木丝；木橡胶；减震器；模压
中图分类号S776文献标识码A文章编号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
木橡胶是基于金属橡胶的理念和形成机理，结合近代木材微米加工理论，以微米木丝为基材，利用冷硫化和复合材组构理论，采用热压模具定型加工出来的一种新型木基高弹性复合材料。木材是一种便宜、易被人接受、实用性好的材料，幾千年来就被人们作为隔震、衬垫的常用材料。木橡胶具有吸附性强、通透性好等优点。
1微米木丝车用木橡胶减震器模压的理论基础
1.1木材的机械性能和强度的微观数学模型人们很早就发现木纤维单丝强度在理论上与普通钢材近似，优质木材的断裂强度甚至高于许多金属材料[1]。木材细胞具有天然的六棱形孔穴的特征，与高弹性橡胶高分子结构类似。可以控制木橡胶孔穴率提高其吸附性及通透性。木橡胶可以逐步散发支撑物本身湿度，或者吸湿到自己体内，平衡两者的湿度，使得支撑物和木橡胶接触不会发生潮湿和霉变。木橡胶能被X射线穿透，适合作高档包装材料，其本身没有任何辐射和污染。
在显微镜下可以观察到，木材具有高度多样化的微观结构[2]，它是由在纵向上的定向木材细胞和一个典型的蜂巢状结构组成的（图1）。在超微结构层次中，细胞壁的结构布置可以作为一种纤维增强复合材料系统。在半纤维素和木质素基体中通常把纤维素纤维作为增强材料。在纵向上，木纤维的强度特性主要由纤维素决定，而在横向上，半纤维素和木质素比纤维素能起到更重要的作用。
图1木材细胞在显微镜下的形态1.2微米木丝的性能 细胞裂解是获得微米木丝的前提条件，利用微米木丝机械切削加工技术，破坏木材纤维的细胞壁，使得木材细胞裂解，使木材细胞的内容物挤出而不回流，消除木材细胞原有的微观缺陷，通过改变木材细胞的切割方式来获得没有缺陷的微米木丝。该试验中使用的微米木丝的尺寸一般为长度3～8 cm，宽度3～8 mm，厚度10～100 Lm（图2），这样的微米木丝具有较好的柔性，自然堆积后会呈现絮状结构（图3），这样加大了木纤维间的孔穴（图4），保证了模压时微米木丝单元间必要的互相交织和约束，然后再进行纤维重组，形成微米木丝模压制品[3-7]。
图2微米木丝的纤维形态图3微米木丝堆积成的絮状结构图4微米木丝细胞结构三维立体模型1.3木橡胶的的性能
1.3.1阻尼弹性。木材本身就是最古老的阻尼材料，具有类似橡胶的弹性，构造木橡胶可以根据用户需要塑造成各种形状，满足一定的弹性要求。
1.3.2韧性。木橡胶要具有足够的支撑力，静态固定过程中不至于弯曲、劈裂和折断，可以保证受支撑部件的刚度安全。
1.3.3压缩强度。木橡胶最好适应微量拉伸并且不会对木橡胶内部产生永久形变，使变形的过程有弹性柔软的感觉，其压缩和拉伸强度要达到10～30 MPa。
1.3.4易透性和无污染。木基材料能被X射线穿透，对于各种射线干扰的耐老化性能远远高于橡胶，没有任何辐射和污染。
1.3.5吸附性及通透性。木橡胶的密度可以调整，木材与其他材料的通透性好，可以充分缓慢地把支撑物水分散发出来，减少发生霉变和受潮腐烂等问题。
1.3.6质地宜轻，表感松软。木橡胶重量可以比橡胶轻40%以上，使包装材料质地松软，抗冲击性能好，质轻美观。
1.3.7其他。天然橡胶的密度在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，木橡胶的密度会更低，其性能要更优于橡胶；天然橡胶的热导率为1.5 w/m·k，而木材的热导率为0.12 w/m·k，从隔热的功能看，木橡胶远远优于天然橡胶；天然橡胶的比热容是2 180 J/kg·k，而木材的比热容是1 700～2 100 J/kg·k，与天然橡胶非常接近[8]。
2微米木丝模压车用木橡胶减震器的工艺 传统的微米木丝模压制品成型方法分为干法和湿法2种。干法模压是近些年才发展起来的模压方法，湿法模压出现比较早，湿法是将木质纤维料浆在预成型模具中脱水制成毛坯[4]，加压将水分挤出，减小1/2的坯料厚度，挤压成可以搬运的毛坯，之后再将毛坯放置在模压机中进行高温高压模压成型。湿法模压成型存在一个很大的问题，即在模压过程中排出的污水对环境有很大的危害，不利于环境保护。干法模压成型则可以避免湿法模压产生的环境污染问题，而且生产效率比湿法模压有所提高，干法模压时不需要将毛坯预先成型，生产周期较短，模压出的制品表面比较光整。但是，传统的干法模压和湿法模压都需要预压和二次成型，在生产效率上还有待提高。
微米木丝模压车用木橡胶减震器的工艺流程一般为：准备材料、材料干燥、微米木丝的切削、微米木丝称重、拌胶、减震器模压、加热、保压、减震器卸模、清边、贴膜、检验、包装（图5）。图5微米木丝车用木橡胶减震器模压工艺流程在进行试验之前需要准备模压的材料，材料的选择应以干燥为主，如果材料湿度过大会影响木材切削，影响微米木丝的质量。拌胶时要注意胶的用量，若用的胶量不足，则模压制品不易成型，若胶量过多，则可能会给卸模带来困难。
3微米木丝车用木橡胶减震器的制备
按照微米木丝车用木橡胶减震器的模压工艺流程，使用该文设计的微米木丝模压机器，进行微米木丝车用木橡胶减震器的制备试验。
3.1微米木丝的制备 选用东北小兴安岭红松作为试验用材，将木材干燥之后在削片机上进行削片（图6）。将使用削片机削好的木片用粉碎机进行粉碎加工，得到1～2 mm宽，15～30 mm长的微米木丝（图7）。
图6微米木丝削片机3.2微米木丝的称重与拌胶 在微米木丝制备好之后进行称重，得到大概微米木丝的用量，之后进行拌胶，胶黏剂选用无毒脲醛树脂胶，按15%～20%的施胶率进行拌胶，在拌胶时要使微米木丝充分与胶黏剂进行接触（图8、9）。但是，不能一次拌胶过多，如果一次拌胶的微米木丝过多，模压使用不完就会造成微米木丝的大量浪费，并且拌过胶的微米木丝对环境也有一定的污染。
图7使用微米木丝粉碎机粉碎得到的微米木丝图8微米木丝粉的称重3.3进料、加压、加热、保压 在进行微米木丝车用木橡胶减震器的模压过程中，要分多次进料，进料一次进行一次冲压，并且每次进料量不能太多，否則会造成冲压不均匀，模压的微米木丝车用木橡胶减震器密度不均匀。在进料的过程中，由于微米木丝的弹性变形作用，进料越多，需要的压力就越大，因此在模压的过程中需要液压系统提供不断增大的压力来进行模压。
在进料完成之后，需要对模压的微米木丝车用木橡胶减震器进行加热，一般情况下需要加热至150～180 ℃，一般需要加热8～10 min。加热之后需要保压30～60 min，使模具温度降低到室温后再进行开模。
3.4卸模与贴膜 模压之前需要在模具的表面涂上机油作为脱模剂，否则不易于脱模，可能会造成模压制品表面凹凸不平，制成废品，还有可能使模压制品无法取出。模压制品取出之后需要进行磨边并贴膜，最终模压制品如图10所示。
4结论
该文主要对微米木丝车用木橡胶减震器模压成型的工图9微米木丝粉拌胶图10模压后并贴膜的微米木丝车用木橡胶减震器艺方法进行了全面的分析。通过对木材的机械性能和强度的微观力学模型、微米木丝的性能和微米木丝模压制品的性能的分析，设计了微米木丝模压方法和微米木丝模压的工艺流程，进行了微米木丝车用木橡胶减震器模压试验，最终得到了模压完整的微米木丝车用木橡胶减震器模型。
参考文献
[1] 付云岗，郭彦峰，周炳海.托盘物流及其发展趋势[J].包装工程，2006，27（6）：229-230.
[2] MISHNAEVSKY JR L，QING H.Micromechanical modelling of mechanical behaviour and strength of wood：State-of-the-art review[J].Computational Materials Science，2008，44（2）：363-370.
[3] 潘承怡.车用微米木纤维模压制品成型理论与握钉力计算方法研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2008.
[4] SMITH I，LANDIS E，GONG M.Fracture and fatigue in wood[M].Chichester，UK：John Wiley & Sons，Ltd，2003.
[5] NIKLAS K J.Plant biomechanics：an engineering approach to plant form and function[M].Chicago：University of Chicago Press，1992.
[6] REITERER A，SINN G，STANZLTSCHEGG S E，et al.Fracture characteristics of different wood species under mode I loading perpendicular to the grain[J].Mater Sci Eng AStruct，2002，332：29-36.
[7] GIBSON L J，ASHBY M F.Cellular solids：structure and properties[M].Oxford （UK）：Pergamon Press，1988.
[8] 雒洁，郭彦峰，王家民.托盘包装的现状及发展趋势[J].包装工程，2005，26（4）：99-100.
关键词微米木丝；木橡胶；减震器；模压
中图分类号S776文献标识码A文章编号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
木橡胶是基于金属橡胶的理念和形成机理，结合近代木材微米加工理论，以微米木丝为基材，利用冷硫化和复合材组构理论，采用热压模具定型加工出来的一种新型木基高弹性复合材料。木材是一种便宜、易被人接受、实用性好的材料，幾千年来就被人们作为隔震、衬垫的常用材料。木橡胶具有吸附性强、通透性好等优点。
1微米木丝车用木橡胶减震器模压的理论基础
1.1木材的机械性能和强度的微观数学模型人们很早就发现木纤维单丝强度在理论上与普通钢材近似，优质木材的断裂强度甚至高于许多金属材料[1]。木材细胞具有天然的六棱形孔穴的特征，与高弹性橡胶高分子结构类似。可以控制木橡胶孔穴率提高其吸附性及通透性。木橡胶可以逐步散发支撑物本身湿度，或者吸湿到自己体内，平衡两者的湿度，使得支撑物和木橡胶接触不会发生潮湿和霉变。木橡胶能被X射线穿透，适合作高档包装材料，其本身没有任何辐射和污染。
在显微镜下可以观察到，木材具有高度多样化的微观结构[2]，它是由在纵向上的定向木材细胞和一个典型的蜂巢状结构组成的（图1）。在超微结构层次中，细胞壁的结构布置可以作为一种纤维增强复合材料系统。在半纤维素和木质素基体中通常把纤维素纤维作为增强材料。在纵向上，木纤维的强度特性主要由纤维素决定，而在横向上，半纤维素和木质素比纤维素能起到更重要的作用。
图1木材细胞在显微镜下的形态1.2微米木丝的性能 细胞裂解是获得微米木丝的前提条件，利用微米木丝机械切削加工技术，破坏木材纤维的细胞壁，使得木材细胞裂解，使木材细胞的内容物挤出而不回流，消除木材细胞原有的微观缺陷，通过改变木材细胞的切割方式来获得没有缺陷的微米木丝。该试验中使用的微米木丝的尺寸一般为长度3～8 cm，宽度3～8 mm，厚度10～100 Lm（图2），这样的微米木丝具有较好的柔性，自然堆积后会呈现絮状结构（图3），这样加大了木纤维间的孔穴（图4），保证了模压时微米木丝单元间必要的互相交织和约束，然后再进行纤维重组，形成微米木丝模压制品[3-7]。
图2微米木丝的纤维形态图3微米木丝堆积成的絮状结构图4微米木丝细胞结构三维立体模型1.3木橡胶的的性能
1.3.1阻尼弹性。木材本身就是最古老的阻尼材料，具有类似橡胶的弹性，构造木橡胶可以根据用户需要塑造成各种形状，满足一定的弹性要求。
1.3.2韧性。木橡胶要具有足够的支撑力，静态固定过程中不至于弯曲、劈裂和折断，可以保证受支撑部件的刚度安全。
1.3.3压缩强度。木橡胶最好适应微量拉伸并且不会对木橡胶内部产生永久形变，使变形的过程有弹性柔软的感觉，其压缩和拉伸强度要达到10～30 MPa。
1.3.4易透性和无污染。木基材料能被X射线穿透，对于各种射线干扰的耐老化性能远远高于橡胶，没有任何辐射和污染。
1.3.5吸附性及通透性。木橡胶的密度可以调整，木材与其他材料的通透性好，可以充分缓慢地把支撑物水分散发出来，减少发生霉变和受潮腐烂等问题。
1.3.6质地宜轻，表感松软。木橡胶重量可以比橡胶轻40%以上，使包装材料质地松软，抗冲击性能好，质轻美观。
1.3.7其他。天然橡胶的密度在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，木橡胶的密度会更低，其性能要更优于橡胶；天然橡胶的热导率为1.5 w/m·k，而木材的热导率为0.12 w/m·k，从隔热的功能看，木橡胶远远优于天然橡胶；天然橡胶的比热容是2 180 J/kg·k，而木材的比热容是1 700～2 100 J/kg·k，与天然橡胶非常接近[8]。
2微米木丝模压车用木橡胶减震器的工艺 传统的微米木丝模压制品成型方法分为干法和湿法2种。干法模压是近些年才发展起来的模压方法，湿法模压出现比较早，湿法是将木质纤维料浆在预成型模具中脱水制成毛坯[4]，加压将水分挤出，减小1/2的坯料厚度，挤压成可以搬运的毛坯，之后再将毛坯放置在模压机中进行高温高压模压成型。湿法模压成型存在一个很大的问题，即在模压过程中排出的污水对环境有很大的危害，不利于环境保护。干法模压成型则可以避免湿法模压产生的环境污染问题，而且生产效率比湿法模压有所提高，干法模压时不需要将毛坯预先成型，生产周期较短，模压出的制品表面比较光整。但是，传统的干法模压和湿法模压都需要预压和二次成型，在生产效率上还有待提高。
微米木丝模压车用木橡胶减震器的工艺流程一般为：准备材料、材料干燥、微米木丝的切削、微米木丝称重、拌胶、减震器模压、加热、保压、减震器卸模、清边、贴膜、检验、包装（图5）。图5微米木丝车用木橡胶减震器模压工艺流程在进行试验之前需要准备模压的材料，材料的选择应以干燥为主，如果材料湿度过大会影响木材切削，影响微米木丝的质量。拌胶时要注意胶的用量，若用的胶量不足，则模压制品不易成型，若胶量过多，则可能会给卸模带来困难。
3微米木丝车用木橡胶减震器的制备
按照微米木丝车用木橡胶减震器的模压工艺流程，使用该文设计的微米木丝模压机器，进行微米木丝车用木橡胶减震器的制备试验。
3.1微米木丝的制备 选用东北小兴安岭红松作为试验用材，将木材干燥之后在削片机上进行削片（图6）。将使用削片机削好的木片用粉碎机进行粉碎加工，得到1～2 mm宽，15～30 mm长的微米木丝（图7）。
图6微米木丝削片机3.2微米木丝的称重与拌胶 在微米木丝制备好之后进行称重，得到大概微米木丝的用量，之后进行拌胶，胶黏剂选用无毒脲醛树脂胶，按15%～20%的施胶率进行拌胶，在拌胶时要使微米木丝充分与胶黏剂进行接触（图8、9）。但是，不能一次拌胶过多，如果一次拌胶的微米木丝过多，模压使用不完就会造成微米木丝的大量浪费，并且拌过胶的微米木丝对环境也有一定的污染。
图7使用微米木丝粉碎机粉碎得到的微米木丝图8微米木丝粉的称重3.3进料、加压、加热、保压 在进行微米木丝车用木橡胶减震器的模压过程中，要分多次进料，进料一次进行一次冲压，并且每次进料量不能太多，否則会造成冲压不均匀，模压的微米木丝车用木橡胶减震器密度不均匀。在进料的过程中，由于微米木丝的弹性变形作用，进料越多，需要的压力就越大，因此在模压的过程中需要液压系统提供不断增大的压力来进行模压。
在进料完成之后，需要对模压的微米木丝车用木橡胶减震器进行加热，一般情况下需要加热至150～180 ℃，一般需要加热8～10 min。加热之后需要保压30～60 min，使模具温度降低到室温后再进行开模。
3.4卸模与贴膜 模压之前需要在模具的表面涂上机油作为脱模剂，否则不易于脱模，可能会造成模压制品表面凹凸不平，制成废品，还有可能使模压制品无法取出。模压制品取出之后需要进行磨边并贴膜，最终模压制品如图10所示。
4结论
该文主要对微米木丝车用木橡胶减震器模压成型的工图9微米木丝粉拌胶图10模压后并贴膜的微米木丝车用木橡胶减震器艺方法进行了全面的分析。通过对木材的机械性能和强度的微观力学模型、微米木丝的性能和微米木丝模压制品的性能的分析，设计了微米木丝模压方法和微米木丝模压的工艺流程，进行了微米木丝车用木橡胶减震器模压试验，最终得到了模压完整的微米木丝车用木橡胶减震器模型。
参考文献
[1] 付云岗，郭彦峰，周炳海.托盘物流及其发展趋势[J].包装工程，2006，27（6）：229-230.
[2] MISHNAEVSKY JR L，QING H.Micromechanical modelling of mechanical behaviour and strength of wood：State-of-the-art review[J].Computational Materials Science，2008，44（2）：363-370.
[3] 潘承怡.车用微米木纤维模压制品成型理论与握钉力计算方法研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2008.
[4] SMITH I，LANDIS E，GONG M.Fracture and fatigue in wood[M].Chichester，UK：John Wiley & Sons，Ltd，2003.
[5] NIKLAS K J.Plant biomechanics：an engineering approach to plant form and function[M].Chicago：University of Chicago Press，1992.
[6] REITERER A，SINN G，STANZLTSCHEGG S E，et al.Fracture characteristics of different wood species under mode I loading perpendicular to the grain[J].Mater Sci Eng AStruct，2002，332：29-36.
[7] GIBSON L J，ASHBY M F.Cellular solids：structure and properties[M].Oxford （UK）：Pergamon Press，1988.
[8] 雒洁，郭彦峰，王家民.托盘包装的现状及发展趋势[J].包装工程，2005，26（4）：99-100.