木橡膠的性能及開發(fā)利用前景展望

袁旭　馬巖

摘要木橡膠是按照橡膠力學(xué)性能構(gòu)造的一種兼具木質(zhì)材料和橡膠力學(xué)特點及材料優(yōu)點的新型木基材料。文章簡述了木橡膠的概念、原料、生產(chǎn)工藝和性能，并對木橡膠開發(fā)應(yīng)用前景進(jìn)行總結(jié)展望。

關(guān)鍵詞木橡膠；原料；性能；發(fā)展；前景

中圖分類號S794.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）09-02662-01

基金項目中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項（DL12CB05）；國家自然科學(xué)基金項目（31170517）。

作者簡介袁旭（1980- ），男，黑龍江哈爾濱人，講師，博士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計及理論。*通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，從事林業(yè)與木工機(jī)械研究。

橡膠屬于完全無定型的可逆形變高彈性聚合物材料[1]，主要分為天然橡膠與合成橡膠2種。目前天然橡膠越來越少[2]。利用另類材料構(gòu)造橡膠是解決橡膠資源減少的有效措施。木材本身具有一定可逆形變和較高彈性，是歸類于高分子材料的生物材料。木質(zhì)材料是一種可再生、低碳、節(jié)能、環(huán)保的天然有機(jī)高分子材料，其主要組分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的基本分子鏈結(jié)構(gòu)單元均具有較高的剛性和柔性，因此其具有部分橡膠材料的特征。為此，隨著木質(zhì)材料科學(xué)的不斷深化發(fā)展，提出了木橡膠的概念。

木橡膠（Wood-based Rubber）區(qū)別于木材-橡膠復(fù)合材料。該文提出的木橡膠是基于金屬橡膠的理念和形成機(jī)理[3]，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的一種具有橡膠力學(xué)性能的新型木基高彈性復(fù)合材料。

1木橡膠的原料、生產(chǎn)工藝及性能

1.1木橡膠的主要原料及生產(chǎn)工藝用于生產(chǎn)制造木橡膠的木質(zhì)材料多為木材加工剩余物、邊角碎料、枝椏材等，獲取比較容易，原料來源廣泛，成本較低。在生產(chǎn)過程中，只需將劣質(zhì)的木質(zhì)材料加工成長2.0～15.0 mm、寬1.5～3.0 mm、厚0.2～0.8 mm的木刨花絲，干燥后采用相關(guān)的硫化成型工藝進(jìn)行韌性加強(qiáng)處理，然后采用定孔穴率熱模壓膠合成型，充分利用木質(zhì)材料的優(yōu)點，通過精確控制生產(chǎn)工藝條件，即可生產(chǎn)出具有優(yōu)異橡膠性能的木橡膠材料。木橡膠的生產(chǎn)原料利用合理，利用率也比較高。

1.2木橡膠的主要性能特點木質(zhì)材料經(jīng)硫化復(fù)合成型后，既具有木質(zhì)資源的結(jié)構(gòu)及性能特點，又具有橡膠材料的優(yōu)異特征，是一種具有較高潛力的新型橡膠材料。對木橡膠進(jìn)行綜合全面的表征與分析，有助于更加深入、準(zhǔn)確地了解木橡膠的結(jié)構(gòu)和性能，并對于進(jìn)一步改良木橡膠的加工工藝，拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，均具有重要的研究意義。類比金屬橡膠現(xiàn)有的研究結(jié)果表明，木橡膠在許多性能方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面。

1.2.1具有阻尼減震性能。木材本身就是最古老的阻尼材料，在塑料誕生之前，木材被廣泛應(yīng)用在阻尼減震領(lǐng)域。木橡膠既具有類似橡膠的彈性，又可以根據(jù)用戶需要塑造成各種形狀[4]，同時還具有一定的阻尼防滑性能[5]。當(dāng)木橡膠受到負(fù)荷作用時，部分橡膠分子將圍繞橡膠主鏈段自由旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生隱穩(wěn)現(xiàn)象，隱穩(wěn)的產(chǎn)生將吸收大量的能量使材料的抗沖擊能力大為提高。通常，通過孔穴率的變化、微米木絲的排布、木絲韌性的加強(qiáng)來提高木橡膠制品的柔韌性，使木橡膠在遇到高沖擊載荷時具有一定的緩沖效應(yīng)，避免出現(xiàn)開裂變形和永久變相現(xiàn)象的產(chǎn)生。

1.2.2韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實體木材。木橡膠具有足夠的支撐力，靜態(tài)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，并具有較高的韌性。在受到壓縮、拉伸載荷作用時，具有較高的伸長率，一定程度上起到抵消或者緩沖載荷作用的效果。

1.2.3壓縮強(qiáng)度超過橡膠。木橡膠最適宜微量拉伸并且不會對木橡膠內(nèi)部產(chǎn)生永久形變，為了使其變形過程富有彈性，其壓縮和拉伸強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到10～30 MPa[6]。達(dá)到這個數(shù)量級以后，木橡膠就具備橡膠的特性。

1.2.4易透性。橡膠可以讓X射線穿透，木橡膠也能被X射線穿透，這是金屬橡膠不可能具備的。木橡膠在各種射線干擾下的耐老化性能遠(yuǎn)高于天然橡膠。并且木橡膠沒有任何輻射和污染，可以在特殊場合使用。