3.7 维管密布结构
——海绵丝瓜络

与大多数人预想的不同，天然海绵是一门最低等的多细胞动物。海绵的单体或群体尺寸范围广，小尺寸仅仅几毫米，大尺寸可达2m。单体外形变化大，形状不固定，主要有球形、树枝形、管形、瓶形或圆柱形等。海绵单体的中央为一中空的中央腔，体壁上穿有许多小孔，故又称多孔动物，如图3-19（见彩插）所示。体壁由内外两层细胞组成：外层为扁形细胞，起保护作用；内层为鞭毛细胞，起摄食与消化的作用。骨骼为硅质或钙质骨针、骨丝。骨针起支撑身体的作用，其形状有单轴型、双轴型、三轴型或多轴型等，或可根据自中心点分出的数目而分为单射、双射、多射等，也有的形状不规则。海绵的多孔密布微结构使其具有吸水、清洁、保暖、过滤和吸声等功能，被广泛应用于各个领域。目前，常用海绵大多指人造海绵，由于其制作材料通常为木纤维素纤维或发泡塑料聚合物，故本书将其归类于植物。常见的人造海绵由聚氨酯软发泡橡胶制成，广泛应用于制作各种海绵制品并用于避震、抗摩擦用途，如拖拉机、坦克履带衬底等，是一种常见的高分子材料。另外，聚乙烯醇（高吸水材料，无明显气孔）、低密度聚醚（不吸水海绵）和聚酯这三种材料也可用于制造人造海绵。

本节以丝瓜络为例对海绵展开介绍。丝瓜络又名天罗筋，其具有光滑的平面，常见的带有深色纵条纹，其种子大多数为黑色，呈椭圆形，具有扁、平、滑的特点。未成熟时肉质富有水分，成熟后干燥，富含多层丝状纤维交织而成的有网状纤维。夏秋二季果实成熟之后、果皮变黄、等到果肉干枯时摘取，剔除丝瓜络的外皮及内部果肉，然后洗净、晒干，甩出种子即可，图3-20（见彩插）所示为丝瓜变成丝瓜络示意图。

由图3-20可知，维管束纵横交错形成的丝瓜络，大多呈现长圆柱形或长棱形，两端稍细，有长有短，表面粗糙，且呈现黄白色，有时内部存在可见的残存果肉、果皮和少量的黑色种子，横向切断可见三个大空腔。丝瓜络的特殊结构使它具有较强的吸水能力。基于这一特征，丝瓜络在汽车领域中有所应用 ^[21] 。传统用波浪式细铁丝做滤芯的油浴式空气滤清器在长期承受高频、高速度气流冲击后，会使得其滤芯变薄、变松散，滤清效果下降。在这种情况下，可将剪成条块的干丝瓜烙填充于滤芯盘内，由于丝瓜络具有弹性和吸水性两大特点，纵横交错的维管束又形成许多的网状缝隙，因此丝瓜络的滤清效果可与铁丝媲美。

丝瓜络起源于丝瓜，是一种轻质的天然材料，其拥有巨大的潜力作为可持续材料实现各种工程应用，如包装、隔声、隔振和冲击能量吸收等，图3-21所示为丝瓜海绵多孔密布的微结构特征。传统的丝瓜海绵一般用于清洁方面，近年来随着对其结构力学性能的研究，其在其他领域上应用的优势逐渐凸显。一些学者对丝瓜海绵这种轻质材料的动态力学性能进行了试验研究。采用高速拉伸试验机，对丝瓜海绵材料的动态强度和能量吸收进行了1和100s ^-1 应变率下的单轴动态压缩试验。在22℃室温和40%左右的湿度下，对不同相对密度的圆柱形试样进行测试，并采用能量效率法计算得到单位体积的吸能。最后，通过将实验结果与先前研究及其他类型的微结构材料对比，得出不同应变率下，丝瓜海绵比其他具有相似平台应力的微结构多孔材料具有更优异的单位质量能量吸收能力。