恐龙化石模型制作及其意义

恐龙化石模型制作及其意义

张伟1，2，皮洪军1，2，陈立1，2，李锐1，2，郝宝鞘1，2

1.自贡恐龙博物馆侏罗纪中国地层与地质古生物科学研究技术中心，四川自贡，

643010；2.川渝共建中国古生物与古人类环境资源协同发展演化重庆市国家重点

研究实验室，四川自贡，643010

摘要：恐龙化石是各自然博物馆竟相收藏的展品。但在发掘中难以出现较完整的恐龙化石个体，要对珍贵化石进行必要的、有力的保护，又想真实地再现这些古动物在生物进化中所扮演的角色，按照生态姿势将其组装起来，必须对残缺部位的化石骨骼以及一些较珍贵、易破损、易断裂的化石标本进行复制，这就是恐龙化石的翻模。模具的制作工艺过程有其规范性，也要求技术的熟练度。另外，复制品材料的选择，各大博物馆倾向于采用石膏与玻璃钢材料相结合的办法，即对固定陈列的古生物化石标本采用石膏为材料复制，对移动展出的采用玻璃钢为材料复制，从而保证了展出的最佳效果。

关键词：恐龙化石；模型；制作工艺；楔子

作者简介：张伟，男， 1984-，汉族，籍贯四川省自贡市，主要从事恐龙翻模、装架等工作。

恐龙化石是各自然博物馆竟相收藏的展品。因为它是科学研究的对象，博物馆常以恐龙化石的数量多、种类全而引以为荣。通常对于参观者来说，完整的矗立于面前的庞然大物才是兴奋点，但在发掘过程中难以出现较完整的恐龙化石个体，而且有研究价值的独特标本仅供学者研究，既要对珍贵化石进行必要的、有力的保护，又想真实地再现这些古动物在生物进化中所扮演的角色，并按照生态姿势将其组装起来，就必须对残缺部位的化石骨骼以及一些较珍贵、易破损、易断裂的化石标本进行复制，这就涉及到了恐龙化石的翻模（图1）。

图1. a、残缺的恐龙骨骼；b、模型填补缺失部分的恐龙骨架

1、翻模材料选择

化石材料翻模首先我们要仔细考虑化石复制品的主要材料。早在我国二十世纪六十至七十年代，因双层石膏材料具有生产成本低、制作快和工艺较简单、易便于操作等几大优点，许多公立博物馆普遍开始采用双层石膏作为做文物复制用的材料。到了八十年代后，石膏渐渐被双层玻璃钢(又称不饱和双层聚酯树脂)石膏代替，虽然双层玻璃钢的石膏操作复制工艺与单层石膏材料相比较为复杂，但它的结构强度高、重量轻，更特别适合文物进行高可移动性的展出。近年来，各大公立博物馆普遍倾向于尝试采用一种石膏与双层玻璃钢复制材料相直接结合的操作办法，即对一个固定展位陈列的各种古生物学及化石研究标本可以采用双层石膏板作为复制材料进行复制，对移动展出的采用玻璃钢为材料复制，从而保证了展出的最佳效果。

玻璃钢(纤维又称各种不饱和作用玻璃橡胶聚酯树脂)附加塑料纤维即利用玻璃纤维作用增加后的强化性和弹性后的塑料，一般上来说是广泛指用其他各种玻璃橡胶纤维加工原料附加增强后的各种不饱和作用玻璃橡胶聚酯、环氧树脂与其他高聚酚醛树脂原料作为增强基体，以及用其他玻璃橡胶聚酯纤维或其他玻璃钢制品加工原料等用作玻璃纤维作用增强增加强化弹性材料的玻璃纤维附加增强塑料。

2、模具的制作工艺

古脊椎动物化石，在不同自然环境下，因不同矿物质的渗透，加之年代久远，其坚硬程度也有所不同，有不同程度的损害。为了保证每一块标本的表面都是结实完好的，制作模型前，标本必须进行处理。为了复制方便，通常要进行硬化处理，在有裂隙的地方或易断易碎的地方部位，用稀胶加固，以免做模时损坏。

模具的制作按照标本的难易程度可以分为：单片模具和复杂模具。

单片模具：最简单的模具是只有一面暴露在母岩外面的化石的模具。云南寒武纪澄江的化石，贵州关岭三叠纪的化石，辽西白垩纪的化石等等都是这种形态的化石标本。一般采用尼龙蚊帐加固模具胶来制作模具。这时只需要使标本结实、干净并涂上合适的隔离剂，然后把制膜的模具胶刷到标本上，把加固的尼龙蚊帐片放到各层之间。在达到要求厚度制模材料完全凝固后，用石膏做个底托。对于小标本，把它放妥，然后把石膏摊在上面，或是用稀一些的石膏灌上去就行，灌的时候在模具的边缘围个挡壁。很大的模具要求大的石膏托底，为保持其强度，并减少重量，可在石膏尚未失效前，采用效应的不调整加固石膏，在石膏完全凝固后把石膏从模具上拿开即可。

复杂模具：做一片以上的模具，大多数无脊椎动物和脊椎动物化石可以制作两片模式。除了某些动物的头骨和愈合的骨盆外，一般不需要做多块的模具。制模时，根据其形状，需要计划分块。为了使制作的模型易与标本分开，标本常需要涂分离剂，如凡士林油，或者白雀灵油。其中白雀羚油对于有较多细节结构的标本而言更好，但其价格更高。标本上涂分离剂时，要注意涂的薄而均匀，以防止复制时纹理不清。

模具的工艺制作准备工艺生产过程过程一般分为：分片－围墙－软模－硬膜－脱模五个主要步骤（图2）。

分片。当筹备做两片模具的时候，最重要的问题是要考虑好，两半膜的结合线应该在标本的哪个位置。这个位置必须能使化石完整无损的从模具中退出来。并且由于结合面的位置决定了模型的虚饰线的位置，因此这条现在标本上通过的部位应当是没有或只有一点点细节结构，或者是在解剖上最不重要的地方。虚饰线是在用多于一片的模具倒模型时，所产生的突出在模型上的线条，必须修掉。恐龙化石分块一般是在标本的高棱、高点的地方划分。如果分片不当，就会损坏标本。

图2. 模具制作流程图

围墙。在决定了模具的接缝线位置，应对标本进行分离剂涂抹后，铸模的第一个阶段是将化石的一侧在粘土内埋藏至接缝线的高度。这一步必须十分小心的去做，也是铸模工作中最费时间的工作。化石外侧粘土托的厚度要适用于模壁的厚度。恐龙化石的模型一般需要有石膏外模，所以化石外侧粘土托的厚度要适用于硬膜壁的厚度。必须使泥土紧密的围绕着标本，最后要平整的对着标本，由标本朝外的整个底托面，必须要有塑像工具或小钢抹刀弄光滑，特别是要做到在粘土和化石的交接处，不能留有松散的小碎片或粗糙的边缘。当这些都做完了，用硬玻璃试管头蘸一下滑石粉，然后在黏土模具壁厚度一半的地方压几个凹坑，即制作榫头。这些凹坑将在模具上形成凸起。对于大多数模具而言，3或4个凹坑就能满足了。然后用金属片或PVC片撅弯插入粘土中，在凹坑的外侧形成一个挡壁，相隔距离模壁的1/2，挡壁和粘土的结合面要弄光滑，在外侧底部边缘上放一条代用粘土，以防侧漏。

下一道重要工序的就是塑料软模机的制作。我国化石塑料软膜机在制模中的用材主要是一种新的硫化碳酸硅和氟橡胶，俗称模具胶。该固化胶在多种固化剂的配合作用下，于40度室温中使其粘度逐渐迅速上升，直至完全脱水固化(24小时)，具有优良的光学仿真性和运动强度以及极低的温度收缩率，是用来做脱水模具的良好使用材料。在准备制作脱水软模前先在非硬化石材料表面表层涂脱水软模剂(凡士林等)。以防止用硅胶或橡胶与其他化石模具表面发生粘连。用电子天平法或称重提取法将一定量的化石模具胶液放置于一个器皿中，按一定比例依次加入3%量的固化剂(它与重量成正比)，搅拌均匀。然后，把上述模具胶液缓慢均匀涂抹或者缓慢倾倒，使其均匀成型。即将模具胶涂刷在原件上，在操作中注意每遍厚薄要一致。为了增加其强度应在快干时覆加一层纱布(一般采用尼龙蚊帐)，让纱布和模具胶黏合在一起不能有空隙，然后在纱布上直接刷胶使纱布沾满模具胶，再覆加纱布，几遍以后其厚度一般在5毫米即可，一般为3-5层模具胶，最后一层模具胶保持胶面光滑即可。

在翻制有不规则的化石时，我们就需要制作楔子来保证翻制的标本及翻模制品的完好美观。首先，在有不规则标本的凹陷、死角等部位处用薄塑料膜覆盖，然后用石膏把此处填平，待石膏凝固后取下进行修整，使其光滑。这样就制作好了一个不规则的模型，这个模型就是我们以后翻制模型模具时需要用到的楔子。

图3、模具结构图

楔子的作用（图3）。楔子只有在翻制不规则制品时才需要用到，如：颈椎、背椎等这种常见的不规则部位的骨骼化石。它主要起到填充加固，衬平胶膜的凹陷部位，以使胶膜顺利脱模，使制作翻制标本更加牢靠不松动，使翻制的制品更易脱模，制模时使原标本不易损坏的作用。模型翻制好后，先取下外模，再把楔子取出，这样就使制作好的模型松动易取出。

硬膜制作。制作石膏过程中，为了有效防止各种硅胶和橡胶石膏软模发生变形，要用一种具有一定耐热强度和优良韧性的橡胶材质来制做一个硬膜板以衬托石膏软模。为使石膏模板定型准确，硬膜一般材料为石膏。近年来也采用玻璃钢做硬膜，两者的方法一致。软膜经过2-4小时的初步处理固化，撤去之前施工设置的粘土围挡，并将整个粘土上的每个裂缝全部修复光滑，在每个粘土上裂缝表面上点刻几个类似凹陷圆形的榫头(每个直径约1.5厘米)，以便于稳固其在大硬膜内的固定位置。在这个凹陷圆形的榫头外面再做一个圆形挡壁后，用适量石膏浆浇灌到整个挡壁内，盖沒半个大型模具，待整个石膏完全凝固后，半面的模具就做好了。

另一半模具的制作。用平刀或者抹刀将粘土与底板分开，再把它整个一起翻过来，小心去掉粘土，漏出模具里面标本的另一面（图5d），要尽量小心，不要移动模具里边的化石。把残留在标本上的粘土清除干净，把隔离剂涂抹在标本和模具边缘上，设置软膜和硬膜的挡壁，之后按照之前的方法制作软膜和硬膜。注意制作前，要涂抹隔离剂在两半间。当打开两半模具时，将会看到之前在粘土所做的凹坑变软、硬膜具的边缘出现一系列的凹坑和突起，这些凹坑和突起使两半模具能够准确的对起来。

完成。把整个软模模具中的立体化石全部剥离，模具各部分片依次放置，至此立体化石成型模具整体制作基本完成。

模具做出后，可以进行翻制。单块模具的复制较为简单，只要保证石膏的质量和方法即可。调制石膏，必须把石膏搅拌成稀溜溜的没有疙瘩的调和物，要尽可能减少含的气泡，一般可用类似于厨师做点心时驱赶面团里空气的方法，上下敲打盆底，用手拍打盆边。如果空气上升，在表面形成气泡就用硬纸片把它们撇掉。在模具上刷抹适量的隔离剂，将调制好的石膏灌入软膜中，灌满石膏的模具左右摇晃，并在工作台上轻轻敲打，以排除带入的空气。待石膏完全凝固后，取出即可。

两块模具做石膏模型有两种方法。结合法和灌注法，相对而言，结合法较为简单易学，灌注法要求较为严苛。

结合法。将隔离剂涂抹在清洁的两块并排摆放的模具上，把调好的石膏倒入，多倒一点，高出模具；停一会石膏变稠，把一半模具倒过来压在另一半模具上，这里的时间需要准确的判断，因为如果时间太短，石膏就会流出来；如果时间太长，两半压不到一起，合不起来，或者即使合起来了，合缝也会太粗。粗略的判定方法是在调和石膏的碗里多留一些石膏，不断用扁铲末端或者浅勺尝试，如果把它倒过来石膏没有马上掉下来，模具的石膏就恰好了。成功闭合模具后，要把模具紧紧压在一起，因为有硬膜，只要在顶部放一重物即可。这种方法做出的模型，在分片时已经注意了这个区域细微结构较少，所以只需要对结合处进行磨光处理即可。

灌注法。首先在已进行脱模加固翻制好的两个石膏钢筋软膜内侧分别涂上一层石膏隔离剂或粘合剂，将两个石膏软膜紧紧地粘合上并将其捆绑好后，留出一个小于浇铸孔的口径再对其进行一层石膏挤压浇铸。同时如果模内有用于腿骨、肋骨等易碎或较大件数的金属材料复制品，在进行浇铸石膏合模前将已经脱模加固的优质石膏钢筋、木方等易碎金属材料均匀地排放在模内，再对其内侧进行一层石膏挤压浇铸，为了保证能够有效让石膏浇铸后的石膏更加坚固，可适当额外使用加入少量的优质钢筋水泥。但这种方法结合处不好把握，要求的技术较为严苛。

其他单位还有一种空心模型制作的方法。用和好的的石膏倒入一般模具后，把模具闭合起来，模具用绳子或者橡皮袋捆紧，连续不断的转动它，使液体石膏能均匀的分布到所有表面，直到石膏变硬。这种方法会产生空心的模型，要求模具的闭合要很好，结合处才会很细。最后用磨光机将各处接口进行磨光处理。

3、结论

随着我国经济水平的不断提高，基本建设不断推进，野外发掘的恐龙化石越来越多。但这些化石往往是残缺的，研究后也无法用于装架展陈，只能束之高阁。化石模型有力的弥补这一缺陷，让其重见天日，为祖国的科普科研事业贡献力量。

参考文献：

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