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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -纸页的结构与性能- 摘要1 在造纸领域,植物纤维经不断回用后,纤维的细胞壁发生了不行逆的变化-纤维的角质化；二次纤维的角质化现象宏观表现为纤维润张才能,表面条件等纤维性能的劣化,以及再生纸页强度的衰变；2 纤维发生角质化后,纤维润张才能下降,弹性模量增大,整根纤维挺硬,均一性差；3 干纸是一种具有明显强度性质的非触变性结构；只有在不会引起不行逆的范畴内增加 负荷时,纸才会表现出高度弹性的性质；而在应力的作用下,纸页的变形由以下几种变形组成：（1）在纸的结构中,纤维素的分子及单根纤维之间的距离发生变化为特点的弹
2、性变形；（2）弹塑性变形,也称为弹性后效变形,产生这种变形时,组成纤维的大分子结构和纤 维相互联结的分子之间的氢键发生转变,部分氢键发生破坏,纤维发生局部交叉滑动；（3）塑性变形,在产生这种变形时,纤维之间产生不行逆的位移,并且相伴纤维间氢键 结合的大量破坏；4 材料的 5 种损耗：4.1 延性、塑性损耗：微孔洞和微裂纹的形成和进展,使材料产生塑性应变,最终导致塑性断裂；这类损伤的表现形式主要是微孔洞、微裂纹的萌生、成长和聚合；主要发生在塑性材料；4.2 蠕变损耗：在长期载荷作用或高温环境下,相伴着蠕变变形会发生蠕变损耗,其宏观表现为微裂纹、微孔洞,蠕变损耗的扩展导致材料的耐久性下降；蠕变损耗
3、使蠕变变形增加,最 后导致裂纹；4.3 疲惫损耗：在循环载荷作用下,材料性能逐步劣化；在每一步载荷循环中的损耗累计起来,将1 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -导致材料的寿命削减,导致疲惫破坏；好玩的是纸页开头受到第一轮低应力循环载荷后 其抗张强度反而有肯定的提高；4 .4 动态损耗：在动态载荷如冲击载荷作用下,材料内部会有大量的微孔纹形成并且扩展；这些微 孔纹的数量很大,但一般仍来不及显现很大
4、的扩展（由于载荷时间特别短,经常是几微 秒）时就导致在一截面上布满微裂纹,断裂就发生了；4.5 高分子损耗：上述几种损耗在高分子材料中都会发生；高分子的损耗不同于金属；纸页的损耗在 某种程度上与高分子损耗相近,既有弹性损耗,又有塑性和蠕变损耗,仍可能有疲惫损 伤；由于纸页和高分子一样具有复杂的多组分性,多相性和不匀称性；5 挺度：挺度与纸张的流变性质有关,打算于纸张受弯曲时,其外层的伸长才能和里层的受 压才能,挺度可衡量纸张支持自重的才能；挺度表示了纸张松软或挺硬的性质,但不应 把刚度及表观硬度混为一谈；刚度和表观硬度是以翻动纸页时的声响,触觉硬度及可压 缩性的大小为依据的,而挺度仅以抗弯曲才
5、能为标准；纸张的挺度和刚度,硬度有肯定 的关系,但硬度不等于挺度,硬度大的纸张也不肯定挺度大；6 湿抗张强度：纸机干燥前的湿纸页所具有的抗张强度,又称初始抗张强度；湿纸页的纤维间尚未 形成氢键,此时形成湿纸页的强度因素有两个,一是纤维间的机械交叉力,它主要取决 于纤维的平均强度；二是水的表面张力,湿纸页干度越高,纤维间水膜越薄,表面张力 越大；一般的,干度提高,湿纸强度提高,除与表面张力有关外,仍由于降低了纤维间 水膜的润滑作用而使机械交叉力增加的缘故；初始湿抗张强度对纸机高速运行下的作业性能至关重要；车速越高,纸页运行时的 牵引力越大,要防止断头,必需有较高的湿抗张强度；解决的方法是适当配加
6、长纤维浆2 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -料,提高开放引纸前的的纸页干度或调整剥离角；为了更有效地防止纸页断头,现代纸机多采纳封闭引纸,真空引纸等更先进的引纸方法；7 Z 向抗张强度：影响纤维间结合力的因素,也是影响Z 向强度的因素；适当提高打浆度,提高压榨压力,掌握填料的用量,合理掌握干燥的温度曲线,采纳干强剂等,均有利于 Z 向强度 的提高；8 浆料的流送：在浆流中,纤维的速度与网速不同
7、,剪切应力可使纤维部分地随纵向排列,如二者 速度相等,此效应最小,而随着速差的增加,就对任一方的效应都将增加；这种现象在成型期间极易发生在最靠近网面的浆料的那些纤维；随着浆层厚度在移 动过程中逐步减薄,此效应将越来越小,这形成了,纸页从网面到正面“ 纤维定向排列”的梯度变化； 对于双向脱水的夹网纸机, 其整个纸页的纤维定向排列将更为对称和均一；9 匀度成型机理：流体动力学滤波指的是悬浮液在脱水过程中能够改善匀度,在纤维层的最低定量区 域内,通过沉积的纤维层流速最高,流淌阻力最小；因此,悬浮液流向定量低的地方；这种机理就是流体动力学滤波；由于这种机理,手抄片比完全随机的行为网状结构的匀 度好；纤
8、维絮聚是导致匀度差的主要缘由；纸料悬浮液的密度直接影响絮聚,密度高会引起严峻絮聚,由于密度高,纤维相互交叉的可能性大,0.5%是一个界限；匀度仍取决于网前箱和网部的动,由于,适当大小的 动可以破坏纤维的絮聚；在纸机生产的浓度下, -动对于防止纤维絮聚很有必要； 在网部,调剂脱水元件可以掌握 动,在长网纸机上,匀度提高得很小,但是对于混合和夹网成型器,匀度提高很大；在悬浮液中,不同的速度产生了剪切力从而直接破坏了絮聚,产生了-动,-动能产生正面的影响或负面的影响；对于夹网成型器,在浆网速差为0 或浆网速相近时,匀度细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - -
9、 - 第 3 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -最好；对于长网纸机和混合成型器,最好的匀度发生在有较大的速度差时,值得留意的是转变网速或浆速都能够转变浆网速度差；对于给定定量和纸机产量,我们只有通过转变堰板开口或网前箱流速来转变浆速；这两种方法在网前箱内的 10 纸页的憎液性能：-动程度不同；纸张是由纤维通过分子间的范德华力以及氢键等作用力重叠交叉而成；由于纤维本 身是多孔性的,加上纤维与纤维之间的间隙,在纸张表面和内部都存在着很多的“ 毛细 管” ；当这些毛细管与液滴接触时,毛细管便会对
10、液体产生一个拉力,在肯定的条件下,滴在纸张表面上的液滴第一将纤维润湿,然后引着纤维表面对四周扩散,进而浸入纸张 内部,在纤维间扩散,最终纸张被润湿；液体对纸页的浸透深度和浸透速度均取决于液体的性质（包括液体的表面张力和粘 度）和纸张结构,但在纸张结构以及液体性质不变的情形下,液体对纸页的浸透仅取决 于液固两相间的接触角,而液固两相间的接触角又取决于表面张力的作用；10 AKD 是烷基烯酮二聚体的简称, 是一种纤维素反应型施胶剂,是由硬质酸解聚制备而成的,它既能作为内施胶剂,也能做为表面施胶剂；AKD 分子中有 2 种基团,一是疏水基团,含有 12-20 个碳原子的长链烷基,给予良好的疏水才能；
11、二是反应基团,烯酮二聚体形成的脂环,给予 AKD 分子与纤维素羟基结合的反应活性,在中性或弱碱性的条件下,其内酯环能和纤维素的羟基直接反应,生成稳固的 酯化反应形成的强共价脂键,不用硫酸铝作为沉淀剂,能把.-一乙烯酮脂键,这种通过 AKD 分子中两个疏水长链烷基固定于纤维表面,形成疏水层,改善纤维表面的抗渗透性,从而起到施胶成效；11 纤维在干燥过程中,纤维间会形成化学键合,纤维素与半纤维素间发生半羧醛型的 自动交联,从而引起了纤维的角质化；12 液体要把固体表面完全润湿,应满意这样的条件：即该液体的表面张力应小于固体 的表面张力,因此,越是表面张力小的固体表面,越难被各种液体润湿,即易排斥液
12、体；4 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -假如纸张的表面张力小于水的表面张力72mN/m 时,才会憎水；当考虑憎油性时,由于一般的油类（有机液体）大都具有 20-40mN/m 的表面张力,因此,如能把纸的表面张力处理的低于这一表面张力时,才能拒油并且给予憎油性,这是取得憎油性能的条件；目前,只有应用全氟烷基化合物才能使纸的表面张力处理到低于油的表面张力范畴；含氟化合物一般能使纸的表面张力降至18
13、-22mN/m,一般油类物质如食油等的表面张力为 30mN/m；当含氟化合物的亲水基部分吸附或结合在纸张表面时,氟碳链基的三氟甲 基朝外排列成低表面能的疏油疏水膜,在不转变纸张本身性质的基础上达到抗水抗油作 用；13 水蒸气渗透性是包装纸一种特别重要的性质；纸对水蒸气的抗击性和对水的抗击性 是两种不同的性质,防水性是通过加进施胶物质而产生的,但施胶对水蒸气渗透没有多 大作用；水蒸气是一种气体, 良好的防水蒸气性能是通过加进诸如石蜡等材料而获得的；石蜡等材料把纸页的全部间隙填满,气相的水蒸气就没有通路,但是仍有一些水能透过 纸张,那是由于水蒸气被暴露在纸和纸板的一面的纤维所吸取,然后以水的形式通
14、过纤 维再在纸或纸板的另一面释放出来；14 纸张的强度是由多种因素所打算的,第一取决于纸中纤维间的结合力,和纤维本身 的强度,以及纸中纤维的分布和排列等；而最重要是纤维间结合力；绝干纸的纤维过干 发脆,因此机械强度（特殊是耐折度）指标比较低,随着含水量增加,纤维变得松软,纸的主要机械强度指标上升；但是,这种关系只是在水分达到某一最相宜数值之前才是 正确的,超过这一数值,由于渗入到纸间隙中的水分子层的挤涨作用,纤维间的结合减 弱,就会对机械强度指标带来不利的影响；最相宜的水分含量依机械强度指标而定；如 与其他很多机械强度指标的最大值相比,通常耐折度指标的最大值要在更高的水分下才 可得到；15 卷
15、曲是纸张收到湿度和温度的影响所发生的特有的一种变形现象；它是纸张不匀称 伸长和收缩所产生的结果；卷曲与尺寸稳固性有关；从表现形式上分三种：纵向卷曲,5 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -即卷曲的轴线与纸机的运行方向一样；另一种是横向卷曲,即卷曲的轴线与纸机的运行 方向垂直；仍有一种是对角线卷曲,即斜卷曲,这种情形比较少见；从卷曲的缘由来看,卷曲可分为机械性卷曲；结构性卷曲；和水分卷曲；机械性卷
16、曲是由于在生产储存和加工过程中,纸幅收到机械拉伸,使纸和纸板的一个表面在受力 时超过其弹性极限所引起的卷曲；很多卷曲是结构性卷曲,由于纸幅的两面具有不同的 结构和组成,在干燥时两面产生不同程度的应变而产生的卷曲,称为结构性卷曲；水分卷曲是当纸页的一面比另一面有较多的纤维交叉而发生的；一种情形是当纸张所处的湿度环境变化引起纸张的水分变化时发生的；在某种水分时, 纸页可能是平稳的,但当水分变化,平稳破坏了,就产生卷曲；另一种是当纸张两面含水量变化时也会发生 水分卷曲；波状边缘是由于堆在一起的纸沿边缘吸取水分而造成的；当把存放在低温仓库里的 纸运到暖和的印刷车间去后,经常显现这种情形；假如纸的温度低
17、于室内空气的露点,水就会在纸的边缘凝聚,从而引起边缘膨胀；当纸堆很干燥,进入较高湿度环境时,也 会显现波状边缘,但是纸从空气中吸取水份,后果是一样的；起皱是由于纸局部的膨胀或收缩而造成的；水或放水造成起皱现象；当纸的匀度, 定量不匀称时, 局部的吸一般的讲,纸张经过水分平稳后,内部应力基本排除,纸张与环境基本上形成了一 个平稳,组成纸张的纤维处于一种相对静止或极慢的变化状态；但当环境湿温度发生变 化时,纸张内部的纤维也在逐步地转变；吸取性好的与吸取性慢的纸张对于吸湿的反应 不同；纸的养生就是把纸长时间放在大气中,以排除环境变化对纸产生的不良影响；纸的调态也是把纸放在特定的环境中,但其目的在于使
18、纸获得使用条件下所要求的 水分；纸厂的调态与养生后,要在随后用防潮材料包装,否就没有意义；6 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -16 半纤维素是由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖,大多带有短的侧链；构成半纤维素聚糖主链的单糖主要是：木糖,葡萄糖和甘露糖；构成半纤维素短的侧链糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖等；由于半纤维素在化学结构上具有支链,所以它的物理结构是无定形的,半纤维素聚合度一
19、般在150-200,其分子链比纤维素的更短,同时,半纤维素分子结构上有很多游离的羟基,半纤维素的首位羟基和次位羟基具有强亲水性,加上半纤维素分子间结合力小,简单游离出羟基,因此半纤维素比纤维素更亲水；17 纸张是一种多孔性的物质,其密度大约为 0.5-0.6g/cm3,它的相对密度为 0.5-0.8 g/cm3,比纤维素低,纸中 70%是间隙,纸中的间隙是由真正的间隙,即贯穿全层纸的开放细孔；凹陷,即仅与一面相通的空穴；空腔,即包在纸张内部不与任何表面相通的空气空间所组成的；其中,真正细孔为全部间隙所占体积的1.6%,其余的 98.4%都是凹陷和空腔； 纤维也是多孔的, 再加上纸页本身的吸取性
20、, 因此纸页具有良好的吸取性能；-115 18 纸页的平稳水分的大小,第一打算于各种纸料的配比,以及填料的种类和数量；在 同一四周空气湿度下,纸的平稳水分随纸料配比中磨木浆含量的增加而增加,随着矿物填料含量的增加而削减；19 纸张的吸取性能与浆料中纤维的纯度和半纤维素含量有关；浆料中-纤维素含量高,吸取性能大,半纤维素含量高吸取性能低,漂白影响吸取性,长纤维易吸取,短纤维吸取性小；阔叶木的吸取性优于针叶木；棉浆吸取性好于木浆；草类,阔叶木短纤易吸油；木材纤维,针叶木浆,长纤难吸油；湿浆解冻易吸取；20 纸张对液体的吸取过程可以分为两个阶段：20.1 液滴刚刚接触到纸张,在表面张力的作用下,很简
21、单快速渗透到纸张纤维之间的空隙,几乎没有任何阻力,这一过程特别短促,可称为快速吸取阶段,实际上是一个渗透过程；7 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -20.2 纤维间的液体被纤维细胞壁吸取继而扩散进入胞腔；扩散过程的阻力较大,连续时 间也较长,可称为慢速吸取阶段,其本质是液体的扩散过程；很明显,纸张对液体的吸 收时间取决于慢速吸取阶段所需的时间；21 回用纤维的吸取性优于未回用的纤维；回用三次后,
22、纤维细胞壁连续明显分层,回 用五次后纤维径向严峻开裂；22 BCTMP 经回用后纤维形状变化很小；由于其含有较多的木素,纤维比较挺硬,纤 维间的间隙较大,因此回用前后,对液体的吸取行为类似于经回用的化学浆；23 纸张的吸取性随着打浆度的增加而降低；这是由于随着打浆度的提高,纤维润张和 细纤维化增加,纤维的比表面积增大,游离出更多的羟基,促进纤维间的氢键结合,使 纤维的结合力不断增加,成纸结合更为紧密,使纸张中的气孔的口径变小,数量不断减 少,纸张的透气度下降,紧度上升,导致纸页的吸取性下降；游离状打浆提高纸张的吸 收性；粘状打浆吸取性差；加添的纸张,填料分散于纤维之间,削减了纤维间连接和氢键结
23、合,使纸的结构疏 松多孔,从而提高纸张的吸取性；施胶降低吸取性；影响纸页吸取性能最重要的因素是纸页内部的疏松程度,也就是纸张内部间隙所占 空间的大小；纸张的松紧程度用紧度来表示；相同定量的纸张, 其紧度大者内部间隙较小, 因此,紧度只是具有相对比较的含义,并没有说明纸张内部间隙部分所占的比例；纸张的孔隙率是间隙体积与纸的总体积之比；包括纤维间的间隙（大间隙）和纤维 中的间隙（微间隙）；孔隙率是说明纸张多孔性的一种指标,但是深化分析液体向纸张的渗透状态,仅仅 知道纸张的孔隙率是不够的,仍必需明白纸张中毛细管的大小及其分布,或者是毛细管 气孔容积及其分布；涂布纸的间隙平均有效半径为0.2 m,证券
24、纸为1.2 m,吸墨纸为0.1-4 m,大多8 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -数纸种的间隙平均半径为 0.5-2 m；纸页中的纤维排列打算了液体主导扩散方向,从而影响纸的吸取性；由于纸中的纤 维主要是呈纵向排列,因此,纸面的吸取性能总是高于其内部的吸取性；表面方向上的 吸取性高于厚度方向上的吸取性,纸的纵向的吸取性也高于横向的吸取性；纸的纵向吸 收性最大,厚度方向最小（1-5,-30%）,纤
25、维材料横向间隙的有效半径为纵向间隙的 60-90%,因此,纸张纵向的吸取性最大；水渗入纸内可能是纤维间的渗透,也可能是纤维内的渗透,纤维间的渗透速度听从 于毛细管定律,打算于影响毛细管渗透的各种因素；纤维内的扩散速度正比于纤维间结 合力的大小,由于正是这些结合,保证了纤维内扩散通道的连续性；所以,由纤维间渗 入纸中的水分,随着打浆度的上升而降低,而由纤维内渗入的水分将增加；对于未施胶 的纸,液体的渗透到反面的时间特别短,以至于很难把这两种的渗透分开；对于施胶的纸,纤维内的扩散速度比毛细管渗透快1000 倍,由于憎水粒子阻碍水渗透到毛细管中；提高干燥温度都会使纸产生较大的间隙；液体的粘度、 表面
26、张力、液体润张纤维的才能和因此而转变纸页毛细管结构的才能,在液体中有没有溶解的或悬浮的对液体沿纸页毛细管运动的速度有影响的物质等,都影 响纸张对液体的吸取；液体的粘度越高,越难被吸入到纸的间隙中；液体的表面张力越低,就越简单被纸张所吸取；此外,液体的PH 值也有重要缘由,由于纤维润张的难易和液体与纸相互作用的特条件,在肯定程度上打算于这个指标；由于纸面和纸内部为液体润湿的条件不一样,所以在这些情形下,纸面与纸内部的吸取性也不同；在水中加入碱, 水分更简单扩散到纸内, 由于碱有助于纤维渗入水分；正由于如此,在水中加入碱,也促使垂直于水分表面的和此表面接触的纸张中的水分产生毛细管现象；环境的相对湿
27、度对各种纸孔隙大小的分布的特点有影响,从而对纸的吸取性能产生 影响；受到纸张吸取性能的影响,不同的纸种,浸入水中为水完全浸透所需的时间以及为9 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -水饱和时的含水量都是不一样的；24 纸页的油墨吸取原理：纸张对油墨的吸取同样取决于极性吸附和毛细管吸取；纸张主要吸取油墨中的联结 料,油墨联结料被纤维间的间隙与纤维间毛细管所吸取；对于一般纸来讲,纸张纤维中 的间隙比颜料
28、颗粒大如干倍,因而在印刷瞬时,油墨被压入纸张间隙内,然后在纤维毛 细管的作用下被吸取,毛细管越多,孔径越大,其吸墨才能越强；25 纸张的平滑度主要取决于造纸原料和造纸工艺,特殊是纸张内纤维的形状,纤维的 分布状态、加添量、加添品种、表面施胶、表面涂布、纸页形成及压光方式和压光程度；26 影响纸页平稳水分的因素 26.1 相对湿度和温度对平稳水分的影响 26.2 化学组分对平稳水分的影响 27 水分对纸页性质的影响几乎全部的纸张性能都受到纸张中水分的影响；度增加,但不能估计增加的量；当相对湿度由 0 增加 70-90%,耐折水分对结构性能的影响一般比对强度性能的影响小,水分的增加也能引起厚度的变 化,通常增加 10%,当然定量也有所增加,因此纸张的紧度变化不是特殊明显；增加水 分仍使纸张的孔隙度和渗油性减小；10 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 10 页 - - - - - - - - -