纖維特征對紙張結構和性能影響

1、個人資料整理僅限學習使用目 錄纖維特征對紙張結構和性能的影響1摘要 3第一章前言3第二章紙張介紹4第三章纖維特征5第一節(jié)纖維的長度7第二節(jié)纖維的粗度8第三節(jié)纖維的強度8第四章與紙張結構的關系9第一節(jié)成形性能9第二節(jié)緊度9第三節(jié)光散射系數10第五章抗張強度11參考文獻13致謝 141/14個人資料整理僅限學習使用摘要纖維特征在造紙過程中影響紙頁的結構，并決定紙頁的性能。本文主要概述了造紙纖維的幾種重要特征，如纖維長度、纖維粗度、纖維的內在強度，并分別從微觀和宏觀的角度，分析了纖維的特征對紙張結構和性能的影響關系。b5E2RGbCAP第一章前言紙張是以纖維為主體的多相網狀結構材料，并具有各向異性、

2、多孔性、柔軟性和再利用性等特點。造紙用纖維主要包括植物纖維，如木材纖維、草類纖維、棉麻纖維等，和非植物纖維，如化學纖維、無機纖維、微生物纖維等。不同的纖維種類和特征，其成紙性能的差異很大。 p1EanqFDPw關于纖維特征和紙張性能之間的關系，通常有兩種研究方法1 ：<1）對漿進行分級或以不同的原料制漿，以獲得具有不同特性的纖維，并通過打漿來改變纖維和紙頁的性能，研究紙張對纖維性質的依賴關系。但由于纖維各種性質之間的相互關聯以及打漿導致纖維性質的改變，很難確定單個因素的影響； DXDiTa9E3d<2）用不同尺寸的人造纖維抄片，研究纖維特征對成紙性能的影響。雖然能獲得纖維與紙頁性能

3、之間實驗關系，但對真實的紙漿是否適用尚存疑慮。 RTCrpUDGiT2/14個人資料整理僅限學習使用第二章紙張介紹紙張是一種非勻質材料，結 構復雜， 其結構特點可歸納 為如下幾方面：<1）具有多種元素：纖維、填料、膠料和色料等，其中纖維是紙張結構最基本的元素，纖維原料的種類和加工方法不同，紙張的結構和性質也各不相同。填料、膠料等也因品種不同而有性能差異。<2）纖維、填料、膠料和色料在紙頁 X-Y-Z3 個方向上的分布具有各向異性，表現在纖維的排列方向不同，不同尺寸的纖維分布不同，以及填料、膠料、色料和空氣含量等的分布不同。這種結構的各向異性，主要決定于抄紙的方法和使用的設備。<

4、;3）大多數紙張具有兩面性，即紙張兩面的性質不同。<4）紙張具有孔隙結構，紙張的多孔結構<孔隙率）決定了紙張具有透氣性、吸濕性、吸收性和可壓縮性，這是紙張能吸收水、油墨等液體物質的基礎。<5）纖維、填料、膠料和色料之間的結合決定著紙張的機械強度和與其他物質的結合力。 5PCzVD7HxA第三章纖維特征纖維特征的重要性體現在兩方面：一是在造紙過程中影響紙頁結構的成形，二是決定紙頁的性能。造紙用紙漿包括機械漿和化學漿，他們對于紙張性能的影響不同，紙張結構取決于纖維尺寸和濕纖維的機械性能，干纖維和紙張的機械性能則取決于他們干燥時的壓力 2 。jLBHrnAILg3/14個人資料整理

5、僅限學習使用纖維素分子結構纖維素纖維的性能包括纖維間的結合力、纖維的尺寸和漿料準備及化學品添加階段的優(yōu)化性能 3 。纖維長度、粗度和強度是造紙纖維的三個基木性質，與成紙的性能有著密切的關系。前者反映了纖維形態(tài)的基本特征，對紙張的物理性能和印刷性能影響較大，對紙頁的吸收性和孔隙率影響更大 4 。 xHAQX74J0X圖 1不同的漿種和處理方式，所得纖維的特性也有很大差異。由圖 1<圖中紙漿均為商品漿，由松樹、云杉、樺樹和白楊組成）可以看出，針葉木漿纖維長度分布高于機械漿和闊葉木漿，但寬度分布的區(qū)別級別則沒有那么顯著，即不同漿料4/14個人資料整理僅限學習使用纖維的寬度平均值差別不大。另外，

6、不同漿種的壁厚和橫截面積分布反映的平均值差異不大，但橫截面積大的纖維，其細胞壁厚度也大。 LDAYtRyKfE紙漿纖維的尺寸在造紙流程中不斷變化。在化學制漿和漂白過程中，木素和半纖維素從纖維細胞壁上溶出，纖維變得更薄而更柔軟。機械處理，如混合、打漿、增濃等，使纖維發(fā)生變形，導致纖維卷曲，從而影響纖維長度。化學漿的纖維由 5%-10%細小纖維、 30%中間組分和保留的長纖維組分組成，機械漿中的纖維組分則各占 1/3 。Zzz6ZB2Ltk纖維素紙卷纖維的長度、粗度和強度是造紙纖維的三個基本性質，與紙張的性能有著密切的關系。前兩者反映了纖維形態(tài)的基本特征，纖維長度和強度的變化主要影響紙頁的強度，而

7、纖維粗度的影響幾乎遍及所有紙頁的性質。 dvzfvkwMI15/14個人資料整理僅限學習使用5圖 1 不同漿種的纖維長度、寬度、纖維壁厚、橫截面積分布特性曲線第一節(jié)纖維的長度長度是造紙纖維的一個最重要特征。紙漿纖維的平均長度與紙張綜合強度存在著密切的相關性 6 ，長纖維可以提供更大的結合面積與更好的作用應力分布，在纖維之間產生更多的鍵結合，使得纖維網絡強度更大。濕紙頁的強度隨纖維長度的增加而迅速增加?？箯垙姸?、撕裂度、耐破度業(yè)雖纖維長度提高而改善。但長度增加到一定程度時，在紙漿懸浮液中極易絮聚成團，對紙頁勻度有負面作用，甚至降低紙頁強度。 rqyn14ZNXI纖維長度以及柔韌度、細度和紙頁密度

8、控制各單根纖維所產生的纖維接觸面積，因此，纖維的長度對紙張結構有很大的影響。較寬的、較厚的長纖維使挺度增加，粗長的纖維不易壓潰，所以可獲得較高的松厚度、接觸面積少而更疏松的結構，以及較低的耐破度和抗張強度。 EmxvxOtOco6/14個人資料整理僅限學習使用纖維長度本身作為主要的紙漿質量參數，并不具有現實意義。因為纖維的規(guī)格，如長度、寬度、細胞壁厚度和粗度等，都是相互聯系的，只有綜合考量，才能科學評價其對制漿造紙的影響，進而確定纖維特征與紙張性能的關系。SixE2yXPq5第二節(jié)纖維的粗度纖維粗度是指單位纖維長度的質量，以 100m長纖維的絕干質量 ( mg> 表示。粗度的數學表達式為

9、： C=d×105/n, d 是單位容積重量， n 是每平方毫 M的纖維數量。粗度在抄紙中與纖維長度一樣重要，但由于其測量較難而很少應用。造紙用的最粗纖維，其粗度可超過30mg/100m，而極細小纖維則小于l0mg/100m7 。6ewMyirQFL粗度對紙張的多數強度性能、空氣和液體滲透性以及表面平滑度均有重要的影響。粗度與每克重的纖維數之間有一個相反的關系，它可影響紙張的許多強度性能。 Sastry 發(fā)現在纖維質量和長度之間有接近線性的關系，并指出較長的木材纖維一般比短纖維要粗一些。粗度對確定紙漿質量很重要，對紙張的性能有很大的影響，它通常不受打漿的影響。 kavU42VRUs第

10、三節(jié)纖維的強度圖 27/14個人資料整理僅限學習使用如圖 2 所示，植物纖維的強度比許多工程材料還要大，但紙頁強度并不高，纖維本身的強度遠大于由其組成的紙張強度。這一方面說明單根纖維的強度并不能決定紙頁的強度，另一方面也表明紙頁的強度取決于多種因素，包括纖維間的結合強度、纖維長度和纖維本身固有強度，真正決定紙張強度的是纖維纖維的結合強度。要提高紙張強度，必須從提高纖維纖維的結合強度著手。y6v3ALoS89纖維的強度一般用零距離抗張強度值表示。隨著紙頁緊度的增加，纖維的強度對紙張抗張強度和耐破度的影響更大。最近的研究認為，在一定抗張強度時的撕裂度與纖維強度的立方幾乎成正比。纖維的強度愈大，其借

11、助于纖維間的結合力對紙張強度所作的貢獻也就愈大。 M2ub6vSTnP第四章與紙張結構的關系紙張是由纖維、輔料、空氣、水分組成的多相網絡式孔狀材料。網狀結構與纖維和鍵合微觀特性之間的聯系來自于紙張干燥過程 <纖維網絡產生內應力），這種內應力是局部性的，作用于纖維內部和纖維之間。宏觀上，這種內應力為零，它取決于纖維收縮的各向異性，干燥時作用于紙頁。 0YujCfmUCw第一節(jié)成形性能在造紙濕部影響紙張勻度的兩個主要參數是：纖維間結合點的數量及其結合強度，他們同時也影響纖維懸浮液的強度。纖維之間接觸點增加，可提高纖維懸浮液的強度，卻破壞了紙頁的勻度。受纖維懸浮液濃度和纖維尺寸影響的絮聚因子，

12、可用來表示纖維間的結合點數量 9 。eUts8ZQVRd紙張的勻度與纖維的長度和粗度有著密切的關系。對于未漂的硫酸鹽漿，隨著纖維長度的降低，其紙頁的勻度提高。長纖維紙頁成形差，主要是由于在抄片過程中長纖維的絮聚程度較大，而短纖維易流動、濾水好，形成的紙頁較均勻。對于纖維的粗度，有著類似的結論，即纖維越細，其勻度越好，越有利于成形。 sQsAEJkW5T8/141200kg/m3 以個人資料整理僅限學習使用第二節(jié)緊度當纖維的長度和粗度都較低時，纖維的網絡系統(tǒng)有更加緊湊的趨勢。隨著纖維長度的降低，所形成紙頁的緊度提高。類似的，紙張緊度隨纖維粗度的增大而下降。紙張緊度的主要影響因素是纖維的粗度、細纖

13、維化、干燥時的起皺性及漿中細小纖維含量。而纖維粗度對紙張緊度的影響可能是由纖維粗度對纖維的濕柔韌性的影響所致，因為粗度越大的纖維其濕柔韌性相對越小，因而在紙頁成形時，纖維間的交織面積及結合力相對也越小，從而使紙張的緊度也越小。粗度較大的纖維細胞壁較厚，單位質量漿中纖維數目少，因而造出的紙松厚、多孔和粗糙。同時由于其比表面積較小，可供光射散的面積較少，因而構成的紙頁不透明度較低。GMsIasNXkA第三節(jié)光散射系數低粗度的纖維意味著較為細小并具有較多的結合面積，使未結合面積( 非光學接觸面積 >減少，而光的反射和散射只能發(fā)生在未結合面積上，因此漿張的散射系數和不透明度，隨著纖維粗度的下降而

14、降低 10 。TIrRGchYzg未鍵合纖維的光散射系數來自于比表面積或單位質量面積。如圖3 所示，纖維細胞壁厚越小，化學漿纖維的光散射系數Sf 越高，例如早材纖維。機械漿纖維由于比表面積較低，比化學漿纖維散射的光少。機械漿纖維成紙具有更加多孔和松厚的結構，也與這種差異有一定聯系11 。 7EqZcWLZNX細小纖維大的比表面積使其具有高的鍵合能力，從而有利于紙頁鞏固?；瘜W和機械漿的細小纖維的惡影響由于不同的表面化學和比表面積而不同。機械漿的細小纖維比化學漿的粗糙、硬挺。全化學漿成紙的表觀緊度可達上，而機械漿成紙則大約 500kg/m3。lzq7IGf02E機械漿的細小纖維組分對成紙光散射系數

15、有很大影響，這是因為細小纖維即使在紙頁中也保留一些外露區(qū)域。機械漿未鍵合細小纖維的光散射系數Sf 可以達2以上，相比之下，化學漿的細小纖維幾乎都成鍵，Sf 可低達 5到 100m/kg2m/kg. 。zvpgeqJ1hk由圖 4 可知，當添加化學漿細小纖維時，紙頁緊度增加，但光散射系數維持恒定或略微降低；當添加少量機械漿細小纖維時，有類似的變化趨勢，但添加量較大，紙頁緊度恒定，光散射系數急劇增加。 NrpoJac3v19/14個人資料整理僅限學習使用第五章抗張強度其中為纖維長度，為纖維粗度。公式顯示對任意NL 層的紙頁，每單位克重W，每單位寬度所需的力正比于纖維的長度，反比于纖維粗度的平方；

16、f 是纖維纖維間的摩擦力， C是每單位纖維長度的平均質量。這些假設和實驗的結果基本是吻合的，公式為我們展示了纖維本身的特型對紙頁性能的影響。1nowfTG4KI在一定的紙頁緊度時，抗張強度隨纖維長度的增加而提高，由于長纖維能提供更多的結合點，同時長纖維本身具有較高的強度，有利于應力均勻分布。但當長度達到某個值 (2. 95mm>時，繼續(xù)增加纖維長度并不能導致抗張強度的進一步提高。這是因為當纖維達到一定長度，有相當多的結合點時，撥出纖維比拉斷10/14個人資料整理僅限學習使用纖維困難，此時抗張強度主要受纖維強度控制，不再隨纖維長度的增加而變化。 fjnFLDa5Zo在不同的打漿轉數下，由不

17、同纖維粗度的纖維抄得的紙張，其抗張強度隨纖維粗度的增加逐漸降低，這是因為紙張抗張強度主要取決于纖維間的結合力。隨著纖維粗度的增加，比表面積減少，抗張強度下降。由纖維粗度較大的纖維抄得的紙張，其纖維間結合力相對要小一些，因而，其紙張的抗張強度也相對要小。另外，隨著打漿的進行，提高了纖維結合力，紙頁的抗張強度也不斷增加。 tfnNhnE6e5細小纖維組分可以通過三種方式改善纖維結合：比結合強度 <類似膠水的作用）；纖維交叉部分的鍵合面積<結合邊界的累加）；纖維之間的結合數量 <拉近纖維）。因此 , 在纖維中加入細小組分 ( 也含有細小纖維組分 >可以提升抗張指數就很正常。1

18、1/14個人資料整理僅限學習使用參考文獻1. 華同文等著普通化學原理 <第二版），北京大學出版社， 1993 年2. 天津大學無機化學教研室編，無機化學<第二版），高等教育出版社，1992 年3. 武漢大學等校編，無機化學 <第二版），高等教育出版社， 1988 年4. 武漢大學等校編，分析化學 <第二版），高等教育出版社， 1982 年5. 華東理工大學分析化學教研組等編，分析化學 <第四版），高等教育出版社， 1982 年6. 彭崇慧等編著，定量化學分析簡明教程，北京大學出版社，1985 年7. 南京化工學院等校編，無機化學分析，高等教育出版社，1984 年8. 杭州大學化學系糞臭化學教研編，分析化學手冊，化學工藝出版社，1979 年9. 李賦寧，化學史，北京：商務印書館， 2004 年10. 崔更國，纖維素的制備，人民出版社 2004.6 年11. 林天送，纖維素的結構與制造，建宏出版社， 1999 年12. 劉榕，紙張的基本制造理論，人們教育出版社， 2003 年相關文章制漿廢液總糖含量的快速檢偶極矩的測定實驗中剩余液新型