纸和纸板结构与性能

纸和纸板结构与性能.
湖北工业大学09轻一
第一章
纸的含义：根据中华人民共和国国家标准（GB4687-84）规定，所谓纸就是从悬浮液中将植物纤维矿物纤维动物纤维化学纤维或这些纤维的混合物沉积到适当的成型设备上，经干燥制成的一页均匀的薄片。

第一代纸：以纤维素纤维为主构成的纸。

第二代纸：合成纸。

以化工树脂等为基材制成的纸。

成膜→纸型化处理
第三代纸：功能纸。

采用某些特殊材料，抄出具有某些性能的新纸种。

如：气味吸收纸、太阳能保温化、金属纤维纸（钢纸）、发热纸、陶瓷纸。

纸张的功能性质
纸张的功能性质就是那些与纤维性质有密切关系的性质。

吸湿性显著，吸水性大。

纤维→纤维素→葡萄糖基→游离羟基吸附极性水分子
提高纸页的孔隙率，可以抵挡一部分单根纤维对纸页的影响。

有氢键结合；有强度；显白色；有柔软性；易燃性
3、纸张结构的特点?
（1）具有多相、复杂的结构要素成分。

（2）纸的结构要素之间具有结合力。

（3）具有复杂的多孔结构。

（4）具有三维结构的结构要素。

纤维的排列方向不同，不同尺寸的纤维分布不同，辅料分布不同。

（5）大多数纸的结构都具有两面性。

4 为什么纸张的强度小于造纸纤维的强度？
纸张的强度主要取决于纤维间的结合强度；而纤维间氢键结合的前提是具有游离状态的羟基，纤维中能够游离出来的羟基只占纤维总羟基的0.5-2%，而98%的羟基体现的是纤维本身的强度。

因此，纸张强度小于造纸纤维的强度。

1造成纸张纵横向差别的原因。

答：①纤维大多数是纵向排列：（反面：纵向排列纤维数量是横向的10倍；正面：纵向是其他方向的2倍）；②在干燥时纵向纸张所受张力交大；③受浆速与网速关系的影响。

由于纸张具有方向性，因此纸张的抗张强度和耐折度，纵向比横向大；撕裂度和伸长率则是横向比纵向大。

2怎样鉴别纸张的纵横向？
（1）纸条弯曲法
平行切取两条互相垂直的纸条，将其重叠，用手指捏住一端，使另一端自由地弯向左方或右方，如果两个纸条分开，则下面的纸条为纸的横向；如果两个纸条弯向另一方，则上面的纸条为横向。

依据：纵向的挺度大于横向的挺度。

（2）纸页卷曲法
平行的切取方形或圆形试片，并标出相当于原试样边的方向，然后将试样片漂浮在水上，试样片卷曲时，与卷曲轴平行的方向为纸的纵向。

依据：横向润胀大于纵向润胀。

(3)抗张强度鉴定法
平行地切取两条互相垂直的纸条，测定其抗张强度，一般情况下，抗张强度大的为纵向。

（4）纤维定向鉴别法
根据纸张表面的纤维排列方向，特别是网面上的大多数纤维，是沿纵向排列的，来鉴别纸或
纸张的纵横向。

3改善纸张纵横向差别的主要途径
1）调节、控制好浆速与网速的关系。

（2）采用网案摇振并合理调节振幅和振次。

（3）调节干燥过程中纸幅的牵引力和干毯的张紧程度。

（4）改进圆网纸机：采用各种改进式圆网槽；采用侧流式网槽；采用喷浆成形式圆网。

竖向结构的特点，造成层结构的原因？
纸和纸板的竖向是指其厚度的方向，竖向结构的主要特点是层叠性。

造成层结构的原因：（1）纸页成形的机理主要是过滤机理。

纤维呈单体状态在网上沉积，在沉积过程中，纤维受到沿垂直方向的重力、脱水元件的推吸力。

（2）纸和纸板的厚度比纤维长度小得多。

纤维长度比纸张的厚度大10-20倍，对于厚纸板，是由多网形成的，每个网笼形成一层纸，然后重叠起来，虽然纸板的厚度接近或超过纤维长度，但每一层纸的厚度仍小于纤维长度。

4影响Z强度的因素
（1）纤维平均长度、单根纤维长度对Z强度的影响很小，可忽略。

（2）Z强度不受纤维强度的影响。

（3）Z强度与紧度的关系。

提高紧度，Z强度增加。

（4）纤维竖向排列情况对竖向性质的影响很大。

5造成纸张两面性的原因
①沿纸的厚度方向纤维定向排列是不同的；②纸料在成形过程中的选分和洗刷作用；③纸浆的配比；④纸张正面容易高度着色的细小纤维的浓度比较大，造成纸张两面颜色的差别。

纸的匀度
6改善纸张两面性的途径
（1）用案板代替案辊。

（2）采用光泽压榨、反压榨。

（3）用施胶压榨进行两面施胶。

（4）采用助留剂。

1分析打将对纸张匀度的影响
打浆度增加，纤维絮聚减少——切断、润胀
从某一打浆度开始，打浆度增加，纤维絮聚增加——纤维的细纤维化：比表面积增加，接触点增加。

滤水速度下降：脱水时间延长，引起再絮聚。

打浆度进一步提高时，长纤维粘状浆絮聚加重：这主要是由于细纤维化增加了絮聚的可能性；短纤维粘状打浆减轻絮聚：由于纤维切断和润胀的共同效应，有可能抵偿表面细纤维化的影响，从而减轻絮聚。

2使用PEO应注意哪些问题？
PEO——聚氧化乙烯，白色粉末。

使用PEO注意的问题：（1）分子量和用量PEO分子量一般在400万左右，用量0.1%左右。

（2）放置在阴暗、干燥的地方，避免与阳光空气接触，否则易氧化。

（3）溶解PEO时，粉状PEO应均匀分散与雾状水膜混合。

（4）稀释过滤：PEO用10倍水稀释，用40——60目过滤。

（5）加入位置：PEO最好在纸机前的高位箱加入。

（6）加入PEO后，有时会产生泡沫，应加消泡剂。

3怎样改善纸张的匀度？
（1）产生微湍流。

（2）改善纸料性质（纤维长度、打浆）。

（3）合理控制上网浓度。

纸页越薄，对匀度要求越高，上网浓度越低。

（4）加入添加剂——阻聚剂（纤维分散剂）
纤维分散剂的主要功能：提高成纸匀度；增加水溶液的粘度；吸附在纤维表面；有一定的热解性。

阻聚剂主要分为植物粘液和合成粘液。

4产生微湍流的途径：微湍流发生器
1试样检测前为什么要进行处理？试样温湿处理的条件？其处理时间是怎样确定的？
处理原因：纸和纸板是由纤维和其他少量辅料抄造而成的。

纤维之间的空隙及纤维自身的毛细管作用，尤其是植物纤维所具有的亲水性使得纸和纸板的含水量随周围环境的温度、湿度变化而变化。

含水量的变化对纸和纸板的许多物理性能都有影响。

所以只有在含水量一致的情况下，测试纸或纸板的物理性能指标才有可比性。

处理条件：大气条件应是相对湿度（50±2）%和温度（23±1）℃。

处理时间：将切好的试样挂起来，以便恒温恒湿的气流能自由接触到试样的各面，直到水分平衡。

一般只要在此环境中处理4h;薄纸板至少要处理5——8h；高定量或其他纸种要48h 或更长时间。

2新闻纸轻量化的意义及轻量化对纸张质量的影响
新闻纸的轻量化可保护森林资源、降低报纸成本，、增加印刷使用面积，减少报刊邮费
因此是新闻纸未来的发展趋势。

影响：1纸张轻度下降2不透明度下降3挺度下降4在纸机横幅方向的横幅方向的纸质变化率大
3厚度测定仪的工作原理
在规定的静态负荷下用符合精度要求的厚度计，根据试验要求测量出单张纸页的厚度来表示结果。

4试分析影响影响纸张紧度的因素及这些因素对纸张强度的影响
①影响结合程度的因素：纤维本身特性（木素、半纤维素）、打浆（打浆度、打浆方式）、湿压强度（压榨方式、辊面硬度）；②填充于纸页空隙的物质：填料、树脂、淀粉；③压光：纤维柔韧性、水分。

5影响透气度测定结果的因素
（1）密封性（2）测量面积（3）试样正反面（4）两夹环间夹紧力（5）调压的稳定情况（6）相对湿度（7）压力（8）时间
6透气度测定仪的工作原理
将试样放入压环与气室间夹紧，启开放水阀及针型阀使容器内水流入量筒，从而使试样的上下面形成压差。

当压差稳定时，测定单位时间内流出水的体积，即可得到试样的透气度。

7纸张发生变形的原因
答：应变的消除；滞后效应；真膨胀和真压缩：a单根纤维发生膨胀或收缩——根本原因；b纤维相互拉紧或推开。

1谈谈怎样改善纸张的形稳性
答：（1）调整原料及浆料配比，配用棉浆，抄形稳性高的纸张。

对于伸缩率要求较高的纸张(伸缩率<2．5％)，长纤维配比不宜高于60％。

（2）控制合适的打浆度
从降低伸缩率的角度来讲，打浆度越低越好，但在实际生产中，为了使成纸具有一定的强度，浆料必须打至一定的打浆度，以保证一定的润胀和帚化。

这样，在生产中既要保证伸缩率要求又要满足强度要求，就必须控制合适的打浆度。

（3）施加松香胶及填料，改善纸页形稳性。

（4）减少纸张的横向伸缩率。

a.降低纤维方向性排列浆速↑，纤维方向性排列↓
浆速在略大于网速时，纸张形稳性较好。

b.限制横向收缩正确控制干燥部张力，不使纸页拉的过紧；张紧帆布，使纸页贴烘缸表面；采取机械处理方法。

2为什么表面施胶可以改善纸张的形稳性
3为什么纸张的横向伸缩率大于纵向伸缩率
因为在纵向上，纤维受网、毯等牵引力作用，在抄造过程中会有很大程度的伸缩，浸在水中或湿度变化，伸缩的余地已经很小，所以一般印刷用纸的纵向伸缩率在0．1％~0．2％；而横向分布的纤维在抄造中没有牵引力作用，并且由于纵向上的牵引力，横向纤维始终处于收缩状态，一旦浸在水中或湿度变化，横向伸缩较大，所以一般印刷用纸的横向伸缩率在2％以上。

4分析打浆对纸张形稳性的影响
答：随着打浆度的提高，纸浆中纤维的长度变短，纸和纸板在环境湿度变化中的形状和尺寸的变化率即伸缩率增大，导致形稳性变差。

为了使成纸具有一定的强度，浆料必须打至一定的打浆度，以保证一定的润胀和帚化。

1在受到外力作用时，纸的变形的特点
（1）非直线的负荷——伸长率曲线
（2）在一定负荷下，可以连续的伸长或蠕动
（3）负荷——伸长率曲线随负荷的速度而变化，在高负荷下，伸长率降低及负荷增加。

（4）为一定伸长率需要的负荷随着时间而降低。

纸张断裂时的负荷取决于加载时间。

2在测定抗张强度时，为什么要调节动夹头速度，使纸张在5-30s秒内断裂
3影响抗张强度测定结果的因素
（1）相对湿度和温度
水分↑→纤维拉断容易→抗张强度↓
温度↑→拉力↓→抗张强度↓
（2）拉伸速度的影响
加荷速度快，所得结果较大，反之测定结果就小。

（3）夹距不同的差异
夹距↓→测试结果↑
但当夹距﹥180mm时，又比180mm时的测定结果大，所以夹距180mm是最低夹距。

4计算裂断长：L=1/9.81*（F平/bq）*1000
L:裂断长km b：纸样宽度mm F平：纸样平均抗张强度N q：定量g/m2
1撕裂度测定仪的工作原理
具有规定预切口的一叠试样（通常四层），用一垂直于试样面的移动平面摆施加撕力使纸撕开一固定距离。

用摆的势能损失来测量在撕裂试样的过程中所做的功。

2影响撕裂度测定结果的因素
1）相对湿度
（2）仪器精度的影响
（3）不同层数对撕裂度的影响
层数对撕裂度的影响受打浆度、纤维结合力的影响。

层数↑→撕裂度↑
1耐折度测定仪的工作原理
一个窄纸条在标准状态下受到纵向张力向左及向右折叠，直至纸条断裂。

2影响耐折度测定结果的因素
（1）相对湿度
（2）温度
温度↑→折叠区内纤维强度↓
（3）仪器的张力
1耐破度测定仪的工作原理
将试样放于弹性胶膜上，紧紧夹住试样周边，使之与胶膜一起自由凸起。

当液压流体以稳定速率泵入，使胶膜凸起直至试样破裂时所施加的最大压力即为试样耐破度。

2影响耐破度测定结果的因素
（1）相对湿度波动对测定结果的影响
（2）油缸残存空气的影响
（3）试样夹紧力的影响
夹紧力↓→测试结果↑
（4）加压（送油）速度
（5）胶膜的阻力值和稳定性
1试分析影响脆性的主要因素
(1)纤维长度和杂细胞含量
杂细胞越少，脆性越低；长纤维越多，脆性越低。

（2）填料和助留剂对纸张脆性的影响
a.加入助留剂→脆性模数↑→脆性↑
加入助留剂，一方面降低了纤维的平均长度，另一方面增加了杂细胞的含量。

b.加填→脆性模数↓→脆性↓
因加填降低了纸张的紧度。

c.同时加填料和助留剂，最后取决于填料品种、用量、保留情况等。

（3）强度（拉力、耐破度）
脆性大，拉力、耐破度大。

（4）水分对纸张脆性的影响
当纸页水分含量较高时，脆性较低。

（5）原料的化学组成对纸张脆性的影响
纤维含量高→脆性低
（6）浆料配比对脆性的影响
脆裂度随竹浆配比增加而增大。

2影响纸张白度，不透明度的因素
影响纸张白度的因素：（1）纸浆的白度是决定纸白度的基本条件。

（2）填料填料↑→白度↑
（3）透明度透明度越高，透过光的反射率越高，白度越低。

（4）生产用水质量
（5）增白剂
影响不透明度的因素：（1）定量定量↑→不透明度↑；定量﹥1.5不透明度增加幅度比较小。

（2）紧度紧度↑→不透明度↓
（3）填料加填→不透明度↑
因填料的光散射系数和反射系数比纤维大。

（4）浆料半纤维素含量↑→不透明度↓；木素含量↑→不透明度↓
（5）白度和色泽白度和色泽↑→不透明度↑
1平滑度的测定和透气度的测定有什么区别
透气度的测定原理：当压差稳定时，测定单位时间内流出水的体积，即得到试样的透气度。

平滑度的测定原理：在胶膜与玻璃砧之间的试样受到试验压力而贴在玻璃砧的磨光面上，系统的真空度使一定容积的空气通过玻璃砧和试样的接触面，测定所需的时间即得到平滑度值。

试样表面越光滑，试样与玻璃砧接触的越紧密，空气通过的阻力越大，所需的时间就越长。

2平滑度的测定仪器的工作原理
将纸或纸板放在玻璃板上，施加特定压力产生半真空，从而吸入空气并使空气通过接触表面，测量真空度在规定范围内的变化情况。

3平滑度两面差计算
△P(%)=〔(P大—P小)/P大〕ⅹ100%
△P：平滑度两面差，%；P大：平滑度较大测量值,s ；P小：平滑度较小测量值，s。

拓展：
定量：单位面积纸或纸板的质量。

厚度：在一定的单位面积压力下，纸和纸板两个表面间的垂直距离。

紧度：单位体积的纸或纸板的质量。

松厚度：单位质量的纸或纸板的体积。

干纸强度：纸张经过干燥以后的强度。

（干度﹥50%）
湿纸强度：在抄造过程中，干度在35——50%以前纸张的强度。

湿强度：纸张经干燥以后再浸湿所具有的强度，一般只保持干纸强度的4——10%。

静态强度：纸或纸板在缓慢受力的情况下所显示出来的强度。

动态强度：纸或纸板所能经受瞬时冲击的程度，即表示纸或纸板受力后瞬时扩散而破裂的动态情况。

抗张强度：纸或纸板能够承受的最大张力。

环压强度：一定尺寸的环形试样在一定的加压速度下平行受压，当压力增大至样品压溃时所能承受的最大压力。

撕裂度：撕裂预先切口的纸或纸板至一定长度所需要的力。

耐折度：纸或纸板在一定张力下所能经受往复折叠的能力，以往复折叠的次数的对数表示。

挺度：纸或纸板的抗弯曲能力。

测定时是将规定尺寸的试样一端夹紧，另一端受力弯曲至一定角度所需的力或力矩。

透气度：在规定的条件下，在单位时间和单位压力差情况下，单位面积的纸或纸板所通过的平均空气量。

白度：对波长为457nm蓝光的反射因数。

透明度：单层试样反映被覆盖物影响的显著程度。

不透明度：单页纸张在“全吸收”的背衬标准黑垫的反射率与完全不透明的一叠同种纸张做衬垫的单页纸的反射率的比率。

形稳性：纸或纸板被水浸湿或在增湿或减湿的环境中形状尺寸的伸缩性变化。

平滑度：在一定的真空度下，一定体积的空气通过受一定压力、一定面积的试样与玻璃面之间的间隙所需的时间。

匀度：纸或纸板中纤维及其他固体物质分散的相对均匀程度。

脆性：纸或纸板使用过程，经弯曲、压折时易断、易产生裂口、易碎，或韧性欠佳，承受冲击能力差，易受外力冲击而破裂或破碎即脆。

柔软度：在一定作用力下，把一定宽度和长度的试样压入一定宽度的缝隙中一定深度时，试样本身抗弯曲力和试样与仪器缝隙之间摩擦阻力的矢量和。

纸的性能：①一般性能：外观质量、定量、厚度、紧度、尺寸稳定性等；②机械性能：抗张强度、耐破度、耐折度、伸长率、还压强度、挺度、抗张能量吸收；③渗透性能：透气度、透湿度、透油度、抗水性、憎水性等；④光学性能：白度、光泽度、色泽、（不）透明度等；
⑤表面性能：平滑度、表面摩擦系数、粗糙度、粘合性能、掉毛掉粉性能等；⑥印刷性能：表面强度、油墨吸收性、平滑性、挺度、施胶度等；⑦其他特殊性能：化学性能、电气性能、水溶性等。

纸（纸板）的纵向（Z)和横向：一般规定，沿纸机运行方向为纸和纸板的纵向，垂直于纸机运行的方向为横向。

1、正面与反面的定义：按规定，贴向网的一面为纸和纸板的反面，另一面为其正面。

2、正反两面在结构上的明显特征是：反面由于脱水时部分填料和细小纤维随水流失，所以比较粗糙、疏松；而正面相对比较紧密、表面细腻而光滑，细小纤维含量多，结构比较紧密。

3、正面和反面的识别：
①直观法：折叠一张试片，观察一面的相对平滑性，从造纸网的菱形压痕往往可以认出网面。

②湿润法：用水或稀氢氧化钠溶液浸渍纸面，将多余的液体排放掉，放置几分钟，观察有清晰网面的即为反面。

③撕裂法：一手拿试片，使试片表面成水平，用另外一只手将纸向上拉，这样它首先在纵向上撕。

然后将撕纸的方向逐渐转向横向，向纸的外边撕去。

翻过纸面，这样另一面向上，仍按上述方法撕纸。

比较两条撕裂线上的纸毛，一条线上的要比另一条线上的明显。

纸毛明显的为网面。

4、利用两面性进行判别：测平滑度：干燥时，向里的一面为反面，向外的一面为正面。

表征纸板抗压强度的指标：
①环压强度：在一定的速度下，使环形试样平行受压，压力逐渐增加至使试样压溃时的压力。

（纵向环压强度>横向环压强度）
②平压强度：在一定速度下，使试样收到垂直于纸面的压力，压力逐渐增加至使试样压溃时的压力。

③边压强度：在一定速度下，使直立的试样受压，压力逐渐增加至使试样压溃时的压力耐破性能
抗张强度的影响因素：纤维综合强度、纤维本身强度、纸板厚度、纸板定量、纸板平衡含水率。

衡量抗张强度的物理量：①绝对抗张力；②抗压强度：材料受压后至压溃所能承受的最大压力。

；③裂断长：表示一定宽度的纸条被本身的重量所拉断时的长度，是抗张强度和定量的比值；④抗张指数；⑤伸长率：纸和纸板收到张力作用，至断裂时所增加的长度与纸和纸板原长度的百分比。

（伸长率越大，形变能力越强，韧性越好）⑥抗张能量吸收值：指纸张被拉断时外力所做的功，几何意义四抗张强度与伸长率曲线所包围的面积。

伸长率的影响因素：纤维综合强度、纤维本身强度、纤维品均长度、纤维交错系数、纸页平衡含水率；
影响紧度的因素：①影响结合程度的因素：纤维本身特性（木素、半纤维素）、打浆（打浆度、打浆方式）、湿压强度（压榨方式、辊面硬度）；②填充于纸页空隙的物质：填料、树脂、淀粉；③压光：纤维柔韧性、水分。

表征耐破度的物理量：①耐破因子：②耐破指数：
撕裂度的构成：抵抗撕裂的力主要表现为两部分，纤维间的结合力和纤维本省的强度
撕裂度的影响因素：纤维综合强度、纤维本身强度、纤维品均长度（主要）、纤维交错系数耐折度的影响因素：①纤维结合强度；②纤维本身的强度；③纤维平均长度；④纤维交错系数；⑤纸页平衡含水率
纸张挺度的测定
定义：在标准情况下，弯曲一端夹紧的规定尺寸的式样至15o时的力矩。

以mN²m表示。

挺度的测定：
测定仪器的结构：泰伯式挺度测定仪；
工作原理：该仪器是根据力矩对转轴中心平衡原理设计
挺度的影响因素：①纤维结合强度；②纤维平均长度；③打浆度；④半纤维素的含量；⑤木素的含量；⑥纸板的厚度与紧度。

影响纸张紧度的因素。

（1）影响结合程度的因素，如纤维本身的特性：木素、半纤维素；打浆的程度和方式；湿压强度。

（2）填充于纸页空隙的物质：树脂、填料、淀粉和其他非纤维性物质
少量加填，紧度下降；大量加填，紧度提高。

加填不论是增加或降低紧度，强度都会降低。

加树脂、淀粉，重量将会增加，但厚度并不相应增加。

（3）压光。

压光能增加纸的紧度，它不一定能增加抗张强度、耐破度，甚至有所降低。

压光并不是单纯的机械作用，在此过程中，纤维间的结合要重新分配。

紧度与其他性质的关系。

提高紧度能够增加纸或纸板的抗张强度和耐破度，在一定范围内也能增加其耐折度，但撕裂度则随着紧度的提高而降低；提高紧度会降低纸或纸板的透气性、多孔性、吸油墨性、不透明性和形稳性，但增加其刚性和脆性；提高紧度可增加纸或纸板的表面强度和层间结合强度，也增加其耐电性能。

可勃吸水值定义：在一定条件下，在规定的时间内，单位面积纸和纸板表面所吸收的水的质量，以g/m2表示。

根据两次称量的试样质量之差计算可勃吸水值：C=（g2-g1）*100(g/m2)
施胶度：以标准墨水在纸和纸板表面划线时不扩散、不渗透的最大线条宽度毫米来表示Cobb60的含义：60S内单位面积纸和纸板表面吸收的水的质量。

可勃吸水值、施胶度测定方法：墨水划线法和液体渗透法
柔软度的测定：
仪器的结构：手感式柔软度测定仪
仪器的工作原理：当电动机带动测量臂向下移动时，测量刀片将置于测试平台上的试样压入测量缝隙内一定深度，此时试样与台口所产生的摩擦力及试样本身的抗弯刚度传给传感器，再有放大器放大，并经A/D转换，在仪器电机运行完一个周期后，在显示器上将力值显示出来。

怎样控制上网浓度保证纸张匀度：实践证明，浓度越小越有利于纤维分散，掌握适宜的上网浓度（0.5%-0.8%）。

当纸料上网浓度过高时，表现为斑痕状。

为什么草浆造纸紧度大？
对于草类纤维（如蔗渣、麦草等），一般存在纤维短（短纤维并有较多半纤维素存在的草浆，才明显地表现出脆性）、半纤维素含量高、易润胀、结合力大（增加强度、增加紧度）、杂细胞含量多（增加纸张紧度）等特点。

所以用草浆造纸，其抗张强度和耐破强度均较高，撕裂度较低，而纸张的紧度很大，韧性差，脆性大，容易破裂。

为什么纸张的强度小于造纸纤维的强度？。