第七章纸板的结构.pptVIP

第七章 纸和纸板的结构及结构 纸页结构的特征表述 纸张是由随机散乱的纤维排列而成，纤维一般平置于纸张平面内，很少有厚度方向的排列，同时在顺纸机的方向排列的纤维多于垂直纸机方向的纤维。纤维的长度较短，纤维之间的交织力较低，纤维之间必须有足够的结合力以提供纸张所必需的强度。纤维的规格和性能都具一定的分散性。 因此，纸张是一种多相、非均质、非均匀分布且具有三维结构的网状物材料。表征网状物参数主要有：纤维的规格（长度、长径比等）、纤维物理性能、纤维的几何学定向、纤维结合力（结合面积、结合强度）、多孔性等。 即使是采用的纤维原料完全一样，纸和无纺布以及织物结构、性能都有明显的差异。 纤维之间的结合理论 氢键结合理论 高分子材料界面的粘结力：化学主价键力（30kcal/mole）、氢键结合力(5 kcal/mole)、范德华力(2 kcal/mole)、色散力。 纸页干燥、吸水后强度发生巨大变化，并且可以逆转。 Brougton和Wang的实验：用一系列不同极性的液体浸渍纸页，纸页的强度与液体的极性成反比，而与液体的表面张力无关。 氢键结合理论 Brougton和Wang的实验：纸页在水中成型后，分别采用三种方法干燥：正常干燥，冷冻后升华，用有机溶剂取代水后蒸发。发现后两种处理后纸页强度都比较低。 Campbell的实验：纸分别用水，甲醇，丙醇三种液体浸渍，强度降低依次减小。 Nissan的实验：将纤维表面乙酰化，随着乙酰化程度的增加，纸页强度降低。 部分溶出理论 在溶液中纤维表面高分子链段部分溶解，在接触区域相互扩散，在溶剂脱除后粘结在一起。 植物纤维表面在水中部分溶解，但不溶于丙酮或非极性溶剂，所以在水中能形成强度好的纸页，在丙酮和非极性溶剂中不能形成强度良好的纸张。 醋酸纤维正好相反。 纸页的固化机理 纤维在纸机上沉积成纸页后，随着水分的脱除，在表面张力的作用下，纤维之间的距离越来越小，表面张力在纤维之间产生的压强越来越大，当纤维表面的羟基距离小到2.5-3.5A0以内时，纤维表面羟基中的氧原子与相邻纤维中的氢原子形成氢键结合，使纤维之间相互结合，从而使纸张具有一定的强度。 纤维有效结合面积、结合键密度、纤维交织次数、纸页单位体积结合键数量对纸张的各种性能有直接的影响。 纤维尺寸、几何形状对纤维结合的影响。 纤维可塑性及润涨性对纤维结合的影响。 半纤维素对纤维结合的影响 半纤维素使纤维细胞壁的可塑性更好，纤维表面的结合更为良好。 半纤维素分子由于分子量低，分子链段更为柔顺，使得半纤维素和纤维素通过羟基形成氢键结合更为容易。 Aiken实验：在破布浆中添加木糖可显著增加纸张强度，而添加乙酰化的木糖显著降低纸张强度。 针叶木的半纤维素对于纤维结合的贡献比阔叶木大。 Klinstedt发现纸张强度与碱溶半纤维素含量更相关，而与戊糖含量关系不大。 半纤维素含量太高也会降低纸张强度。 纤维素对纤维结合的影响 纤维素分子量越大，纤维可以在机械力的作用下充分润涨，细纤维化，增加纤维之间的结合面积和结合强度，从而制造出强度更高的纸张。 木素对纤维结合的影响 木素分子阻碍水进入纤维细胞壁，限制了纤维的润涨和塑化。 木素分子阻碍纤维素之间氢键的形成。 木素分子使纤维更加挺硬，纤维之间的交织结合减弱。 水是植物纤维结合的关键 水使纤维润涨和塑化。 水的表面张力可以使纸张在干燥过程中纤维结合得更为紧密。 水是氢键形成的介质，并且可以破坏纤维之间的氢键。 纸张结构性能 1、两面差 （1）纤维几何特征差异造成的两面差 ◆大纤维未沉积或少量沉积之前，细小纤维从成型网穿过。 ◆大、小纤维沉积速度的差异。 ◆在成型后由于真空箱或案棍的作用。 （2）染色后两面差 （3）填料引起的两面差 2、纵横差 纤维在成纸过程中，纤维的排列呈一定的方向性，造成纸张强度、吸水膨胀、断裂伸长率也呈一定的方向性。 主要是由于浆速和网速的差异造成。 园网纸机的纵横差大于长网纸机 长网纸机纸张网面纵横差大于毯面 判断纵横向的几种方法： ◆肉眼判断 ◆改变纸的水分，纸张的变形 ◆抗张强度差异 ◆耐破破坏裂缝方向 ◆挺度差异 3、纸的竖向（Z向） 纸张竖向结构特点 影响纸张竖向强度的因素 竖向性质对纸张性能的影响 4、匀度：纤维在纸张中分布的均匀性 影响的主要因素包括：流送介质的流体力学状态、流送介质的物化特性、纤维的物化特性 纤维的分散因子：相当于纤维长度的球体所含纤维的根数。 5、定量：单位面积纸张的重量 吸湿性对纸张定量的影响。 定量波动主要受匀度和浆料流送设备稳定性影响。 定量波动对纸张性能的重要影响： 价格 强度 厚度 电学性能 光学性能 平滑度、摩擦因数、表面强度、表面导电率、表面液体吸收性、水分含量、尘埃度、耐久性、吸湿润涨性。 6、紧