纸张结构及性能
(完整版)纸张结构及性能
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、
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。
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。
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。
纸和纸板结构与性能实验指导书09级用
纸张性能及检测实验指导书编写：田晓辉湖北工业大学化学与环境工程学院2012.9目录1. 实验目的 (1)2. 实验计划 (1)3. 实验要求 (1)4. 实验内容 (1)实验一纸和纸板检测前准备实验二纸和纸板纵横向和正反面的测定实验三纸和纸板定量、厚度、紧度的测定实验四纸和纸板抗张强度和伸长率的测定…实验五纸和纸板撕裂度的测定实验六纸和纸板耐破度、湿纸强度的测定实验七纸和纸板耐折度的测定实验八纸板挺度的测定实验九纸板压缩强度的测定实验十纸张柔软度的的测定实验十一纸和纸板透气度的测定实验十二纸张不透明度、白度的测定实验十三…纸和纸板形稳性测定实验十四…纸和纸板纸施胶度的测定实验十五纸和纸板平滑度的测定实验十六纸和纸板吸收性的测定5. 实验报告要求一、实验目的本实验课是轻化工程专业专业课的一个重要组成部分，通过实验过程使学生进一步熟悉纸张几种性能指标的意义，并掌握各种检测仪器的原理、方法和基本操作技术，培养学生动手能力，为学生从事制浆造纸工艺生产、科研打下基础。
二、实验计划安排带*号实验本次不做三、实验要求学生在实验前必须做好实验预习，否则不允许参加实验。
实验预习主要包括以下两个方面的内容：1、检查实验预习报告（预习报告按实验报告要求，待实验完成后，填写实验结果，并对实验结果进行讨论）2、老师在实验前要检查学生的实验预习情况，可采取口头提问的方式了解学生对实验的预习情况。
四、实验内容实验一纸和纸板检测前准备1试样的采取样品是可以代表整体的一张，一卷或一个重量单位的纸或纸板。
通过对样品的检验，可以推断整个物质所具有的性能。
因而采取样品是测试工作最为基础又最为主要的操作。
没有样品就谈不上测试，样品没有代表性，测试结果就没有意义。
采样方法：GB/T450-20082试样的切取切纸要求：2.1样品边缘应整齐、光滑、不能有毛刺2.2保证样品的尺寸精度及样品两个平行边的平行度2.3试样纵横向相互垂直，最大偏斜度应小于2°2.4切样时，样品不能叠得太厚，总厚度不超过0.4mm。
纸的结构与性能详解
纸的结构与性能详解纸是一种由纤维素纤维构成的薄片状材料，由于其具有轻便、易于加工和可再生等特点，在人类社会中被广泛应用。
纸的结构和性能对其使用的场合和用途有着重要影响。
本文将详细介绍纸的结构和性能。
纸的结构主要由纤维、胶凝物和填料组成。
纤维是纸的主要成分，常用的纤维素纤维包括木质纤维、棉纤维和麻醉纤维等。
纤维的形状、长度和直径等参数会影响纸的结构和性能。
纤维的长度越长，纸的强度和透明度越高，但易于产生结聚现象；纤维的直径越细，纸的紧密程度越高，但易于断裂。
胶凝物是纤维之间的粘合剂，可以提高纸的强度和稳定性。
填料是增加纸的厚度和光泽度的材料，可以是无机物如粉状石灰、粉状白云石等，也可以是有机物如淀粉、天然胶等。
纸的性能主要包括机械性能、光学性能和化学性能。
1.机械性能：纸的机械性能是指其在受力时的表现。
纸的强度是衡量其机械性能的重要指标，主要有拉伸强度、撕裂强度、抗弯刚度等。
拉伸强度是指纸在一定宽度条件下，经受拉力时的最大承载力。
撕裂强度是指纸在撕裂方向上承受的最大力。
抗弯刚度是指纸在弯曲时所用的力和弯曲角度之间的关系。
纸的机械强度受纤维的长度、纤维之间的结合力以及纤维的排列方式等多个因素的影响。
2.光学性能：纸的光学性能是指其在光线照射下的表现。
透明度是衡量纸光学性能的重要指标，表示光线穿透纸的能力。
通常，纸的透明度与纤维的排列和纤维之间的结合力有关，透明度越高，纸的质量越好。
另外，纸的光泽度和白度也是光学性能的重要指标。
3.化学性能：纸的化学性能主要包括耐水性、耐酸碱性和保鲜性等。
耐水性是指纸对水的抵抗能力，其取决于纸的纤维和胶凝物的组成。
耐酸碱性是指纸对酸和碱的抵抗能力，纸的pH值决定其耐酸碱性。
保鲜性是指纸对食品等物体的保护能力，要求纸不能释放有害物质。
纸的结构和性能直接影响其在不同领域的应用。
根据不同的需求，纸可以制成各种类型的纸张，如普通纸、卫生纸、包装纸、卡纸等。
不同类型的纸有不同的结构和性能要求。
纸张结构特点及性能对印刷品质量的影响
４ ）光 学 特 性
向 选 择 油 墨 吸 收 性 能 好 ，干 燥 固 着 快 的 纸 张 ，这 有 利 于 大 批 量 的 印 刷 ； 在 印 制 精 美 画 册 时 ， 印 刷 油 墨
多 选 择 氧 化 结 膜 型 或 挥 发 干 燥 型 ， 为 很 好 地 体 现 印
纸 张 的 光 学 特 性 会 对 印 刷 品 的 呈 色 效 果 产 生
说 ，吸墨 性 过 大会 导 致 对 油 墨连 结 料 的过 分 吸 收 ，
印 迹 黯 淡 无 光 泽 ，甚 至 产 生 透 印 或 粉 化 现 象 ； 吸 墨
性 过 小 ，则 减 慢 油 墨 干 燥 速 度 ， 易 导 致 印 品 背 面 蹭 脏 。 在 实 际 应 用 中 ，根 据 纸 张 的 不 同 的 使 用 目 的 ， 选 择 不 同 的 纸 张 。 比 如 在 对 印 品 质 量 要 求 不 高 的 报 纸 业 中 ， 一 般 使 用 以 渗 透 干 燥 为 主 的 油 墨 ，我 们 倾
２ 纸 张 性 能 对 印 刷 品 质 量 的 影 响
１）平 滑 度
拉 版 的 方法 使 图 文变 形量 与 纸 张 变形 量 达 到 一致 ， 使 套 印 更 精 准 。 另 外 ， 纸 张 由 于 存 在 两 面 性 ，在 印 刷 过 程 中 会 因 吸 湿 不 均 而 卷 曲 ，这 会 造 成 输 纸 的 困 难 和 故 障 。 因此 ，印刷 前 应 将纸 张 充 分调 湿 ，直至
可 能 在 油 墨 转 移 时 转 移 效 果 不 均 匀 ， 使 网 点 形 状 失
真 ，低 密 度 处 网 点 丢 失 受 损 ， 高 密 度 处 网 点 并 级 ， 这 样 网 点 构 成 的 印 品 必 然 清 晰 度 低 ，层 次 不 丰 富 。
纸张承重的原理
纸张承重的原理
纸张承重的原理
纸张承重是指纸张能够支撑一定重量的物品，不会发生破裂或变形。
其原理主要涉及纸张的物理和化学性质。
1. 纤维结构：纸张是由纤维构成的，这些纤维相互交错、紧密排列。
这种结构使得纸张具有较强的抗拉强度和抗压强度，能够分散外力并支撑一定重量。
2. 纤维长度：不同类型的纸张有不同长度的纤维。
长丝素质较好，能够提供更好的承重性能。
而短丝则容易断裂，承重性能较差。
3. 纤维粗细：粗壮的纤维比较坚韧，可以提供更好的支撑力。
而细小的纤维则相对脆弱，承重性能较差。
4. 纤维间接触面积：在制造过程中，经过压缩和加工后，纸张上每个点之间都存在小孔隙。
这些孔隙增加了纸张表面积，并提高了其表面摩擦系数，从而增加了纸张的承重能力。
5. 纸张密度：纸张密度越大，其承重性能越好。
这是因为在相同的面
积下，更多的纤维可以提供更多的支撑力。
6. 纸张含水率：适当的含水率可以使纸张柔软，增加其弯曲性和抗压性能。
但是过高或过低的含水率都会影响其承重性能。
7. 纸张厚度：厚度越大，承重性能越好。
这是因为在相同的面积下，更多的纤维可以提供更多的支撑力。
总之，纸张承重能力受到许多因素影响。
了解这些因素可以帮助我们选择最适合我们需要的纸张类型，并确保它们具有足够的承重性能来满足我们的需求。
纸张结构及性能
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。
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
7、平滑度
平滑度表示纸张表面轮廓的粗燥程度。 平滑度影响纸张的手感、书写的流利性、印刷 质量。 影响平滑度的主要因素有纤维的种类、打浆、 网案摇振、网目、压榨、压光、填料、表面施胶、 涂布等。
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
若干常见工程材料的裂断长比较
纸张的性能
总结
一、基本组成 纤维素 半纤维素 木质素 填料 胶料 三、纸张的基本结构 纵向和横向 正面和反面
纸张的性能 1.物理性能
厚度
平滑度 紧度
耐折度
2.力学性能 伸缩率 光泽度
挺度 撕裂度
耐破度
抗张强度
3.光学性能
透明度 白度
表面强度 掉毛 掉粉
纸的化学性质 湿度 灰分 吸湿性能
耐久度
Bye Bye !
六、纸的光学性能 纸的白度指的是纸张的洁白程度是对可见光在所有波长范围 内均匀漫反射的总反射率。
不透明度
光泽度
白度
其他光学性能也与反射率有关。
七、纸的表面强度
即纸张表面各个部分的结合强度。
纸张为什么会出现掉毛现象？
八、纸的化学性质
1.纸的含水量 纸张的水分一般在4%-8%左右。水分过低，纸张发脆，易破裂； 过高，会使印刷油墨难于干燥等。 2.平衡水分
当存放的纸张其吸湿速率与脱湿速率相等，并保持 动态平衡时，此时纸张所含有的水分。
3. 湿度 即表示空气中所含有的水分或水蒸气。 分为：相对湿度 绝对湿度 饱和湿度三种 注：平时我们所说的湿度是相对湿度 4.纸的吸湿性能 即纸张吸水和脱水的特性 吸湿性对纸张强度的影响 水分升高耐折度和撕裂度增强 水分升高抗张强度和表面强度下降 （水分会影响纤维间的氢键） 5.纸的灰分 指的是纸张燃烧后剩下的白色无机残留物。
平滑度 …….
五、纸的力学性能 抗张强度：单位宽度的纸断裂前所能承受的 最大拉力。 伸缩率：是以纸断裂前一瞬间为参考 耐破度：纸张在单位面积上所能承受的均匀增 大的最大压力 耐折度 挺度（抗弯曲的能力） 撕裂度：是指撕裂一定长度的纸页所需的力 分为：内撕裂度和边撕裂度 （内撕裂度：是指先将纸张切出一定长度的裂口，然 后测量从裂口开始，撕裂一定距离所需要的力）
纸的结构与强度关系试验研究
纸的结构与强度关系试验研究纸是由纤维素、纸浆和其他添加剂制成的一种薄片状材料，常用于书籍、报纸、包装和卫生产品等领域。
纸的结构与强度之间的关系是一个重要的研究课题，对于改进纸张质量、提高纸张强度具有重要的指导意义。
一、纸张结构与强度的关系纸张的结构对其强度具有直接的影响。
常见的纸张结构包括纤维的分布、纤维长度、纤维的连通情况等。
1.纤维分布：纸张中纤维的分布对其强度具有显著影响。
当纤维分布均匀时，纸张的强度较高。
相反，如果纤维分布不均匀，纸张的强度则会减弱。
2.纤维长度：纤维的长度也是影响纸张强度的重要因素。
纤维长度越长，纸张的强度也会越高。
这是因为长纤维能够提供更多的纤维连接点，从而增强纸张的结构稳定性和强度。
3.纤维的连通性：纤维的连通性指的是纤维之间的连接情况。
当纤维之间有较好的连通性时，纸张的强度也会相应提高。
这是因为纤维之间的连接能够增强纸张的整体结构，并提供更好的抵抗压力和拉伸能力。
二、纸张结构与强度关系的试验研究方法为了研究纸张结构与强度之间的关系，可以采用以下试验方法：1.纤维分布试验：通过显微镜观察和图像处理技术，对纸张样本的纤维分布进行分析。
可以使用纺织纤维计数器等仪器来得到纤维的数量和分布情况。
通过比较不同纤维分布的纸张样本的强度，可以初步了解纤维分布对纸张强度的影响。
2.纤维长度试验：采用纤维长度仪等设备来测量纸张样本中纤维的长度分布。
可以将纸张样本在显微镜下观察，并使用图像处理软件进行分析。
通过比较不同纤维长度的纸张样本的强度，可以得出纤维长度对纸张强度的影响。
3.纤维连通性试验：可以采用纤维强度试验仪等设备，对纸张样本进行拉伸或压缩试验，观察纸张样本的破裂情况。
通过比较不同纤维连通性的纸张样本的强度，可以初步了解纤维连通性对纸张强度的影响。
三、纸张结构与强度关系的实际应用纸张结构与强度关系的研究具有广泛的实际应用价值，包括以下方面：1.纸张生产：通过研究纸张结构与强度之间的关系，可以优化纸张生产工艺，改进纸张品质，提高纸张的强度。
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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。
制浆造纸原理与工程
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。
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。
第七章 纸和纸板的 结构及结构
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与
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。
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
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
制浆造纸原理与工程
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
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
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
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
纸页的固化机理
6、紧度（松厚度）、多孔性和透气性
紧度是指单位体积的纸张重量。 影响紧度的主要因素： 纤维的物化特性 流送介质的物化特性 纤维的打浆处理 网部脱水成型工艺 压榨 压光 纸张的其它组分
制浆造纸原理与工程
紧度对纸张的抗张强度、耐破度、撕裂度、透气 性、多孔性、吸油墨性、不透明度、电性能、形 稳性、模量、脆性等有显著影响。 多孔性表示纸张的孔隙率和孔径分布。 孔隙有三种形式：ture pores, recess,voids 孔隙率=1-纸张的相对密度/纤维的相对密度 孔径分布通过汞法、氮法测定。
透气度是指纸张在一定压力作用下，单位面积单 位时间透气的多少。
影响透气性的主要因素包括纸张的紧度，纤维的 几何形状，纸张的三维结构
制浆造纸原理与工程
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。
制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程
– 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。
制浆造纸原理与工程
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。