文档介绍：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。
若干常见工程材料的裂断长比较
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,-,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。