纸页的结构与性能 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国轻工业出版社

作者:胡开堂 编

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2006-1

价格:40.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787501950607

丛书系列:

图书标签:

• kk
• 造纸科学
• 纸张性能
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纸页的结构与性能：一部跨越材料科学、工程学与艺术的深度探索 图书简介 本书《纸页的结构与性能》并非一部探讨传统造纸工艺或纸张基础物理特性的教科书。相反，它聚焦于一个更为精微、更具跨学科视野的主题：如何从微观结构层面理解、预测和优化特定应用场景下，纸张材料所展现出的复杂宏观性能。这是一部面向材料科学家、化学工程师、包装设计师、高级印刷技术人员以及对物质形态与功能之间内在联系有深厚兴趣的学者的专著。 全书以“结构决定功能”这一核心理念贯穿始终，将纸张——这一看似简单的纤维素基复合材料——置于现代材料科学的严苛审视之下。我们摒弃了对纸张进行笼统分类的传统方法，转而深入解析纤维的形态、排列方式、孔隙率分布、以及填料与助剂的相互作用如何协同决定纸页最终表现出的力学强度、光学特性、阻隔性能和耐久性。 全书共分为五个主要部分，层层递进，构建起一个从分子尺度到系统性能的完整知识体系。 --- 第一部分：纤维基体的微观拓扑学与形态分析 本部分奠定了理解纸页结构的基础。我们不将纤维视为均匀的实体，而是将其视为具有复杂表面化学性质和内部微纤丝结构的单元。 1.1 纤维素的晶体结构与化学活性位点： 我们将回顾纤维素I型晶体的排列，并重点分析这些晶体在水合作用、脱木质素处理以及化学改性过程中所暴露出的羟基活性。这部分内容深入探讨了纤维素微纤丝的尺寸分布如何影响纸页的结合强度和吸湿性。 1.2 纤维形态学计量学： 传统上，长径比和宽度是主要的描述参数。本书引入了先进的图像分析技术（如扫描电子显微镜结合机器学习分类），量化纤维在造纸过程中经历的“破碎”程度——即纤维的柔韧性（Freeness）与纳米纤维素的产生量之间的微妙平衡。特别地，我们详细讨论了不同来源（如阔叶木、针叶木、棉、麻）的纤维在形成三维网络时的拓扑差异。 1.3 填料与助剂的空间分布模型： 纸页性能的优化往往依赖于无机填料（如碳酸钙、高岭土）和有机助剂（如施胶剂、留着剂）。本章的核心在于构建描述这些组分在纤维网络中“负载”状态的数学模型。我们研究了高剪切力混合对填料团聚体大小的影响，以及这些团聚体如何充当应力集中点或孔隙结构调节剂。 --- 第二部分：孔隙率、流体传输与界面现象 纸页的宏观性能，尤其是其作为阻隔材料的功能，完全依赖于其内部三维孔隙网络的复杂性。 2.1 多尺度孔隙结构的表征： 我们采用同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）和汞压入法（MICP）相结合的方法，系统解析了纸页内部的孔隙系统。本书提出了一个改进的“多级孔隙分级模型”，区分了纤维间孔隙（介孔）、纤维内孔隙（微孔）和纸页堆积缺陷孔隙。 2.2 气体与蒸汽的传输动力学： 针对包装和功能性纸张（如医疗包装、电子器件封装），我们详尽分析了气体渗透和水蒸气透过率（WVTR）的机制。关键在于纤维间氢键密度和孔隙连通性对扩散系数的影响。我们提出了一个基于珀科尔方程（Kozeny-Carman）的修正模型，用以更精确地预测高密度纸页的阻隔性能。 2.3 液体吸收与毛细驱动力： 这部分聚焦于纸页在湿润环境下的行为，例如在液体墨水吸收或食品包装的油脂渗漏中。我们深入探讨了影响辛克尔数（Sink Number）的因素，并引入了“表面能梯度”的概念来解释非均匀吸收现象。 --- 第三部分：力学性能的结构依赖性：从弹性到断裂 纸页的力学响应是其结构复杂性的集中体现。本部分致力于揭示纤维间结合力（主要是氢键）如何转化为宏观的拉伸强度、抗撕裂性和抗压形变能力。 3.1 氢键网络的密度与强度量化： 通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱分析，我们量化了不同干燥条件下形成的氢键数量。重点讨论了“湿强剂”——如聚酰胺胺-环氧氯丙烷（PAE）树脂——在交联纤维素链上形成的共价与氢键混合网络如何显著提高湿态模量。 3.2 各向异性与应力-应变曲线的非线性： 纸页是典型的正交各向异性材料。本书利用数字图像相关（DIC）技术，实时监测了在MD（机器方向）和CD（横向）加载过程中，纤维网络内部应力的重新分配过程。我们特别关注了在屈服点之前，应变是如何通过纤维滑动和网络重排来吸收的。 3.3 疲劳、蠕变与长期耐久性预测： 对于需要长期承载的结构性纸板，疲劳和蠕变是关键失效模式。本章引入了基于粘弹性材料模型的分析框架，并结合加速老化测试数据，建立了预测纸板在恒定载荷下使用寿命的威布尔（Weibull）分布模型。 --- 第四部分：光学与表面功能性的微结构调控 纸页作为信息承载和保护的载体，其表面特性至关重要。 4.1 散射、吸收与纸张白度： 白度并非单一参数，而是散射效率与颜色（吸收）的综合体现。我们建立了基于离散散射理论（Discrete Ordinate Method）的模型，用以模拟不同填料粒径和光散射截面如何影响纸张的固有亮度和不透明度。 4.2 表面粗糙度与印刷适性： 印刷质量直接受表面微观形貌的制约。本章细致分析了“平整度”（Flatness）和“表面粗糙度”（Roughness，使用光剖面仪测量）之间的关系。我们探讨了涂布层和表面施胶如何通过填充纤维间隙来优化油墨转移的均匀性，特别是针对高速喷墨打印的应用。 4.3 功能性涂层界面工程： 介绍如何通过精确控制涂布层的固含量、流变学行为和固化动力学，实现对热敏性、静电性或抗菌性功能的精确引入，同时保持底层纸页的结构完整性。 --- 第五部分：先进制造对结构性能的反馈控制 最后一部分将结构-性能的理论知识应用于现代高速造纸生产线，强调过程控制的重要性。 5.1 在线监测与反馈回路设计： 介绍如何利用太赫兹（THz）光谱和高频超声波技术，实时监测纸页在烘缸区域的含水率梯度和纤维定向度。重点讨论如何将这些实时数据反馈给真空箱和压榨辊的压力控制系统，以动态调整纤维排列。 5.2 循环利用纤维的结构退化路径： 在可持续发展的背景下，再制浆过程对纤维结构造成的损伤是不可避免的。本章通过对多次循环利用的纸浆进行纤维扫描电子显微镜分析和力学性能测试，绘制出“结构退化地图”，为优化脱墨和筛选工艺提供了科学依据。 5.3 结构优化的高级建模与模拟： 全书总结于如何利用有限元分析（FEA）结合离散元法（DEM）来模拟大型纸板在储存和运输过程中的整体受力情况。这使得工程师能够“虚拟制造”出具有特定性能指标（如抗冲击性、抗弯曲刚度）的纸张结构。 --- 《纸页的结构与性能》旨在打破传统造纸工程与前沿材料科学之间的壁垒，为读者提供一套严谨、量化、可应用的分析工具集，以期在未来的功能性纸基材料开发中，实现结构设计到宏观性能的精确映射与控制。

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这本书最让我感到震撼的，是它结尾部分对于“未来材料”的展望。作者并没有沉浸在对现有技术的赞美中，而是将目光投向了更具挑战性的领域，比如如何利用生物工程技术培育出具有自修复能力的“活的纸张”，或者如何设计出能够完全降解且不留任何微塑料残留的新型纤维素复合材料。这种超越现有工艺限制的批判性思维和前瞻性视角，让整本书的基调从“回顾与解析”升华到了“探索与创新”。读完最后一句，我感觉自己仿佛刚刚结束了一场漫长但充实的知识探险，心中充满了对材料科学无限可能性的敬畏。它不仅解答了我许多关于纸张的疑问，更重要的是，它激发了我对“物质本质”更深层次的思考。

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刚拿到这本厚重的书稿时，我原本以为会是一本枯燥的材料科学教科书，毕竟书名听起来就充满了技术性。然而，当我翻开前几页，我立刻被作者那如同艺术家般细腻的笔触所吸引。这本书并非简单地罗列公式和数据，它更像是一场关于“纸”的深度漫游。作者以一种近乎诗意的语言，剖析了纸张纤维交织的网络如何决定了它的物理特性。我印象最深的是关于“水”与“纤维”相互作用的章节，它没有用晦涩难懂的术语，而是通过生动的比喻，描绘了纤维素微晶在造纸过程中如何“抱团取暖”，形成稳定而又富有弹性的结构。阅读过程中，我时常会停下来，拿起手边的A4纸，试图在指尖下感受那些被文字描述的微观世界。这种将科学理论与日常体验完美融合的叙述方式，极大地提升了阅读的趣味性，让我这个非专业人士也能窥见材料科学的精妙之处。它不仅仅是关于纸的，更像是在探讨自然界中结构与功能之间永恒的辩证关系。

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这本书的编排逻辑，简直可以用“环环相扣，层层递进”来形容。一开始，作者铺垫了纸张历史演变中关键的几次技术飞跃，比如从古老的竹简到现代的工业化生产线，每一步的变革都不是偶然，而是对特定性能需求（如耐久性、书写流畅度）的精确回应。随后，笔锋一转，深入到纤维的化学处理和填料的选择上。我特别欣赏作者对于“光学性能”那部分的论述，他详细解释了为什么某些纸张看起来更“白”，而另一些则带有一种温暖的米黄色，这背后涉及到光散射理论和不同矿物填料的晶体结构。这种详略得当的处理方式，既满足了专业人士对细节的探究欲，也照顾到了好奇心较强的普通读者。读完这一部分，我感觉自己看世界的方式都变了，连去图书馆翻阅旧书时，都会不自觉地去分析那纸张的“年代感”是如何由其内部结构决定的。

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坦白说，我对于那种只停留在表面介绍的书籍感到厌倦，而这本书的深度着实让我眼前一亮。它并没有回避那些复杂的力学模型，例如纸张在受拉、受压和剪切力作用下的应力分布，但处理得极其巧妙。作者仿佛是那位耐心且经验丰富的工匠导师，他会先用一个简单的木板受力实验作为引子，然后才逐步引入张量分析。我特别喜欢其中关于“抗撕裂性”的分析，它揭示了在纸张边缘出现微小缺陷时，能量是如何沿着纤维链重新分配以防止灾难性破坏的。这种对“韧性”的深层解读，让我意识到，我们日常使用的纸张，其每一条纤维的“牺牲”都是为了整体的稳定。这种对材料内在韧性的赞颂，远超出了单纯的技术手册范畴，更像是一部关于材料如何“应对挑战”的史诗。

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阅读体验上，这本书的排版和图示设计简直是一场视觉盛宴。我很少见到技术性书籍能将插图运用得如此得心应手。那些关于纸张截面结构的高分辨率扫描电镜图，配上精心绘制的流程图，完美地弥补了纯文字描述可能产生的歧义。尤其是在介绍“纸张老化与酸性水解”的章节时，作者没有使用复杂的化学结构图来轰炸读者，而是用了一组时间轴图表，清晰地展示了酸性物质如何一步步切断纤维素的糖苷键，从而导致纸张变脆泛黄。这种图形化的叙事能力，大大降低了理解高深化学过程的门槛。如果说有些专业书籍让人望而却步，那么这本书就像是为每一位求知者搭建了一座稳固的、充满引导的知识阶梯。

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