周元星

(浙江天樂(lè)集團(tuán)華樂(lè)電子有限公司，浙江嵊州，312400)

揚(yáng)聲器紙盆材料纖維特性與應(yīng)用

周元星

(浙江天樂(lè)集團(tuán)華樂(lè)電子有限公司，浙江嵊州，312400)

概述了揚(yáng)聲器紙盆材料特性，分析了紙盆紙漿選擇原則，介紹幾種紙盆常用紙漿纖維特性和打漿方式、打漿流程等，并分析紙漿中摻入特種纖維強(qiáng)化復(fù)合材料對(duì)紙盆的影響。

紙盆 楊氏模量 阻尼 打漿 特種纖維

引言

揚(yáng)聲器的頻響特性決定于紙盆的性能，而紙盆的性能又決定于紙盆的材料、幾何形狀和加工工藝。在紙盆的生產(chǎn)中，常常對(duì)紙盆材料提出以下3點(diǎn)要求：① 材料的密度ρ要小，質(zhì)量越小，揚(yáng)聲器的高頻特性便越優(yōu)良、其瞬態(tài)特性便越好，振膜越輕，f0越高。②材料的機(jī)械強(qiáng)度要大，或者說(shuō)，材料的楊氏模量E要大。與第一特性合在一起，即要求材料的比彈性率E/ρ的值要大。剛性大，可提高高頻重放頻率，其紙盆重量輕及剛性好，此輸出的聲壓較高。提高紙盆的剛度，它能減少單元的分割振動(dòng)、相位失真，提高單元的頻率響應(yīng)范圍。③具有適當(dāng)?shù)膬?nèi)部阻尼?？梢种萍埮璧姆指钫駝?dòng)，使頻響特性較平坦。高的內(nèi)阻尼特性、低密度同高的強(qiáng)度一樣，是高質(zhì)量紙盆所追求的目標(biāo)之一，這三個(gè)指標(biāo)是互相關(guān)聯(lián)但又是互相制約和矛盾的。

紙盆并不是由單一種材質(zhì)制成，而是使用了多種經(jīng)不同打漿處理的化學(xué)木漿纖維，加上棉、麻、羊毛、碳纖維等天然或合成纖維，再經(jīng)染色、施膠防水、增強(qiáng)、抄取、熱壓等過(guò)程而完成。多種纖維交織組合，其結(jié)構(gòu)會(huì)像鳥(niǎo)巢，彼此交錯(cuò)排列出不規(guī)則的空隙，雖然看似松散，但剛性足、韌性強(qiáng)，質(zhì)量又輕，使紙盆所需要的彈性模量、內(nèi)部損耗和強(qiáng)度增加，使因紙盆分割振動(dòng)而產(chǎn)生的失真得到減小。

1 揚(yáng)聲器紙盆的材料特性

首先介紹一些振動(dòng)和波動(dòng)、材料特性的基礎(chǔ)知識(shí)。所謂波就是振動(dòng)狀態(tài)的傳播。振動(dòng)狀態(tài)的傳播速度叫波速。波速μ等于單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)狀態(tài)的傳播距離。由于振動(dòng)狀態(tài)由相位決定，所以波速就是波的相位的傳播速度，稱為相速。作為紙盆，它是一種彈性介質(zhì)，在彈性介質(zhì)中波速?zèng)Q定于介質(zhì)的密度和彈性模量。固態(tài)彈性介質(zhì)既能傳播橫波又能傳播縱波，波速分別為

式中，G和E分別為介質(zhì)的切變模量和楊氏模量，ρ是介質(zhì)的密度[1]。

紙盆材料是一種高聚物黏彈性體，它的力學(xué)行為介于彈性固體和黏性液體之間，在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生滯后現(xiàn)象,當(dāng)施加交變應(yīng)力,應(yīng)變會(huì)滯后一個(gè)相位角δ。這種滯后與其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，更是與外界條件的作用有關(guān)，具有彈性固體和黏性液體兩者的特征。模量的定義為應(yīng)力/應(yīng)變之比，由此計(jì)算復(fù)合模量E*,根據(jù)和測(cè)量滯后角δ，可計(jì)算儲(chǔ)能模量E′和損耗模量E″，見(jiàn)圖1[2]。 E′為儲(chǔ)能模量，與試樣在每周期中貯存的最大彈性成正比，反映材料黏彈性中的彈性成分，表征材料的剛度；E″是損耗模量，與試樣在每周期中以熱的形式消耗的能量成正比，與樣品分子運(yùn)動(dòng)中機(jī)械性能的彌散有關(guān)，反映材料黏彈性中的黏性成分，表征材料的阻尼。材料的阻尼也稱力學(xué)內(nèi)耗用tanδ表示，等于材料的損耗模量E″與貯能模量E′之比，它提供了彈性組分和黏性組分之間關(guān)系的信息。

彈性模量取決于材料的性質(zhì)，對(duì)于紙張，則取決于纖維自身的剛度、成紙纖維之間的結(jié)合力及纖維的排列方向等。纖維自身的剛性好，自然對(duì)成紙的剛性有利。相同打漿度的情況下，成紙的纖維之間結(jié)合力高，其外力作用時(shí)的變形就小，因此剛性增強(qiáng)。一般纖維結(jié)合力高時(shí)，成紙的緊度也高，而紙的彈性模量與緊度的平方大體相當(dāng)。至于纖維排列方向，由于纖維縱向排列較多，導(dǎo)致縱向的挺度大于橫向。另外濕紙干燥過(guò)程中的束縛力，會(huì)使紙張的剛性增強(qiáng)，從而使其挺度提高。在相同的濕壓力條件下，隨著打漿度的增加，纖維間氫鍵結(jié)合增加，紙頁(yè)的緊度加大，隨著孔隙率的減小，受載時(shí)，應(yīng)力不易向周圍擴(kuò)散，紙頁(yè)的應(yīng)變減小，彈性模量增大。相同打漿度條件下，隨著濕壓力的增大，纖維逐漸接近，不斷形成新的鍵合彼此約束，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí)，紙頁(yè)被壓緊、壓實(shí)，受載時(shí)也易發(fā)生應(yīng)力集中，紙頁(yè)的應(yīng)變減小，彈性模量增大[3]。

造紙干強(qiáng)劑如淀粉CS、羧甲基纖維素CMC、聚丙烯酰胺APAM、殼聚糖等都是含有多羥基的高分子聚合物，干強(qiáng)劑分子中的氫鍵形成基團(tuán)與纖維素分子間形成氫鍵結(jié)合的基礎(chǔ)，是干強(qiáng)添加劑增加紙張干強(qiáng)的主要途徑。陽(yáng)離子聚酰胺-環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)除了能夠增加紙張濕強(qiáng)性能外，也可不同程度地增加干強(qiáng)度。陳繼偉研究了利用接枝共聚的方法，以硫酸鹽針葉木漿為基礎(chǔ)，將具有質(zhì)輕、剛度大、比彈性率大、防潮性能好的陽(yáng)離子單體甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨(DMC)和中性單體丙烯腈為接枝單體接枝在植物纖維素分子上，接枝后紙張的強(qiáng)度和防潮性增加的效果較為明顯，獲得高性能揚(yáng)聲器振膜所需的多功能纖維新材料[4]。

消耗因數(shù)描述的是材料耗散能量的能力，反映了材料的阻尼性能，在動(dòng)態(tài)拉伸過(guò)程中，消耗的能量主要以熱量形式散失。影響紙頁(yè)阻尼的因數(shù)有：①紙頁(yè)纖維間的機(jī)械摩擦力。纖維結(jié)合力愈小，摩擦力愈大，能量耗散也隨之增大；⑵由于紙漿纖維具有中空腔體，充滿著空氣，紙頁(yè)變形也需要消耗一定的能量；③ 在動(dòng)態(tài)拉伸過(guò)程中，纖維本身受到剪切力作用，也消耗一定能量，隨著打漿的進(jìn)行，纖維間的結(jié)合力增大，機(jī)械摩擦力減小，導(dǎo)致?lián)p耗因數(shù)下降[5]。

三明治濕法復(fù)合紙盆是通過(guò)三次撈漿，形成了三層的復(fù)合音盆材料結(jié)構(gòu)，正面和底面采用較高打漿度紙漿以增強(qiáng)剛性，芯層采用較低打漿度以提高松厚度，兼具揚(yáng)聲器音盆所要求的高楊氏模量以及適當(dāng)?shù)膬?nèi)部阻尼和彎曲剛性等性能要求，具有聲音有力、音穿透性好、音質(zhì)明亮的特征。

紙漿發(fā)泡抄制紙盆可以達(dá)到剛性高、質(zhì)輕、阻尼高的目的，原料包括紙漿、黏結(jié)劑（12%PVA1788溶液）、復(fù)合發(fā)泡劑（碳酸氫鈉、鉀明礬、淀粉、酒石酸氫鉀、輕質(zhì)碳酸鈣、云母、蛭石粉按照一定比例復(fù)配）、成核劑（檸檬酸）等。

法國(guó)FOCAL公司Polyglass所采用的技術(shù)是將在紙漿做成的紙盆上再涂覆一層玻纖微粒層Microballs。其目的是在較輕的重量情況下，將紙盆具有良好的阻尼特性和玻纖所具有的剛性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而使還原瞬態(tài)響應(yīng)迅捷，而且還原中頻段的聲音更加準(zhǔn)確。這樣的紙盆的特性，具有三明治結(jié)構(gòu)紙盆特有的表現(xiàn)，而且它的硬度比單層的Kevlar音盆還要好，而它的阻尼因素比一般的PP盆要好到10倍以上，它即有PP盆瞬態(tài)反應(yīng)優(yōu)秀的特點(diǎn)，還有良好的剛性和優(yōu)異的阻尼，從而使還原出來(lái)的聲音真實(shí)自然準(zhǔn)確。另外，由于質(zhì)量輕，所以揚(yáng)聲器的靈敏度非常高，揚(yáng)聲器用紙漿彈性模量及損耗因數(shù)應(yīng)符合表1要求[6]。

圖1 黏彈性力學(xué)行為

2 紙盆漿料纖維形態(tài)和打漿特性

選好紙盆用漿的品種和采用適宜、良好的打漿工藝是取得較高抗張強(qiáng)度的關(guān)鍵。對(duì)植物纖維，要求其纖維長(zhǎng)且細(xì)(長(zhǎng)寬比要大)、中空腔體、壁腔比適中、分絲帚化好、纖維結(jié)合力好、伸縮率較大、纖維有韌性、彈性，有的則要求自身強(qiáng)度、剛性、挺度較好。

2.1 本色硫酸鹽漿(UKP)和漂白硫酸鹽漿(BKP)

UKP通常作為普通中小功率紙盆主要用漿，BKP強(qiáng)度要比UKP紙盆差些。采用它主要是因?yàn)槠湟羯儍?、柔和?/p>

針葉木硫酸鹽漿為粗長(zhǎng)纖維，胞腔小，胞壁厚即纖維細(xì)胞壁腔比（2×壁厚/胞腔直徑）值大，纖維挺硬，纖維剛性大，不易壓潰，所以可獲得較高的松厚度、接觸面積少而更疏松的結(jié)構(gòu)。厚壁纖維對(duì)濕態(tài)可壓縮性有較大影響，在擠壓干燥時(shí)更多地保留其原來(lái)的管狀形式。較粗硬的南方松晚材纖維形成的鍵接面積較小，因而纖維間的鍵結(jié)合較弱，需要較大的結(jié)合面積才有強(qiáng)度方面的改進(jìn)。

對(duì)于厚壁長(zhǎng)纖維漿種而言，黏狀打漿的主要目的是改變纖維形態(tài)以適應(yīng)抄紙要求，增強(qiáng)該漿種纖維的柔韌性和撓曲度，增大其纖維結(jié)合時(shí)的鍵合面積。由于纖維細(xì)胞初生壁厚而且硬，中腔小，次生壁外層結(jié)構(gòu)松弛，次生壁內(nèi)層厚而緊密，因此纖維顯得挺硬，不易變形。磨（打）漿時(shí)纖維容易遭到切斷，而吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化比較困難，宜用逐步加重的下刀方法，打漿濃度適當(dāng)增高，打漿時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，成漿打漿度也適當(dāng)提高，這些均有利于纖維間的結(jié)合力，提高成紙的物理強(qiáng)度[7]。用較弱的撞擊力，多的撞擊次數(shù)來(lái)打漿，則纖維被帚化，這就是黏狀打漿。針葉木漿的打漿曲線通常會(huì)有一個(gè)折點(diǎn),折點(diǎn)之后打漿度上升較快。

2.2 竹漿和竹纖維

在使用木纖維的紙漿中摻雜一定比例的竹子短纖維后，振動(dòng)板內(nèi)傳遞聲音的速度就會(huì)加快。

竹類細(xì)胞主要有纖維細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、石細(xì)胞、導(dǎo)管、表皮細(xì)胞等。竹纖維細(xì)胞約占細(xì)胞總面積比的60%～70%，低于針葉木而高于一般草類。竹類纖維細(xì)長(zhǎng)，呈紡錘狀，兩端尖銳，其平均長(zhǎng)度一般在1.5～2.1mm之間，平均寬度一般在15μm左右，其長(zhǎng)寬比約在110～200之間。這個(gè)比值比闊葉木漿好。竹纖維壁厚約5μm，纖維內(nèi)外壁均較平滑，胞壁甚厚，胞腔小。也有部分短而寬的纖維，兩端純尖，胞腔較大，此類纖維多生長(zhǎng)于節(jié)部。厚壁型竹，最具代表性的是毛竹。綜合竹類纖維形態(tài)特征是：纖維細(xì)長(zhǎng)、壁厚腔小、比重大、纖維較挺硬、透明度高[8]。

竹纖維的超微結(jié)構(gòu)與其他植物纖維不同，纖維壁為多層結(jié)構(gòu)，這種纖維在打漿過(guò)程中只需較小的外力，即能使打漿度上升，纖維出現(xiàn)內(nèi)帚化及壁層分離。竹纖維細(xì)胞壁厚，纖維僵硬挺直，打漿過(guò)程中纖維容易被切斷，纖維長(zhǎng)度下降快，因此，竹漿的打漿，以輕刀慢速高濃揉搓為宜，這樣可以形成較好的內(nèi)帚化，并盡量保留纖維長(zhǎng)度。竹纖維壁上的微纖維異向性大，薄層上作近橫向排列，寬層上作近軸向排列，與纖維軸的交角較大，約為30°，這種纖維打漿時(shí)不容易出現(xiàn)縱裂分絲帚化，這一點(diǎn)不要過(guò)分強(qiáng)求。但是，由于纖維初生壁及S1層薄而結(jié)構(gòu)松弛，打漿時(shí)纖維外部容易起毛及壁層片狀剝離，這對(duì)增加纖維結(jié)合力有好處，但也容易造成纖維自身強(qiáng)度下降。

2.3 棉漿

一般說(shuō)來(lái)，制造大口徑揚(yáng)聲器紙盆時(shí)加入棉漿可改善低頻性能。

棉漿纖維，細(xì)胞壁的細(xì)纖維同纖維主軸成45°角，α-纖維素含量高，故打漿時(shí)纖維不易發(fā)生潤(rùn)漲和縱向分裂。同時(shí)由于棉漿纖維較長(zhǎng)，一般均在20～25mm左右，因此，用于造紙的棉漿宜采用游離狀打漿方式進(jìn)行打漿，使其切斷到合乎造紙的要求。

2.4 木棉纖維

木棉纖維密度小，質(zhì)量輕，彈性好，纖維強(qiáng)度比較高，纖維中空管狀使其阻尼非常好。對(duì)改善中頻谷和中音音質(zhì)有特效作用，常用于中高頻的改善。

木棉纖維縱向外觀呈圓柱型，表面光滑，不顯轉(zhuǎn)曲，截面為圓形或橢圓形，中段較粗，根端鈍圓，梢端較細(xì)，兩端封閉，截面細(xì)胞未破裂時(shí)呈氣囊結(jié)構(gòu)，破裂后纖維呈扁帶狀。細(xì)胞中充空氣。纖維的中空度高達(dá)80%～90%，而其細(xì)胞壁接近透明，因而相對(duì)密度小，浮力好。纖維塊體在水中可承受相當(dāng)于自身20～36倍的負(fù)載重量而不致下沉。木棉表面有較多的臘質(zhì)使纖維光滑、不吸水、不易纏結(jié)，防蟲(chóng)。木棉纖維長(zhǎng)度8～34mm，纖維中段直徑18～45μm，平均30～36μm，壁厚0.5～2μm，纖維細(xì)度為0.9～3.2dtex，單纖維密度僅為0.29g/cm3，而棉為1.53 g/cm3。木棉纖維的相對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度為71.5×10-4cN.cm2/tex2，比玻璃纖維的還大。

表1 揚(yáng)聲器用紙漿彈性模量及損耗因數(shù)

天然木棉纖維表面由蠟質(zhì)層覆蓋，具有疏水性能，在水中不能很好地浸潤(rùn)分散。因此在造紙中應(yīng)用時(shí)首先要脫除纖維表面的疏水層，采用的方法有有機(jī)溶劑抽提法、堿處理法等。木棉纖維的胞腔中空，壁很薄，壁腔比很小，截面細(xì)胞破裂后纖維呈扁帶狀。木棉纖維柔韌，外壁光滑，壁薄，接近透明；采用重刀打漿方式對(duì)木棉纖維進(jìn)行打漿處理后，縱向外觀仍呈圓柱形；隨著打漿時(shí)間的延長(zhǎng)，木棉纖維由圓柱形截面漸漸呈扁平狀，纖維空腔有壓潰現(xiàn)象，外壁變粗糙，短纖維增多，而纖維沒(méi)有出現(xiàn)明顯的分絲帚化現(xiàn)象[9]。

2.5 亞麻漿

亞麻纖維有非常小的空洞，多角形的纖維，富有韌性和彈性，常用于制作強(qiáng)度大的紙盆。

亞麻纖維強(qiáng)韌柔軟，具有較好的光澤，纖維平均長(zhǎng)度為18mm，纖維長(zhǎng)寬比高達(dá)1100，纖維外壁無(wú)膠衣，胞壁厚，胞腔極小，管壁上有極稀少的紋孔和明顯的橫節(jié)紋，結(jié)晶度為75（X射線衍射法測(cè)定），微胞取向度較高，膠合率也較高，纖維常成束狀存在，透氣度性好。單根纖維強(qiáng)度主要決定于S2層的微細(xì)纖維與纖維軸的夾角，夾角越小，單根纖維的強(qiáng)度越大。具有理想的微細(xì)纖維角度的亞麻，其拉伸強(qiáng)度110kg/mm2，接近鋼的水平，若考慮比重的不同，亞麻約為鋼的25倍。在超微結(jié)構(gòu)方面，亞麻纖維的橫切面表現(xiàn)異常的壁厚、腔小，S2層微纖維多作軸向排列，由于S2層微纖維角度小，僅約5°左右，因而打漿時(shí)也容易出現(xiàn)縱向條痕，容易縱裂，適宜打高黏狀漿[10]。

2.6 馬尼拉麻漿

馬尼拉麻纖維壁薄，內(nèi)腔鈍角大，呈多角形，適合做強(qiáng)韌的紙盆。

馬尼拉麻介于韌皮纖維與針葉木纖維之間，具有韌皮纖維特性又具有針葉木纖維良好的打漿特性。其纖維粗細(xì)均勻，纖維壁薄，兩端呈尖狀。顯微鏡下纖維呈半透明狀，胞腔寬而明顯，纖維壁上橫斷紋少，纖維中附含的雜細(xì)胞、導(dǎo)管較少[10]。馬尼拉麻漿的打漿方式屬于長(zhǎng)纖維游離打漿，要求打漿以疏解為主，只需要適當(dāng)?shù)丶右郧袛?，不要求過(guò)多的細(xì)纖維化。纖維長(zhǎng)度方面，未漂漿在打漿過(guò)程中纖維容易發(fā)生切斷，長(zhǎng)度下降較漂白漿快；纖維寬度方面，在疏解階段，漂白漿寬度高于未漂漿，在細(xì)纖維化階段，未漂漿寬度高于漂白漿；紙張抗張指數(shù)隨打漿度增加而提高。在相同打漿度條件下，未漂漿比漂白漿具有更高的抗張指數(shù)。漂白漿抗張強(qiáng)度在35°SR時(shí)達(dá)到最大，然后基本不變，未漂漿抗張指數(shù)在40°SR范圍內(nèi)與打漿度呈線性關(guān)系。

2.7 紅麻漿

紅麻韌皮部纖維較長(zhǎng),接近于針葉木的纖維長(zhǎng)度,但寬度僅約為針葉木纖維的一半,纖維壁上有明顯的橫節(jié)紋,胞腔直徑較小且不勻,大者約占纖維寬度的三分之一,小者在圖片上僅見(jiàn)一條黑線,纖維兩端尖削,纖維的算術(shù)平均長(zhǎng)度多在2.15～3.15mm之間,與針葉木纖維 (3～3.15mm)相近,在造紙?jiān)现袑儆陂L(zhǎng)纖維。而紅麻韌皮纖維寬度多在17～19μm之間,遠(yuǎn)比針葉木的纖維 (一般平均為40μm)小,因此紅麻纖維的交織能力比針葉木漿好。另外紅麻韌皮纖維細(xì)胞壁較厚,胞腔較小,壁腔比多在1.0以上,但由于纖維較細(xì),成紙的纖維結(jié)合力仍然很好。因此綜合起來(lái)看,紅麻韌皮漿將優(yōu)于一般的針葉木漿,它不僅強(qiáng)度較好,而且成紙細(xì)平,并有較好的印刷適應(yīng)性[11]。

在打漿過(guò)程中,紅麻韌皮部纖維容易產(chǎn)生內(nèi)帚化,木質(zhì)部纖維容易扁塌變形,因而紅麻漿具有容易打漿,打漿動(dòng)力消耗低的特點(diǎn)。但是紅麻韌皮部纖維的微纖維纏繞角度較大,打漿不易產(chǎn)生縱裂狀帚化。因而不適宜打高黏狀漿。

2.8 構(gòu)樹(shù)皮漿

構(gòu)樹(shù)皮纖維形態(tài)呈扁圓管狀,纖維壁上有明顯的橫節(jié)紋,胞腔明顯,纖維有的腔大、有的腔小,纖維兩端尖細(xì),常呈分枝狀,有時(shí)端頭為一小圓球.平均長(zhǎng)度一般為4.65～16.94 mm,纖維寬度為18.37μm,其纖維長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般針闊葉材木纖維。構(gòu)樹(shù)皮管胞胞壁平均厚度為5.16μm,腔徑為2.78μm,壁腔比為3.71,具有相對(duì)較好的纖維形態(tài)。構(gòu)樹(shù)皮纖維較長(zhǎng)、較粗,纖維細(xì)胞腔小、壁厚，抄制的紙張結(jié)合強(qiáng)度會(huì)較小，但其較長(zhǎng)的纖維會(huì)使其具有高的撕裂強(qiáng)度，為生產(chǎn)特種紙創(chuàng)造了有利條件[12]。構(gòu)皮纖維的化學(xué)組成中木素含量較少，而有較多的果膠質(zhì)，這決定了構(gòu)皮制漿的特殊性——脫膠為主，脫木素為輔。

2.9 龍須草漿

龍須草纖維的主要特征是細(xì)而長(zhǎng)，最長(zhǎng)4.5mm、最短1mm、平均2.15mm，纖維平均寬度僅10μm左右，長(zhǎng)寬比為200，纖維柔軟細(xì)長(zhǎng)，具有良好的交織能力，纖維壁厚3.3μm，胞腔直徑3.1μm，壁腔比2.13，雜細(xì)胞含量較少為29.5%，雜細(xì)胞主要為表皮細(xì)胞，呈齒尖較短的鋸齒形，長(zhǎng)的表皮細(xì)胞兩端平整，短的表皮細(xì)胞兩端有弧形缺口頗似工字形，其導(dǎo)管細(xì)胞分有紋孔和螺紋導(dǎo)管常被溶解成螺紋狀，有紋孔的導(dǎo)管利于水液的滲透。龍須草纖維壁腔比大，纖維挺硬，故不易被擠壓變形，龍須草纖維細(xì)胞截面呈蜂窩形，在成紙過(guò)程中，雖然纖維受擠壓，但其仍有很好的韌性，并使纖維結(jié)合時(shí)有一定的孔隙，即在結(jié)合力較好的情況下，具有好的透氣度，由于纖維細(xì)長(zhǎng)，質(zhì)韌，有良好的交織能力，在纖維結(jié)合過(guò)程中，增加了纖維接觸點(diǎn)，從而使纖維有更好的結(jié)合，增強(qiáng)了纖維間的摩擦力，使得成紙的物理強(qiáng)度也較好[13]。

2.10 漂白化學(xué)機(jī)械磨木漿(BCTMP)

與化學(xué)漿相比，針葉木BCTMP纖維比較粗大和挺硬，不容易壓扁，高松厚度是BCTMP的典型特征，BCTMP纖維具有較好的挺度和尺寸穩(wěn)定性。這決定了針葉木BCTMP的游離度必須很低 (通常低于350ml)，以使紙張具有較好的平滑度和強(qiáng)度。一般地說(shuō)，BCTMP不需要打漿，采用高頻疏解即可。建議碎漿濃度為4%～8% ，碎漿溫度高于50℃，粉碎時(shí)間為20min或以上。在低BCTMP比例時(shí)（10%），抗張指數(shù)基本上沒(méi)有改變。

2.11 紙盆打漿工藝流程和工藝條件的選擇

漿板纖維潤(rùn)脹以后，其內(nèi)聚力下降，纖維內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)變得更為松弛，使纖維的比容和表面積增加，纖維變得柔軟可塑，甚至產(chǎn)生油膩的感覺(jué)。纖維潤(rùn)脹后其直徑可以膨脹增大2～3倍，有利于纖維的細(xì)纖維化，能有效地增加纖維間的接觸面積，提高成紙的強(qiáng)度。基于這一理論，宜對(duì)木漿板預(yù)浸處理，即前12小時(shí)對(duì)商品木漿板進(jìn)行浸水潤(rùn)脹，再通過(guò)打漿機(jī)將充分浸潤(rùn)的漿板充分疏解打漿。

紙盆木漿打漿采用黏狀打漿方式，即逐步縮小刀距，逐步提高比壓，以較長(zhǎng)的時(shí)間、較低的壓力，使纖維獲得充分的潤(rùn)脹和細(xì)纖維化。打漿機(jī)打漿比壓的大小與刀間距離有密切關(guān)系（表2）。由于刀輥與底刀之間有一薄漿層，最小刀間距也應(yīng)保持在0.05～0.08mm。

槽式打漿機(jī)具有處理各種性質(zhì)漿料的能力，適用性強(qiáng)，并通過(guò)改變打漿條件獲得不同要求的漿料，特別適用于產(chǎn)量小、品種多的紙盆的生產(chǎn)。打漿機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：① 漿槽的長(zhǎng)寬比為1.5～1.8:1，由于縮短了漿槽長(zhǎng)度，使?jié){料在槽中流動(dòng)時(shí)間短，減少了漿料與漿槽的摩擦損失，增加了漿料的循環(huán)流速。②底刀設(shè)在山形部30°斜坡位置，使其充分利用漿料翻過(guò)山形部產(chǎn)生的動(dòng)能，加快漿料流動(dòng)速度。③打漿溝和回流溝寬度比為3:2，回流溝窄，漿料在回流溝流速得到加速，打漿溝寬，打漿輥飛刀底刀較長(zhǎng)，提高了打漿效率。④漿槽底部具有一定傾斜度，為5%～7%，以保證漿料的循環(huán)。⑤山形部后面的后墻為三角形的下斜坡，靠中墻的漿料經(jīng)過(guò)山形部后，轉(zhuǎn)至靠近漿槽外壁，從而使?jié){料在漿槽中獲得交換位置的循環(huán)作用，提高打漿的均勻程度。⑥飛刀輥飛刀厚度為10～15mm，用于處理黏狀打漿，飛刀輥線速度為12m/s，底刀的厚度約為飛刀厚度的1/2～2/3，斜型底刀與飛刀輥軸線形成5～7°。

由于紙盆漿料種類多，打漿難易程度和要求不同，漿料配比和打漿工藝流程也不同，常用的有:①混合打漿，幾種漿料在打漿機(jī)同時(shí)混合打漿，特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，但無(wú)法根據(jù)紙漿打漿難易、長(zhǎng)短纖維切斷、帚化的不同要求而對(duì)其進(jìn)行不同處理，造成纖維形態(tài)的不合理分布，難以生產(chǎn)高質(zhì)量的紙盆；②分開(kāi)打漿，按照各纖維的不同打漿特性采取不同的打漿工藝(下刀方法和時(shí)間)來(lái)最大限度地發(fā)揮纖維的本身特性，再按照紙盆的不同音質(zhì)要求，以科學(xué)合理的纖維配比混合及添加其他化工助劑；③分開(kāi)打漿后再混合打漿，難打漿的厚壁長(zhǎng)纖維紙漿先單獨(dú)打漿后再與中長(zhǎng)纖維漿種混合打漿，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低濃（4%～5%）打漿預(yù)處理→中濃打漿（6%～8%）方式來(lái)提高紙盆強(qiáng)度，降低打漿能耗。

表2 打漿機(jī)打漿比壓與刀距的關(guān)系

關(guān)于打漿濃度，常見(jiàn)的情況有：①低濃打漿，舊打漿機(jī)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題只能在低濃條件下運(yùn)行；②中濃打漿，新打漿機(jī)結(jié)構(gòu)合理，能夠保證漿料中濃時(shí)在打漿機(jī)漿槽內(nèi)較快循環(huán)流動(dòng)；③低濃打漿預(yù)處理→中濃打漿，低濃打漿適當(dāng)切斷纖維，然后中濃打漿；④ 中濃10%→低濃6%組合打漿，保留了纖維長(zhǎng)度，提高了纖維的均一性，可獲得較單段打漿高得多的強(qiáng)度性質(zhì)。生產(chǎn)操作中要根據(jù)打漿機(jī)狀況，盡可能提高打漿濃度，采用低濃→中濃相結(jié)合的方式，對(duì)提高紙盆強(qiáng)度有益。

與低濃打漿相比，厚壁長(zhǎng)纖維漿種采用低濃預(yù)處理＋中濃打漿的工藝方式是比較適宜的，低濃（4%～5%）打漿預(yù)處理，主要作用是對(duì)纖維長(zhǎng)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)那袛?，并?duì)纖維進(jìn)行初步的潤(rùn)脹，而采用中濃打漿時(shí)，漿料增濃后其流動(dòng)性質(zhì)已完全不服從于牛頓黏性定律，而是服從于非牛頓液體的內(nèi)摩擦定律，更確切地講，中濃（6%～8%）狀態(tài)下的漿料可視為一種擬塑性流體，纖維間網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度大增，由于較高的磨片轉(zhuǎn)速和較高的漿料濃度而使得纖維間產(chǎn)生巨大的內(nèi)摩擦力，在該力的作用下，纖維縱向扭曲、撕裂以及內(nèi)外細(xì)纖維化，從而使成漿的柔韌性、撓曲性增強(qiáng)，游離羥基增多，紙頁(yè)強(qiáng)度明顯改善[14]。

3 紙漿中摻入纖維強(qiáng)化復(fù)合材料

3.1 紙漿中摻入纖維強(qiáng)化復(fù)合材料對(duì)紙盆楊氏模量的影響

楊氏模量更高、密度更小的材料可以更好地提高音質(zhì)。對(duì)于音質(zhì)來(lái)說(shuō),較好的材料應(yīng)該是混合漿，即在植物紙漿中加人一種或多種合成纖維。制作紙盆的材料主要有植物紙漿、碳纖維、玻璃纖維、kevlar纖維等。

分散相為纖維狀的復(fù)合材料以質(zhì)輕、高強(qiáng)、高剛性能為目標(biāo)，要求它們比強(qiáng)度、比剛性都要好，即要求纖維的密度非常小，而強(qiáng)度、剛性都很好。纖維對(duì)復(fù)合材料的影響，不僅是纖維的性質(zhì)，而且從基相到纖維元是如何傳運(yùn)應(yīng)力作用的，對(duì)復(fù)合材料總體特性都有影響，當(dāng)然.這里牽涉到纖維與基相結(jié)合力的問(wèn)題。為了提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性，纖維的長(zhǎng)度必須達(dá)到某個(gè)臨界長(zhǎng)度lc以上才行，玻璃纖維、碳纖維和基相組合的復(fù)合材料其臨界長(zhǎng)度為1mm，它可是纖維線徑的20～150倍。在臨界長(zhǎng)度時(shí)纖維軸向長(zhǎng)度的中心可達(dá)最大荷重的應(yīng)力狀態(tài)，纖維長(zhǎng)度增加時(shí)，纖維就具有更好的強(qiáng)化效果，當(dāng)l≥lc時(shí)(通常l＞15lc)稱此纖維為連續(xù)纖維，比此短纖維稱為不連續(xù)纖維(短纖維)。較臨界長(zhǎng)度lc短的連續(xù)纖維不能產(chǎn)生強(qiáng)化的作用，為了提高復(fù)合材料的強(qiáng)度，則必須要用連續(xù)纖維[1]。

纖維的相互取向以及纖維的體積占有率、纖維布等對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)及其他種種特性都有很重大的影響。順縱向不連續(xù)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料在強(qiáng)化效應(yīng)上比連續(xù)纖維要差，一般常用玻璃纖維，也有用碳纖維等材料的。短纖維強(qiáng)化復(fù)合材料中，彈性系數(shù)、拉伸強(qiáng)度的要求已可達(dá)連續(xù)纖維使用場(chǎng)合的90%和50%了。長(zhǎng)度為l.而l＞lc的短纖維均勻分散的順縱向不連續(xù)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的縱向強(qiáng)度(σcd*)可表示為

隨機(jī)分散型不連續(xù)纖維強(qiáng)化復(fù)合材料,纖維若是隨機(jī)取向，用的是短纖維。這時(shí)彈性模量為

式中,k為纖維效果因子，與Vf,Ef／Em有依存關(guān)系，該值小于1，通常為0.1～0.6。

在強(qiáng)化纖維為隨機(jī)取向時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量與纖維體積占有率成比例而增加。纖維取向的復(fù)合材料會(huì)呈現(xiàn)各向異性，其最大強(qiáng)度總是在平行纖維的縱向上，而在橫向上不會(huì)產(chǎn)生纖維強(qiáng)效果。在較小的拉伸應(yīng)力下就會(huì)破壞。負(fù)荷方向若在兩者中間方位時(shí)，其力學(xué)性質(zhì)也就處于兩者中間的數(shù)值。纖維取向因應(yīng)力方向而使其強(qiáng)化效率變化，對(duì)于應(yīng)力方向，若所有纖維取向都與之平行則強(qiáng)化效率為l；對(duì)于應(yīng)力方向，若所有纖維取向都與之垂直，則強(qiáng)化效率為0。纖維取向不同的復(fù)合材料片重疊后形成層狀結(jié)構(gòu)分層疊片復(fù)合材料。施加三維多軸應(yīng)力時(shí)，基相中用隨機(jī)取向的不連續(xù)纖維強(qiáng)化。其強(qiáng)化效率與順縱向纖維強(qiáng)化材料相比，不會(huì)超過(guò)其1/5，但力學(xué)性質(zhì)卻是各向同性的。對(duì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)時(shí)，纖維的取向、長(zhǎng)短等，必須由負(fù)荷應(yīng)力的大小、種類等來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)纖維比同樣材質(zhì)的塊材強(qiáng)度要好，這是大部分材料，特別是脆性材料所具有的一個(gè)重要特性。試件的體積越小，表面缺陷的臨界尺寸的產(chǎn)生幾率就越小。產(chǎn)生破壞的可能也減少，纖維強(qiáng)化復(fù)合材料正是利用了這一特點(diǎn)。

表3 6種纖維的物性比較

纖維定向指的是在紙盆抄造過(guò)程中,由于漿料分散流動(dòng)速度和錐形曲面脫水網(wǎng)上升速度的差別而導(dǎo)致纖維在紙頁(yè)中徑向優(yōu)先排列的分布情況。在抄紙盆時(shí),纖維一端首先定著在纖維墊層上,另一端自由浮動(dòng),由于漿網(wǎng)速差的存在,紙料中存在一個(gè)剪切力場(chǎng),纖維的自由端在剪切場(chǎng)中受到剪切力的作用而圍繞著另一端旋轉(zhuǎn)。當(dāng)漿網(wǎng)速比減小時(shí),纖維更易沿著紙盆徑向排列。減小紙頁(yè)成形時(shí)的漿網(wǎng)速比,由于定向作用增強(qiáng),紙頁(yè)中纖維排列的方向性增強(qiáng),導(dǎo)致了紙盆徑向周向彈性模量差異增大。隨著漿網(wǎng)速比的減小,由于分散纖維絮聚作用增強(qiáng),紙張勻度指數(shù)提高,勻度改善,這使徑向周向彈性模量幾何平均值略有增加。

紙張抗張挺度取向 （Tensile Stiffness Orientation，簡(jiǎn)稱TSO）是紙張的一個(gè)重要彈性強(qiáng)度指標(biāo)[15]，直接反映紙張性質(zhì)的非均勻性，具體體現(xiàn)在紙張的纖維排列、抗張強(qiáng)度、撕裂度、耐折度及挺度等物理性質(zhì)的縱橫差異。纖維取向是影響TSO的一個(gè)重要因素，凡是能影響纖維排列取向的因素都會(huì)影響TSO。聲速法測(cè)纖維取向度的原理是基于聲波在纖維大分子鏈中傳播的各向異性。當(dāng)聲波沿纖維軸向傳播，傳播方向與纖維大分子鏈平行時(shí)聲速最大。聲波傳播方向與纖維大分子鏈垂直時(shí)聲速最小。超聲波在材料中的傳播速度與材料抗張挺度指數(shù)(Tensile Stiffness Index：簡(jiǎn)稱TSI)之間具有下述關(guān)系：TSI=C·v2

式中：TSI—抗張挺度指數(shù)，kN·m／g

C—數(shù)值接近1的常數(shù)，取決于紙的泊松比

v—超聲波脈沖的傳播速度，km／s

紙料在錐形曲面脫水網(wǎng)上網(wǎng)形成紙頁(yè)的過(guò)程中，由于紙料各組分具有不同的長(zhǎng)度和粗度，使脫水網(wǎng)有選擇地進(jìn)行吸附，這種作用稱為選分作用，又由于脫水網(wǎng)提升與紙料間的摩擦作用，使已經(jīng)吸附于網(wǎng)面的部分紙料又被沖刷下來(lái)，這兩種作用對(duì)紙頁(yè)成形及成形質(zhì)量均有明顯的影響。在紙盆抄造中，當(dāng)脫水網(wǎng)沉入網(wǎng)槽紙料懸浮液中，紙料即開(kāi)始上網(wǎng)，此時(shí)濾水速度較快，因而比較粗長(zhǎng)的纖維得以優(yōu)先上網(wǎng)，細(xì)小纖維則易于通過(guò)網(wǎng)目，隨同白水流失。隨著脫水網(wǎng)的繼續(xù)提升，網(wǎng)面的濕紙頁(yè)逐漸增厚，濾水速度也隨之下降，由于細(xì)小纖維具有較大的比表面積，附著力強(qiáng)，易于附著在長(zhǎng)纖維形成的濕紙頁(yè)上，而此時(shí)吸附的粗長(zhǎng)纖維是比較疏松的，又可能被沖刷到網(wǎng)槽之中。紙盆成形示意見(jiàn)圖2。

3.2 碳纖維特性與應(yīng)用

碳纖維具有密度小、剛性大、阻尼適當(dāng)?shù)奶匦?，且具有耐熱、耐蝕、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，用以制成的揚(yáng)聲器盆具有較好的性能。具體表現(xiàn)為紙盆剛性大，可展寬揚(yáng)聲器做活塞振動(dòng)的頻率范圍，提高高頻重放頻率；在紙盆厚度相同的條件下，碳纖維紙盆輕而剛，因此輸出聲壓較高；因有適當(dāng)?shù)膬?nèi)部損耗(阻尼)，可抑制振膜的分割振動(dòng)，使頻響特性比較平坦。碳纖維傳播聲音的速度快，據(jù)測(cè)碳纖維為11.17km/s，木纖維為1.45km/s，這利于減少失真度，音質(zhì)清晰，音響效果極佳。紙漿里加碳纖維對(duì)頻率響應(yīng)曲線影響不大，但是卻能改善音質(zhì)，一方面保持了紙盆的柔和自然，另外又增加了剛性。

圖2 紙盆成形示意圖

碳纖維沒(méi)有結(jié)合力,獨(dú)自不能成紙。可通過(guò)以下途徑提高碳纖維的結(jié)合性能[16]。①使用膠黏劑。通過(guò)膠黏劑把碳纖維黏結(jié)起來(lái),形成一個(gè)相互連接的纖維網(wǎng)絡(luò)。如用碳纖維進(jìn)行濕法生產(chǎn)電池電極氣體擴(kuò)散層紙時(shí),把聚乙烯醇之類的黏結(jié)劑與短切碳纖維混合,利用造紙技術(shù)成形,干燥后使短纖維互相黏結(jié)。②表面處理。沒(méi)有進(jìn)行表面處理的碳纖維缺乏活性化學(xué)官能團(tuán),表面活性低、惰性大,與膠黏劑黏結(jié)性能差。通過(guò)表面處理可提高碳纖維對(duì)膠黏劑的浸潤(rùn)性和黏結(jié)能力。常見(jiàn)表面處理的方法有氧化處理、涂覆處理、等離子體處理等。③與植物纖維配抄。單一的碳纖維之間不能形成有效的結(jié)合,而植物纖維之間卻可以形成相互連接的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò),因此可以通過(guò)碳纖維與植物纖維混抄來(lái)形成一個(gè)固定的纖維網(wǎng)絡(luò),形成植物纖維與碳纖維、植物纖維與植物纖維、碳纖維與碳纖維之間互相聯(lián)系、交疊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。碳纖維紙盆的生產(chǎn)工藝是借用常規(guī)紙漿造紙工藝制成，它將長(zhǎng)度為1～6mm的碳纖維與植物纖維混合打漿，這種碳纖維紙盆中的碳纖維含量一般為5%～15%。

3.3 玻璃纖維特性與應(yīng)用

玻璃纖維用于增加紙盆的剛性。紙盆常用的玻璃纖維有無(wú)堿短切玻璃纖維和無(wú)堿超細(xì)玻璃纖維等。

玻璃纖維間沒(méi)有植物纖維那樣的結(jié)合力，需對(duì)它進(jìn)行“補(bǔ)強(qiáng)”加工。通常有以下幾種補(bǔ)強(qiáng)的方法[17]：①添加適量的紙漿。與植物纖維混合打漿后，提高了彼此的交織空間，產(chǎn)品質(zhì)量也能滿足要求。但玻璃纖維用量不宜過(guò)高，應(yīng)在10%～20%間比較合適。②熱酸處理。沸水處理加10%鹽酸在60℃水浴中處理7小時(shí)。調(diào)整pH值為3.0～3.5，使此種纖維的懸浮分散，又能產(chǎn)生某種黏附作用，從而使紙頁(yè)的增強(qiáng)效果明顯提高。③添加增強(qiáng)劑。玻璃纖維紙可用的增強(qiáng)劑比較多，例如陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚丙烯酸鈉、丙烯腈與丙烯酸丁酯的聚合物、聚醋酸乙烯酯等，添加0.05%CPAM的效果比添加5%丙烯酸丁酯的效果明顯。④浸漬處理補(bǔ)強(qiáng)。如果上述三種方法達(dá)不到預(yù)期效果，那么就采取膠液(分別有膠黏劑、202膠、氯醋膠的水乳液、聚乙烯醇的水溶液)浸漬的方法，也可加大成紙的強(qiáng)度 (抗強(qiáng)增幅達(dá)到100%～300%)。

3.4 羊毛特性與應(yīng)用

羊毛斷面呈橢圓狀，與其他纖維相比，其伸縮率非常大，比重很小。羊毛摻入硫酸鹽或亞硫酸鹽漿內(nèi)制作紙盆可改善低頻特性。摻入適當(dāng)?shù)难蛎蟮募埮柙黾恿思埮璧膬?nèi)阻尼，改善了揚(yáng)聲器的音質(zhì)，也降低了諧振頻率。比較適合聽(tīng)古典音樂(lè)。

首先將羊毛脫脂處理，洗凈后與針葉漿混合進(jìn)行打漿，使用平均長(zhǎng)度不大于25mm，最大長(zhǎng)度小于32mm。

3.5 細(xì)菌纖維素特性與應(yīng)用

國(guó)外音響中的振動(dòng)紙膜原來(lái)采用具有較高彈性模量的海藻多糖來(lái)制造，由于細(xì)菌纖維素的彈性模量更大,比海藻多糖紙高4倍，達(dá)到15～18GPa，因此，日本率先利用細(xì)菌纖維素作為造紙濕部添加劑進(jìn)行了探討，據(jù)稱細(xì)菌纖維素具有優(yōu)良的提高原材料利用率的功能，目前SONY公司的音響制品已經(jīng)開(kāi)始使用這種材料[18]。

劉忠對(duì)細(xì)菌纖維素改善紙質(zhì)振膜性能進(jìn)行了研究，細(xì)菌纖維素的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常致密，因而其膜具有高強(qiáng)度、高彈性模量等優(yōu)良特性。不僅如此，細(xì)菌纖維素濕膜經(jīng)疏解后，可作為紙張?zhí)砑觿└纳萍堎|(zhì)振膜的抗?jié)q強(qiáng)度和靜態(tài)彈性模量，且在細(xì)菌纖維素添加量為8%時(shí)增強(qiáng)效果最好。同時(shí)，紙質(zhì)振膜的動(dòng)態(tài)彈性模量和動(dòng)態(tài)比彈性率也較空白樣分別提高38.8%和33.8%，大大改善了紙質(zhì)振膜的聲學(xué)特性[19]。

3.6 芳綸纖維特性與應(yīng)用

加芳綸纖維的紙盆具有渾厚中帶細(xì)膩，剛勁中帶柔和的聽(tīng)覺(jué)效果，主要用來(lái)抄大口徑紙盆，用來(lái)增強(qiáng)紙盆的剛性，增加低音的力度和前沿特性，拓展頻寬等。

以高強(qiáng)度、高彈性模量、耐熱性為特征的對(duì)位芳綸，英文縮寫(xiě)為PPTA，商品名美國(guó)為Kevlar，我國(guó)稱為芳綸1414。沉析短纖維，短纖維長(zhǎng)度為1～50mm，直徑為2～100μm，具有針狀末端，外觀類似木材纖維，且纖維表面有少許微細(xì)纖維，末端原纖化現(xiàn)象更為明顯。這種纖維具有較大的比表面積和比較適宜的長(zhǎng)徑比，外觀表征更有利于打漿處理，進(jìn)而有利于紙張的抄造成形。芳綸漿粕纖維的密度比芳綸長(zhǎng)纖維略小，表面呈毛絨狀，微纖叢生，毛羽豐富，粗糙如木材漿粕，纖維軸向尾端原纖化成針尖狀，這使其表面積巨大，達(dá)7～9m2／g，是長(zhǎng)纖維的10倍以上。芳綸漿粕纖維的長(zhǎng)度和直徑呈一定的分布，平均長(zhǎng)度為2～4mm，長(zhǎng)徑比為60～120，表面氨基含量也是長(zhǎng)纖維的10倍以上。芳綸短纖維強(qiáng)度雖然很高，但表面光滑，纖維間缺乏交織力。芳綸漿粕纖維交織力雖然強(qiáng)，但長(zhǎng)度小，纖維強(qiáng)度也小，所以單獨(dú)使用芳綸短纖維或漿粕纖維均不能抄出高強(qiáng)度的紙張。為了充分發(fā)揮兩種纖維的優(yōu)勢(shì)，必須把芳綸短纖維進(jìn)行適當(dāng)原纖化處理，再與芳綸漿粕纖維進(jìn)行配抄。研究發(fā)現(xiàn)，芳綸短纖維中芳綸大分子沿徑向高度取向，分子間只有氫鍵和范德華力作用，作用力小，使纖維易沿軸向劈裂，在適當(dāng)條件下可通過(guò)打漿實(shí)現(xiàn)纖維的原纖化。比較而言，1414纖維比1313纖維更易分絲帚化，這可能與1414纖維微觀組織為細(xì)纖狀有關(guān)。芳綸短纖維用槽式打漿機(jī)可進(jìn)行打漿操作。芳綸纖維具有很高的保水值，其打漿濃度必須較常規(guī)打漿濃度小許多，且需加適當(dāng)分散劑輕刀疏解，保證纖維長(zhǎng)度和強(qiáng)度下降不大。經(jīng)打漿處理后，短切纖維分散性能提高。其中，1313短纖維分散性能提高較1414纖維明顯。①纖維長(zhǎng)度＜5mm時(shí)，纖維易絮聚成小球狀，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漿樣分散器處理可完全分散(約2 500轉(zhuǎn))。②纖維長(zhǎng)度＞6mm時(shí)，纖維不會(huì)產(chǎn)生絮聚團(tuán)成球狀現(xiàn)象。短切纖維在水介質(zhì)中易于絮聚纏繞，給抄造成形帶來(lái)很大困難。所以必須加入合適的分散劑來(lái)保證纖維的良好分散，進(jìn)而保證紙頁(yè)的勻度和強(qiáng)度。一定的預(yù)處理(如0.12%PEO、PAM、SA等)對(duì)提高短切纖維的分散性有一定幫助。芳綸漿粕可以單獨(dú)成紙，芳綸纖維的剛性鏈導(dǎo)致其在濕法成紙過(guò)程中相互間結(jié)合力很差，不能單獨(dú)成紙，需要配以一定比例的沉析纖維才能形成紙基.綜合考慮紙張結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度性能，單比例(芳綸漿粕:芳綸纖維)抄紙的最佳比例為1.5:1。芳綸紙經(jīng)壓榨干燥后紙頁(yè)緊度和強(qiáng)度比普通紙頁(yè)小，究其原因可能為纖維表面憎水以及活性基團(tuán)很少，導(dǎo)致纖維與水、纖維與纖維之間形成氫鍵結(jié)合較難，適當(dāng)增加壓榨壓力可以小幅度提高紙頁(yè)緊度和強(qiáng)度。芳綸熱壓紙當(dāng)頻率保持不變時(shí)，儲(chǔ)能模量E＇和力學(xué)內(nèi)耗tanδ，隨著測(cè)試溫度的變化，溫度由低至高，芳綸熱壓紙經(jīng)歷了玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)三種不同的力學(xué)狀態(tài)，各反映出不同的分子運(yùn)動(dòng)模式。由于熱壓導(dǎo)致芳綸纖維尤其是漿粕纖維結(jié)晶度的增加。隨著漿粕結(jié)晶度的增加，非晶區(qū)鏈段運(yùn)動(dòng)將更為困難，結(jié)晶相承受的應(yīng)力要比非晶相大得多，導(dǎo)致了芳綸紙變得更為剛硬。材料在玻璃態(tài)下，損耗因子隨溫度的升高而緩慢增加，當(dāng)溫度升高到Tg附近時(shí)，損耗因子急劇增加；在溫度達(dá)到Tg時(shí)，損耗因子達(dá)到峰值；而當(dāng)溫度高于材料的Tg后，材料進(jìn)入高彈態(tài)，損耗因子急劇降低。熱壓過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制溫度、線壓力、壓榨時(shí)間以及線壓力在輥?zhàn)虞S方向上的分布均勻性，避免成品紙頁(yè)上透明斑塊的不均勻性[20]。

3.7 PVA水溶纖維特性與應(yīng)用

如果將PVA水溶纖維及PVA不溶纖維按1:2的比例加入到紙漿中能較大幅度地提高紙張強(qiáng)度[21]。不溶纖維主要靠其裸露的羥基、較高的自身強(qiáng)度及較長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)提高紙張強(qiáng)度。纖維越細(xì)，單位面積內(nèi)的纖維數(shù)量越多，成游離狀的羥基越多，與紙漿纖維形成氫鍵結(jié)合力越強(qiáng)；纖維之間的交叉點(diǎn)、黏結(jié)點(diǎn)越多，所抄紙張的強(qiáng)度、柔韌性、耐折性更好。但纖維過(guò)細(xì)（小于0.01dtex），纖維強(qiáng)度很低，還易造成紙面多孔，影響紙張強(qiáng)度及外觀指標(biāo)。纖度過(guò)大 （大于3dtex），易結(jié)團(tuán)，故水溶纖維纖度應(yīng)與配用的紙漿纖維纖度相近為好。目前，從效費(fèi)比考慮，多為1.2～2.2dtex。在一定范圍內(nèi)，纖維本身的強(qiáng)度越高，紙張強(qiáng)度也越高。但水溶纖維強(qiáng)度越大，剛性就越大，韌性越差，黏結(jié)效果變差。水溶纖維強(qiáng)度過(guò)大，不僅不能提高紙張的強(qiáng)度反而會(huì)降低耐折度，故在首先保證水溶纖維性能的條件下，強(qiáng)度稍高為好。水溶纖維強(qiáng)度大于或等于2.5cN/dtex即可?？紤]到PVA水溶纖維加入量不大，而且主要是起網(wǎng)絡(luò)骨架作用，因此，打漿后的水溶纖維長(zhǎng)度應(yīng)比紙漿纖維稍長(zhǎng)為好，但不宜超過(guò)一倍。造紙用PVA水溶纖維常為3～5mm，打漿后降為1～3mm。大部分紙張對(duì)表面平滑度均有一定的要求，故對(duì)PVA水溶纖維分散性要求極高。纖維在水中的分散性主要取決于纖維的長(zhǎng)徑比，長(zhǎng)徑比越大，則纖維容易纏繞，不易分散。通常纖維的長(zhǎng)徑比不宜大于250。同時(shí)不允許出現(xiàn)刀口黏連、并絲等質(zhì)量問(wèn)題。水溶溫度應(yīng)大于40°C，小于80°C。溫度過(guò)低，在打漿時(shí)使大的PVA水溶纖維損失，增加成本；溫度過(guò)高，達(dá)不到黏結(jié)增強(qiáng)作用。水溶溫度應(yīng)穩(wěn)定，而且溶程要短，溫度偏差最好控制在±5°C，這對(duì)于紙廠控制工藝極為重要。目前常用PVA水溶纖維溶解溫度為50～80°C。只加入PVA水溶纖維是不夠的，還需加入PVA不溶纖維。對(duì)PVA不溶纖維的一般要求是：強(qiáng)度大于5cN/dtex，纖度范圍0.5～1.5dtex，長(zhǎng)度在2～6mm之間。

通常將PVA水溶纖維與紙漿纖維按對(duì)絕干漿1%～15%的添加量混合打漿或水溶纖維在配漿池中與已打漿的紙漿混合。其目的是：①使水溶纖維分散均勻，吸水潤(rùn)脹，增加表面積，有利于提高紙張強(qiáng)度；②使水溶纖維充分收縮，以避免在PVA水溶纖維加入量大的情況下干燥紙頁(yè)時(shí)出現(xiàn)紙張起皺及縱向斷裂。

添加PVA水溶纖維松壓紙盆，濕紙未經(jīng)施加壓力，在熱風(fēng)干燥箱中干燥，發(fā)現(xiàn)紙頁(yè)不具有強(qiáng)度。由此可知，要使黏結(jié)纖維產(chǎn)生黏結(jié)效果，適當(dāng)?shù)募訅菏潜匾?。一般選用70～90℃水溶溫度的聚乙烯醇纖維，用量在30%以下。抄紙溫度最好控制在其始溶溫度附近，始溶溫度一般比溶解溫度低5～20℃。在此溫度下抄紙易使水溶纖維呈半溶狀（起黏結(jié)作用）又不過(guò)分溶解，可避免干燥時(shí)黏缸。起始烘干溫度控制在高于水溶標(biāo)稱溫度10～15℃為好。

3.8 滌綸超短纖維特性與應(yīng)用

滌綸超短纖維具有較高的斷裂強(qiáng)度和較低的斷裂伸長(zhǎng)率,較好的熱穩(wěn)定性,介質(zhì)中高度的分散性,與植物纖維相仿的長(zhǎng)度與粗細(xì),纖維間良好的親合性,特殊的色澤,特殊的橫截面[22]。

滌綸超短纖維使用建議：①選擇滌綸超短纖維的直徑應(yīng)盡可能接近于木漿纖維的直徑,這樣有利于纖維之間的相容性。 ②選擇滌綸超短纖維的長(zhǎng)度應(yīng)略比木漿纖維的長(zhǎng)度長(zhǎng)，這樣有利于提高紙張的撕裂強(qiáng)度,但過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)增加纖維間的纏結(jié),造成紙張疵點(diǎn)。③選擇合適的黏結(jié)劑,這樣有利于滌綸超短纖維在紙張中的均勻分布。

以10%～30%含量的PE/PET皮芯復(fù)合滌綸超短纖維與針葉木纖維、玻璃纖維為主要原料，制得紙盆具有拉力強(qiáng)度高、彈性好、重量輕、可熱封等諸多優(yōu)點(diǎn)，有利于降低成本，有利于紙盆輕量化。

滌綸超短纖維添加比較方便，在打漿機(jī)中加入滌綸超短纖維，打漿時(shí)間不要超過(guò)10分鐘。

5 結(jié)語(yǔ)

紙盆紙漿搭配最好是使用纖維長(zhǎng)、壁腔比較大的強(qiáng)韌針葉木漿，并配富有韌性和彈性的麻類韌皮長(zhǎng)纖維、棉漿薄壁種毛纖維、竹漿中長(zhǎng)纖維等天然纖維，長(zhǎng)短纖維的配合，厚、薄壁纖維的配合，通過(guò)合理的打漿工藝產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，最大程度滿足揚(yáng)聲器紙盆剛度、內(nèi)阻尼、輕質(zhì)的要求。

將一些密度小、楊氏模量高的玻璃纖維、碳纖維、芳綸短纖維等混入紙漿中，振膜的剛性大幅度上升，可圓滿地解決大口徑揚(yáng)聲器振膜的質(zhì)量與剛性問(wèn)題。

紙質(zhì)振膜所用各種纖維的比例并無(wú)固定，可依照所需的功能，或想要的聲音做調(diào)整。由于紙盆是采用多種材料相混，可以凸顯出各種材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，互補(bǔ)彼此間的缺陷，加上聲音的變化較為多樣，聽(tīng)感上也較為豐富。

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2011－10－18