当前课程知识点：植物纤维化学 > 第一章植物纤维的生物结构和细胞形态 > 1.6 纤维形态学因素 > 1.6 纤维形态学因素
第六节 纤维形态学因素
同学们好，上节课我们学习了纤维细胞壁的超微结构
细胞壁超微结构之精细，不禁让人感叹自然界进化的力量
研究植物纤维的生物与化学结构特点
最终目标是为了将其高值转化为工业生产的原料或人们生活的必需品
比如纸浆，就是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质
那么，纤维形态学特性与人们利用纤维
特别是与制浆造纸原料的选择又有什么相互联系呢？
这节课我们就来解答这个问题
一、纤维形态学因素
纤维形态学因素主要包括纤维的长度、宽度、壁腔比、非纤维细胞含量
也就是杂细胞含量以及粗度等
1. 纤维长度、宽度
（1）纤维长度
在测定原料的纤维形态时 纤维长度是指纤维完整的长度
而在测定纸浆的形态变化时
纤维长度包括所有折断 磨碎纤维的长度
国际木材解剖学会将木纤维的长度规定为极短纤维、短纤维
稍短纤维、中等长度纤维、稍长纤维、长纤维和极长纤维7个等级
前面的学习中
我们知道针叶木管胞的平均长度是3-5mm，属于极长的纤维
阔叶木与禾本科原料的纤维平均长度为1mm左右
属于中等长度的纤维
纤维的绝对长度是纤维最基本、最重要的形态指标
它直接影响纸张的抗张强度、耐破度和耐折度等性能
多数纤维是纺锤形的，因此纤维宽度是指纤维中段的直径
典型的植物纤维长度与宽度请见下表
针叶木纤维宽度30-50微米，阔叶木20-40微米
禾本科原料10-20微米
可以看出针叶木的纤维长且宽，而禾本科纤维短而细
阔叶木纤维长度与宽度介于针叶木与禾本科之间
（3）长宽比
纤维长度与纤维宽度的比值就是纤维的长宽比
长宽比影响着纤维成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数
比值大的纤维分布细密、成纸强度高
比值小的纤维分布稀疏、成纸强度低
一般来说长宽比大于45的纤维属于优等的造纸原料
但是不能单以长宽比一个指标来判断原料的优劣
例如 不少禾本科原料纤维的长宽比远大于针叶材纤维
但其成纸强度却低于针叶材纤维
这是由于针叶木纤维拥有较长的绝对长度和较低的非纤维细胞含量
因此，长宽比只是一个辅助的判断指标
2. 壁腔比
在实际生产中 仅用纤维的长度和宽度
来表示原料纤维的形态特征显然是不够全面的
例如，长宽比相似而纤维柔软性不同的纤维
抄造出的纸张强度性质可能差别很大
实践证明纤维的柔软性与细胞壁厚度相关
壁腔比就是细胞厚度与细胞腔直径的比值
壁腔比越小，则纤维柔软性越好
成纸时纤维之间的接触面积较大、结合力强、纸张强度高
壁腔比对成纸的耐破度指标影响尤为显著
表示纤维柔软性可用刚性系数、柔性系数和容凯尔比值来表示
刚性系数等于两倍的细胞单壁厚度
柔性系数等于细胞腔直径除以纤维直径乘以100
壁腔比等于两倍的细胞单壁厚度除以细胞腔直径
也就是刚性系数比上柔性系数
纤维的壁腔比也称纤维的容凯尔比值，即R值
通常认为 R值小于1为很好原料，R值等于1为中等原料
R值大于1为劣等原料
实际生产中，对R值大的纸浆纤维可通过适当的打浆使纤维分丝帚化
从而提高纸浆纤维成纸时的结合能力，改善纸页的紧度和强度
3. 纤维粗度
纤维的粗度又称纤维的粗细度
是指每100米长度绝干纤维的毫克质量，用dg来表示
纤维粗度既与纤维长度有良好的对应关系
也与原料的密度、纤维的细胞壁厚度及细胞腔大小、蒸煮程度有关
一般来说，纤维粗度大于30 dg的纸浆，造纸的纸页较粗糙、平滑度低
小于10 dg的纸浆，造纸纸页细腻、平滑度高
粗度大、纸页的松厚度增加，而断裂长、耐破度、撕裂度及耐折度会下降
二、纤维形态评价及测定
1. 纤维的长度、宽度测定
纤维长度测定，一般可用台式投影仪对纤维进行放大投影来测定
放大倍数依原料纤维长度而定
纤维的宽度、细胞腔直径、细胞壁厚度测定
则常采用500~800倍的光学显微镜来测定
为了客观反映原料纤维形态分布差异
可将测定结果按数量法列出最大、最小值、平均值和一般值进行统计
测定数值中删去最小的15%及最大的15%后
剩下的70%范围内的数值称为一般值
纤维的数量平均长度与重量平均长度计算请参见以下公式
其中ni表示级分的纤维数目 Li表示级分的平均长度
Wi表示筛级浆纤维的绝干重量
2、纤维长度均一性
除了纤维长度、宽度对纸张性能的影响以外
长度的均一性对纸张的性能也有明显的影响
长度均一性用分布频率表示，计算公式如下
其中n'表示级分纤维数量 n表示测定的纤维总数
3、非纤维细胞含量
植物纤维细胞是制浆生产过程主要利用的部分
而非纤维细胞即杂细胞则会影响成纸质量
因此，测定杂细胞含量是评估造纸原料的重要指标之一
这个表给出了几种常用造纸原料的杂细胞含量
其中针叶木杂细胞含量最低为1%～5%、阔叶木20%～30%
竹类原料20 ～ 35% 其它禾草类纤维原料40%～60%
从这点来看，禾本科原料是三种原料中最差的造纸原料
杂细胞含量测定通常采用显微镜法，用面积法计算
非纤维细胞含量等于非纤维细胞的面积除以全部细胞的面积乘以100%
4. 测定仪器
采用显微镜等仪器测定纤维形态需要投入大量人力
针对这一问题，已有许多公司开发出高度集成的纤维分析仪
如 芬兰美卓的FS300纤维自动分析仪
加拿大FQA纤维质量分析仪等
这些分析仪能够实现纤维的长度、宽度、粗度、投影长度
卷曲度 细小纤维含量 针阔叶浆的配比等数据的一站式检测
具有测定速度快、可重复性强的特点
可用于监测制浆、抄纸生产过程纤维形态的特点
小结
这节课我们学习了纤维的形态学因素
请同学们重点掌握评估纤维形态的指标
并了解这些形态学因素对制浆造纸过程的影响
下节课我们将开始新一章植物纤维化学成分的学习
欢迎大家继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
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-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
