古纸纤维形态特征与传统造纸工艺的对应关系

杨海艳 郭金龙 龚德才

(1.中国科学技术大学科技史与科技考古系，安徽合肥，230026;2.新疆维吾尔自治区博物馆，新疆乌鲁木齐，830000)

古纸纤维形态特征与传统造纸工艺的对应关系

杨海艳1郭金龙2龚德才1

(1.中国科学技术大学科技史与科技考古系，安徽合肥，230026;2.新疆维吾尔自治区博物馆，新疆乌鲁木齐，830000)

通过模拟古代手工造纸过程中的剪切、舂捣工艺，利用纤维测量仪观察模拟试样中纤维的微观形态，与古代样品中纤维的形态进行对比，验证了推测的正确性，从而建立起造纸工艺与纤维微观形态特征的对应关系。首次提出纤维膨大呈球状的舂捣痕迹，从纤维微观形态的角度出发判断造纸工艺特征，为考古出土的疑似纸状物质的鉴定提供帮助。

古纸;纤维;剪切;舂捣;造纸工艺

古代的造纸工艺极其复杂，包括浸湿、剪切、洗涤、浸灰水、舂捣、抄纸、晒纸、揭纸等。有关古代的造纸工艺有许多文献记载。晋代张华记载:“蔡伦始擣故鱼网造纸”［1］。唐代记载:“至后汉和帝元兴中，常侍蔡伦剉故布擣抄作纸，又其字从巾”［2］。“剉”，即切，用刀将麻料切断。而“擣”同捣，即舂捣之意。“抄”指抄纸，即用纸模捞出纸浆经滤水成纸。从古文献可见剪切、舂捣与抄造为汉代造麻纸的重要步骤。我们无法目睹古代的造纸过程，因此只能通过对现存古纸的分析推断其制作工艺。

目前，国内外在造纸方面的研究已经取得了重大成果。美国学者Dard Hunter调查了中国等国家的造纸技术，揭示了我国先民不断改进造纸工艺的过程［3］。日本学者加藤晴治曾对我国新疆古纸和敦煌写经纸进行过显微分析［4-6］。此外，日本学者对我国的宣纸也进行过较多的检测和研究。国内对古纸研究较多的有钱存训、潘吉星、王菊华等。钱存训曾系统地分析了中国造纸术的起源、发展和演变［7］。但是仅从文献的角度，很少对古纸进行第一手的研究，对现存中国手工造纸也没有进行调查研究。潘吉星对我国造纸技术发展的历史作了系统全面的论述，并且利用模拟实验和现场调查的方法探讨了西汉造麻纸的技术［8］。王菊华在文献 ［9］中比较详细地介绍了我国古代不同时期的造纸工艺，并对大量古代样品进行科学分析。其中对东汉旱滩坡纸进行分析研究时，从纸片的结构和特性角度表明当时的工艺技术有了洗、沤、舂、抄等工序，但并未详细介绍从纤维形态上判断各道造纸工序的方法。对灞桥纸的纤维原料进行分析时，从纤维的分丝帚化现象判断是否经过打浆或舂捣［10-11］。但是，这种判断方法只适用于麻纤维，而对于其他纤维则比较难以观察其分丝帚化现象。

本实验通过模拟实验与显微镜观察相结合的方法，从纤维微观形态的角度出发，判断造纸过程中是否经历过剪切和舂捣过程。从而将古纸的纤维形态特征与造纸工艺紧密联系起来，为古代造纸工艺的研究提供了一种新的思路。若通过纤维的分析，确定剪切和人工舂捣的痕迹，则就能判定是纸张，从而为古纸的鉴定提供帮助。

1 实验

1.1 样品

脱胶的现代麻样品 (浙江)，剪断为1#样品，不剪断为2#样品;新疆出土的编号为09ZJ0133的婆罗谜文书残片为3#样品，见图1～图3。

1.2 仪器

XWY-VI型纤维仪，珠海华伦造纸科技有限公司生产。

1.3 样品处理

(1)模拟古代造纸中剪切、舂捣的过程，将1#和2#样品分别放在石臼中舂捣，边舂捣边加水，直至其呈纤维状;

(2)按照文献 ［12］配制碘-氯化锌染色剂;

(3)制备显微玻片并观察:取少许研磨后的纤维 (模拟试样)或纸样 (古代样品)于洁净试管中，加少量蒸馏水，震荡使纤维完全分散。用镊子取纤维试样少许，置于载玻片上，滴两滴碘-氯化锌染色剂，使纤维在染色剂中分散均匀，盖上盖玻片后使用纤维测量仪观察纤维的形态特征及染色情况。

2 结果与讨论

研磨后纤维的显微镜照片如图4～图8所示。

2.1 剪切的痕迹

1#样品的剪切痕迹如图4所示。由图4可见，纤维有明显的剪切痕迹，即纤维发生断裂且断裂口处的纤维比较整齐。而未经过剪切的2#样品中则没有此种痕迹，只有如图5所示的舂捣留下的痕迹。造纸过程中的舂捣亦能使纤维发生断裂，只是断裂口不是平直的，而是呈扫帚型参差不齐，毫无规律。图6所示的古代样品也有与现代模拟样品相同的剪切痕迹，从而验证了此方法的可行性。

剪切的目的是使纤维变短，由于麻纤维一般都很长且韧性大，不经过剪切纤维很难分散均匀，难以抄造出高质量的纸。

2.2 舂捣的痕迹

图5是纤维未经过剪切直接进行舂捣的图片。从图5中可见，纤维的端部都呈扫帚形散开，此现象称为分丝帚化。在舂捣过程中，纤维容易发生分丝帚化，尤其是对于麻纤维，原因是麻纤维的S2层微纤维基本平行于轴向排列［12］，而其他纤维分丝现象不明显。图7为3#样品的纤维图片，纤维也出现了分丝帚化现象。此外，舂捣还能使纤维破损。对现代麻纤维进行舂捣模拟实验，在纤维测量仪下观察发现纤维损伤的痕迹。由于舂捣力度或是方向不同，舂捣的痕迹有所差异。最常见的舂捣痕迹为纤维膨大呈球状，经染色后颜色加深，如图8(a)～图8(c)所示;舂捣严重时纤维开始出现孔洞，如图8(d)所示。从图5～图8可见古代样品中纤维的痕迹和现代模拟样品舂捣的痕迹相同，从而验证了此方法的可行性。

经蒸煮后的纤维原料，需要经过机械舂捣才能将纤维细胞壁及纤维束打碎，使束缚在纤维素中的羟基充分暴露出来，便于形成氢键。舂捣是造纸过程的关键，只有经过舂捣，才能使纤维微纤维化，才具有抄纸所需的柔软性，纤维才能在水中均匀悬浮［13］。

3 结论

3.1 通过模拟造纸的工艺实验，在纤维测量仪下可以直观地分析造纸的某些工艺痕迹，如剪切、舂捣等。纤维经过剪切后发生断裂且断裂口比较整齐，而舂捣不仅能使纤维分丝帚化，亦能使纤维破损。最常见的舂捣痕迹为纤维膨大呈球状，经染色后颜色加深，严重时纤维出现孔洞。从而将纤维形态特征与造纸工艺之间的对应关系建立起来。通过对新疆古纸的分析可以验证该方法的可行性。

3.2 用纤维测量仪分析纤维的微观形态不仅有助于研究古代造纸的工艺，而且可以分析其水平的高低，可以为纸张的鉴定提供一定的帮助。

［1］(晋)张 华．博物志校证［M］．北京:中华书局出版社，1980．

［2］(唐)徐 坚 ．初学记［M］．北京:中华书局出版社，1962．

［3］Hunter，Dard．Papermaking:the History and Technique of an Ancient Craft［M］．Dover Publications Inc．，1978．

［4］加藤晴治(Kato Haruzi)．樓蘭出土古纸について［J］．纸パ技協誌，1963．

［5］加藤晴治(Kato Haruzi)．吐魯番出土文書とその用纸［J］．纸パ技協誌，1964．

［6］加藤晴治(Kato Haruzi)．敦煌出土寫經とその用纸について［J］．纸パ技協誌，1963．

［7］钱存训．中国科学技术史——纸和印刷［M］．上海:科学出版社，上海古籍出版社．

［8］潘吉星．中国古代造纸技术史稿［M］．北京:文物出版社，1979．

［9］王菊华．中国古代造纸工程技术史［M］．太原:山西教育出版社，2006．

［10］王菊华，李玉华．二十世纪有关纸的考古发现不能否定蔡伦发明造纸术(1)［J］．文物保护与考古科学，2002，14:45．

［11］王菊华，李玉华．关于几种汉纸的分析鉴定兼论蔡伦的历史功绩［J］．中国造纸，1980:81．

［12］王菊华．中国造纸原料纤维特性及显微图谱［M］．北京:中国轻工业出版社，1999．

［13］潘吉星．中国古代造纸技术史稿［M］．北京:文物出版社，1979．

Study on the Relationship between Morphological Characteristics of the Fibers of Ancient Paper and Papermaking Technologies

YANG Hai-yan1GUO Jin-long2GONG De-cai1，*
(1．Department of the History of Science and Scientific Archaeology，University of Science and Technology of China，Hefei，Anhui Province，230026;2．Xinjiang Uygur Autonomous Region Museum，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830000)
(*E-mail:gdclucky@ustc．edu．cn)

When we investigated the ancient papers，a unique phenomenon was found:Some fibers had comparative straight fracture，while some parts of fibers significantly expanded into the shape of a ball when observed by fiber measuring instrument．It was speculated that it may be relevant to cutting and ramming in the papermaking process．Therefore，cutting and ramming were simulated，and the morphology of fibers in the simulated sample was observed with microscope．By comparing with the morphology of ancient samples，speculation was verified and the corresponding relationship between papermaking technology and fiber morphological characteristics was finally established．The ramming traces leading fiber expanding to be the shape of a ball were presented for the first time．It provides a method to judge the paper making technology based on the fiber morphology，hopefully it can provide a new appraisal method to unearthed paper analogues．

ancient paper;cutting;ramming;papermaking process

TS71+.2;TS75

A

0254-508X(2011)12-0032-04

杨海艳女士，在读博士研究生;主要研究方向:古纸的纤维种类与古代造纸工艺分析以及纺织品灰化机理。

2011-08-20(修改稿)

指南针计划——中国古纸科学价值挖掘研究(20090304)。

(责任编辑:郭彩云)