第三節高分子材料的形變、開裂與斷裂
在環境介質、應力和時間因素的作用下，高分子材料的衰變往往表現為形變、開裂或斷裂。紙質藏品容易發生塑性形變、木質藏品容易開裂，塑料則容易發生脆性斷裂。
紙張的塑性形變
紙張在外力作用下會發生彈性形變和塑性形變，彈性形變在作用力移去之後還可以恢複原狀，但塑性形變消除作用力後，則不能恢複原來的形態。由塑性形變引起的紙張尺寸和形狀的變化，將給紙質文物造成危害。
一、引言
紙質材料在外力作用下發生形狀和尺寸的變化，稱為形變。形變是紙質材料的力學性能，這種力學性能與紙質文物的保藏和利用有密切關係。因此，討論紙質材料在受力情況下產生形變的規律有重要理論價值和應用價值。
分析紙張的形變規律時，我們選用紙的群體單元垛作為考察對象，垛的數量概念十分不明確，它既可以是一羅書，也可以是一本書，因為一本書也是由一羅紙構成。
幹濕應力可以引起紙張的塑性形變和應力開裂。塑性形變是一種在外力移去之後不能恢複原來狀態的形變。
紙張是吸水性很強的材料，它不僅在同其他紙質材料相互接觸時能夠吸水，而且還有從潮濕空氣中吸水的能力，以及能向幹燥的空氣中排水（脫濕）的能力。紙質材料吸水後膨脹，各個方向上的直線尺寸和麵積都會增加。相反，當脫水時紙質材料會收縮，各個方向上的直線尺寸和麵積都會縮小。這些變化都是幹濕應力引起的塑性形變。
一根幹燥纖維完全潤濕後，其直徑增加量約為309，長度方向的增加量僅為1~2。由於紙纖維吸水後直徑與長度的增加量有如此之大的差別，所以，形變必然會因紙纖維排列方向的不同，而在長度和寬度上有所不同。如果紙張的大多數纖維的排列方向與紙的長度方向相一致，就叫縱絲縷紙；如果紙張的大多數纖維的排列方向與紙的寬度方向相一致，就叫橫絲縷紙。
紙張吸水後，縱絲縷紙沿寬度方向的伸長較大，沿長度方向的伸長較小；橫絲紙的情況相反，沿長度方向的伸長較大，沿寬度方向的伸長較小。
紙質材料的含水量隨周圍環境的溫度和相對濕度而變化。從一定的溫度和相對濕度的空氣中吸收水分，或者將自身的水分逸到空氣中去，直到空氣中的水蒸氣壓和紙質材料中的水蒸氣壓相平衡為至。此時紙張中的含水量叫做該濕度條件下的平衡含水量。在一定的相對濕度條件下，紙張的平衡含水量與環境溫度成正比。
在一定溫度條件下，紙的平衡含水量與相對濕度並非成直線關係。在高濕度條件下，微小的濕度變化都能引起紙張很大的形變。
二、周邊與中央部位含水量不均造成的形變
如果紙質文物原先的含水量較低，當它被移人一個相對濕度很高，而溫度很低的保藏環境時，就會發生吸濕現象，結果紙垛周邊部位的紙吸濕伸長，中間部位的紙尺寸變化很小，或無變化。紙垛因此而形成荷葉邊或稱波浪邊。其形態如下圖所示：如果紙質文物原先的含水量較高，當它被移到一個溫度很高，而相對濕度很低的環境時，紙張便會發生解吸現象。周邊部位脫濕較快而張緊，中間部位的尺寸變化很小，甚至無變化，此時紙垛便形成了緊邊的形狀。
三、正背麵含水量不均引起的卷曲如果紙張正麵與背麵的含水量不均，就會發生卷邊現象（如下圖所示），從而造成紙張的卷曲。出現卷邊現象的原因，主要是以下幾點：
1.紙垛上部未采取保護覆蓋措施，過幹或過濕的環境條件，導致紙垛上部的紙張卷曲；
2.紙張正、反兩麵吸水後的形變值不一樣，例如複合紙，或者單麵上光貼膜紙等，它們吸濕後的形變值就相差很大；
3.紙張單麵施膠，或者正、背兩麵的施膠有明顯的輕重之分；
4.單麵塗料紙；
5.紙張含水量過少，使之在縱向和橫向發生緊縮，於是紙張沿平行於絲縷方向，朝比較幹的一麵向上卷起，形成凹緣麵。
四、露點效應引起的塑性形變
要想了解露點效應對紙張形變產生的影響，可從日常生活中的一些現象來觸類旁通。戴眼鏡的人，冬天從寒冷的室外進入溫暖的室內環境時，都會習慣地摘下眼鏡擦幾下，這是由於眼鏡上很快凝結了水珠的緣故。當周圍環境未飽和水氣接觸了冷到露點的物體時，就會變成飽和水氣，凝結成水珠於物體的表麵。
同理，冷的紙張移到溫暖的環境時，如果溫差以達露點，就會在紙垛邊緣部位吸收大量的凝結水珠，水珠很快被紙張邊緣吸收，從而使紙張邊緣的含水量遠遠大於中央部位，因此導致紙張發生前麵提到過的荷葉邊形變。
木質藏品的幹縮與開裂
一、引言
幾千年來，人們接受這樣的事實。即水對傳統的結構材料有強烈的影響。木材在濕度周期作用時會膨脹和收縮，然後在潮濕時會腐爛，在幹燥時會龜裂。（對.!）.貝賈爾1991）
這些年代久遠的曆史文化遺產，隨著歲月的流逝，都在經受著不同程度的破壞和損壞，如石窟寺的風化侵蝕，木器和竹器的幹裂、皺縮，金屬文物的鏽蝕等，大量的珍貴文物因各種原因而受到損害。
幹縮、濕脹是木材的固有性質。由於大氣溫度和濕度是經美國將全國分為三大區，每個區域內室內木製品的適宜含水率都有限定。
潮濕的木製品置於空氣中即可被幹燥，對幹木製品來說其含水率一般都在纖維飽和點以下，因此幹燥會出現分子組纓的間隙，因而細胞膜收縮；反之，幹燥的木材置於潮濕的空氣中，則細胞膜吸濕而膨脹。
二、幹燥過程引起的應力變化
木材幹燥時首先是表麵的水分蒸發，表層附近產生劇烈的水分梯度，這時表麵要收縮，內部則由於仍有高的含水率而不收縮。這樣一來，表層就產生了拉伸應力，內層產生了壓縮應力。這種表麵收縮一般發生在與纖維相垂直的方向。幹燥繼續進行，應力逐漸發展到內層，表麵由於受到過度的拉伸應力而產生永久變形。以後的內部幹燥又引起內部收縮，結果造成相反的應力分布。即幹燥前期外層受到拉伸應力，內層受到壓縮應力；後半期外層受到壓縮應力，內層受到拉伸應力。因此，幹燥的前半期有發生表麵裂紋及端麵裂紋的危險；幹燥後半期則有發生內部裂紋的危險。
1.端麵裂紋
由於水分沿纖維方向移動比垂直於纖維方向移動大，因此，端麵幹燥收縮較快而發生拉伸應力，從而導致木材端麵裂紋的生成。
2.表麵硬化
前麵已經談過，幹燥初期隻是表麵很快幹燥收縮，而內部並不收縮，因此表麵經常受到拉伸應力的作用。由於這種非正常收縮而產生了永久形變，但內部此時受到的是壓縮應力的影響。這種受力狀態稱為表麵硬化前期。這時，如表麵應力大於與纖維相垂直的拉伸強度，就會發生表麵裂紋。
如果幹燥過程繼續進行，則會出現內部應力轉向，由於內部收縮量過大而引起永久形變。若此時拉伸應力增大，就有發生內部裂紋的危險。這種受力狀態，稱為表麵硬化後期。為去除這種應力，幹燥後一般應進行調濕，去除水分梯度，以鬆弛外層的壓力。