3.表麵裂紋
如上所述,幹燥初期由於拉伸應力,沿表麵的纖維會發生裂紋。一旦發生裂紋,木材周緣就產生應力集中,並有可能發展,因此需要恢複原樣幾乎沒有可能,特別是一些細小的表麵裂紋。
此外,還有內部裂紋的生成等。
塑料的銀紋生成與環境應力斷裂
銀紋是與斷裂密切相關的現象。許多高分子材料,特別是熱塑性塑料(如有機玻璃其製品在保藏和使用過程中,由於應力和環境介質的影響,而出現銀紋。銀紋的出現將會影響材料的物理性能和機械性能。銀紋是斷裂的先兆,銀紋中物質的破裂往往會造成裂紋的引發,生成及擴展,並有可能造成斷裂。
產生銀紋的主要原因是應力與環境。高聚物在受到拉伸應力的同時,還受到環境介質的侵蝕,這就會產生銀紋。銀紋與裂紋不同,它不是中空的,銀紋內部的質量並不為零,而是包含有高聚物。銀紋往往出現於材料的表麵或接近表麵的部位。觀察材料的表麵銀紋可以見到凹槽、凹槽的產生是由於銀紋體聚合物塑性伸長而引起的橫向收縮所產生的。
銀紋形成時的塑性形變及同時產生的空化作用,不僅使其中的高聚物取向,也使其密度大大下降,銀紋體強烈析光。銀紋與裂紋的不同還表現在它有可塑性,在壓力下或在玻璃化溫度以上退火時,銀紋就會回縮以至消失。
應力銀紋一般發生在高聚物的薄弱環節,即應力集中的地方。表麵擦傷,塵埃小顆粒等都有助於這一過程。但是,即使是最清潔的,最認真處理的樣品,也會產生應力銀紋。
如果材料具有拉伸內應力或不利的應變,銀紋也可在內部引發,在達到試樣表麵以前就產生了大麵積銀紋。在髙的外加應力下銀紋產生的相當快,在低的應力下則產生的相當緩慢,並存在一個臨界值,低於這個臨界值,銀紋將不再產生。
銀紋在玻璃態高聚物的脆性斷裂中起著重要作用。銀紋的生成是斷裂的先兆。它作為一種缺陷將導致材料強度的下降。當玻璃態高聚物生成裂縫時,銀紋區域是領先出現在裂縫尖端之前;在裂縫尖端應力作用下,能夠產生局部的塑性變形,並形成銀紋,銀紋在裂縫尖端連續不斷地生長繼而又為裂縫所劈開。
某些化學介質的存在,對高聚物銀紋的產生有重要影響。介質可以通過表麵逐步向高聚物內部滲透,介質的滲人首先使材料的表麵部分被增塑,導致其屈服極限的降低。在這種情況下如果有應力作用參與變化過程,材料的表麵就會引起塑性變形和大分子的高度取向,於是產生了銀紋。銀紋的生成與生長,使得塑料表麵形成大量空穴,從而有可能加劇侵蝕介質的滲人,並形成應力集中點。在環境介質和應力的共同作用下,材料表麵常會出現裂縫。裂縫不斷擴展可以導致脆性破壞,但在沒有介質影響而僅存在應力與應變的情況下,裂縫不一定發生。
應力包括外界所加的負荷和材料在加工、使用過程中殘留下來的內應力。
所謂環境應力開裂,是指髙分子材料在環境介質和內應力的共同作用下,在低於材料正常斷裂應力的情況下所發生的開裂。
這裏所說的環境介質主要包括強氧化劑,非離子型表麵活性劑及溶劑型介質。氏304等可以來自大氣汙染過程。它們與材料表麵接觸將導致大分子鏈發生氧化斷裂,在應力作用下會在應力集中點附近產生銀紋。銀紋中的空隙又會進一步加快介質的滲人。繼續發生大分子鏈的斷裂,最後在銀紋尖端應力集中區生成裂紋,發生開裂,這種開裂稱為氧化應力開裂。
在非離子型表麵活性劑及醇作用的情況下,通過介質在表麵局部的滲人產生增塑作用,從而在較低的應力作用下產生較多的銀紋,造成應力集中,應力集中又促進了銀紋的生長。這樣就構成了銀紋的生成、生長、擴展與彙合,直到發生脆性斷裂,這是一種典型的環境應力開裂。
第四節高分子材料的生物侵害
無論天然高分子材料還是合成分子材料,均可遭受生物的侵害。這包括微生物侵害和某些種類的昆蟲侵害。生物侵害對各類藏品來說,都是一個十分重要的問題。因此,在任何一部文物保護性質的專著中,都必然會詳細地介紹這方麵的內容。為了避免過多的重複,我們在這裏僅作最簡短的論述。
微生物的化學作用
微生物通過它的代謝活動在環境中所表現出的主要化學作用,主要有以下一些類型:氧化作用、還原作用、脫氨基作用、水解作用、脫水作用、酯化作用、縮合反應、氧化反應及乙酰化反應等。單就氧化作用而言,又可分為醇的氧化、醛的氧化、甲基的氧化、氨的氧化、亞硝酸的氧化等等。
微生物的上述化學作用,都是在微生物生長代謝過程中表現出來的,它的實質都是酶的反應。
纖維素、半纖維素和木質素的微生物降解
纖維素、半纖維素和木質素都是天然高分子材料,它們作為紙質藏品、竹木質藏品的主要原料而應當受到應有的重視。
纖維素是植物細胞壁的主要成分,約占植物殘體幹重的35%~60%。它是由300~2500個葡葡糖分子組成的高分子聚合物,糖苷鍵結成長鏈,性狀穩定。纖維素的微生物降解必須在產纖維素酶的微生物作用下,才能被降解成為單糖或二糖。
纖維素酶是一種包括酶和葡萄糖苷酶的誘導酶。酶的作用是水解未經降解的纖維素。酶主要是切割部分降解的多糖,以及如纖維素四糖、纖維素三糖等寡糖,其產物為纖維二糖,也有少量寡糖和單糖。葡萄糖苷酶的作用在於水解纖維二糖、纖維三糖以及低分子量的寡糖成為葡萄糖。在好氧的纖維素降解作用下,葡萄糖可以徹底被氧化成和水;在厭氧的纖維素降解菌的作用下,葡萄糖進行丁酸型發酵,變為丁酸、乙酸等酸性物質,以及丁醇、乙醇等產物。
半纖維素在植物組織中的含量僅次於纖維素,約占一年生草本植物殘體幹重的25%~40%,占木材的25%~35%。半纖維素是由多種戊糖或己糖組成的大分子縮聚物。與纖維素相比,半纖維素更容易被微生物降解。
分解半纖維素的微生物主要有芽孢杆菌屬,無色杆菌屬、假單胞菌屬、鏈黴屬、根黴屬、曲黴屬、木黴屬、青黴屬等的一些種類。
木質素是一種高分子的芳香族聚合物,大量存在於植物木質化組織的細胞壁中,填充在纖維素的隙內,有增強機強度的功能。木質素的結構十分複雜,它是以苯環為核心,帶有丙烷支鏈組成一種或多種芳香族化合物(如苯丙烷、鬆柏醇等)綜合而成,並常與多糖類結合在一起。
木質素是植物殘體中最難分解的一部分,其分解速度相當緩慢。分解木質素的微生物主要是擔子菌類的真菌,如幹腐菌、多孔菌、傘菌等。此外,木素木黴、曲黴及青黴中的一些真菌,以及假單孢菌、節杆菌、黃杆菌、小球菌中的株也能分解木質素。木質素被分解為芳香族化合物之後,再由細菌、放線菌、真菌等繼續分解。
微生物對塑料、橡膠的腐蝕
真菌、黴菌和細菌中的許多種類的微生物都可以對塑料、橡膠、塗料等高分子物質造成腐蝕。據報道,僅在東南亞某地區就已從電氣絕緣材料中分離出來670多種不同的黴菌,其中最常見的是黑曲黴、黃曲黴、雜色曲黴青黴菌等。