脆弱有机质文物力学强度测试新方法研究系列（二）
1. A Quasi-Nondestructive Evaluation Method for Physical-Mechanical Properties of Fragile Archaeological Wood with TMA: A Case Study of an 800-Year-Old Shipwreck [J]forests 2022, 13(1):38.
2. 微损测试饱水木质文物抗弯强度的新方法[J]. 文物保护与考古科学,2023,35(5):83-88.
3. 常见丙烯酸酯乳液加固脆弱考古出土漆膜的实验室研究[J]. 文物保护与考古科学，2024,36(2):13-21.
4. 故宫棚壁糊饰修复用竹纸老化性能评价[J].光谱学与光谱分析,2023,43(06):1968-1973.
5. Anti-Cracking TEOS-Based Hybrid Materials as Reinforcement Agents for Paper Relics. Molecules 2024, 29, 1834.
6. 一种微损测试脆弱木质文物抗弯强度的方法，专利号ZL202111116118.7，授权日期2022.7.22.
（二）糟朽考古漆膜加固材料增强效果评估研究
考古漆器在长期地下埋藏过程中受到地下水中酸、碱、盐和微生物等侵蚀破坏，生漆膜逐渐出现劣化，表现为漆膜内部裂隙增多，孔洞变多、变大，韧性降低，易碎、易破裂，整体强度极低。脆弱漆膜对湿度变化极为敏感，考古发掘打破漆膜原有的环境平衡，漆膜被暴露在温湿度变化剧烈的自然环境中，极易出现起翘、碎裂、脱落等问题，因此，考古出土糟朽漆器的保护非常困难。针对考古出土糟朽漆器的保护，现用的保护技术有：采用水、乙醇、丙三醇、聚乙二醇（PEG）、阿拉伯树胶作为为漆皮回软剂，丙烯酸树脂B72、聚氨酯PU乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液B60A、AC33、MC76和SF016作为漆皮加固剂。由于糟朽考古漆膜通常非常脆弱，手触即碎，几乎无法使用夹具，现有的力学测试仪器难以适用，另外这些常规仪器还存在载荷量程过大、精度不足、制样困难和数据无法解读等问题。韩向娜课题组利用TMA精度高、灵敏度高、重复性好、测试所需样品尺寸小的特点（三点弯曲探针的最大载荷1.8 N，载荷分辨率在9.8 μN，形变分辨率在0.01μm，所需样品尺寸10 mm以下），将其作为室温下的微型拉力机使用，将其用于脆弱考古漆膜本体残余力学强度和保护材料增强效果的测试，以期获得科学、精确的机械强度数据。
以陕西澄城县刘家洼遗址出土的糟朽考古漆膜为保护对象，选择常用的丙烯酸酯乳液AC33、B60A、MC76、SF016作为漆膜加固剂，使用TMA对保护前后漆膜进行三点弯曲强度测试，研究极端脆弱考古漆膜的残余力学强度，量化评估加固剂的增强效果，探讨四种典型丙烯酸酯乳液对漆膜机械强度提升的规律特征，辅助冷场高分辨扫描电镜观察加固剂的渗透和成膜情况，评估不同种类、不同浓度的丙烯酸酯乳液的加固效果及其特征，以期为考古出土糟朽漆器保护修复选择加固材料提供科学参考和新的力学强度测评方法。
图1是考古漆膜的显微照片，可见漆膜分为两层图1(a)，厚度分别为81.25 μm（1层）和46.875 μm（2层），存在大量孔洞和较长的裂隙，保存状态极其糟朽。图2是不同浓度加固剂加固后漆膜的剖面和表面的显微照片。结合图3 和表1可知，考古漆膜非常脆弱，残余应力是1 075.93 mN，应变是0.002 808 mm。四种常用丙烯酸酯乳液对漆膜的力学强度都有明显提升，处理后漆膜的应力提高了56%～3 511%，应变提高了103%～3 876%，其中20%的AC33增强效果最好，20%的B60A增韧效果最好，MC76和SF016加固效果相对较差。SEM照片显示B60A的渗透性优于其他加固剂，能够进入漆膜细小的孔洞和裂缝内部，固化后起到填充支撑作用，从成膜情况来看，B60A的膜较平整光滑，其他三种加固剂成膜褶皱较多。B60A的玻璃化转变温度是17℃，室温下固化后形成的高分子膜比较柔韧，对漆膜有很好的增韧作用，TMA测试中观察到10%以上的B60A处理后的漆膜不发生断裂只压弯证实了B60A具有优异的韧性。AC33的玻璃化转变温度是24℃，室温下成膜刚性较强，实验中观察到AC33对应力的提高程度最高，20%时是其他3种加固剂的2～4.7倍。MC76和SF016的玻璃化转变温度分别为13℃和5℃，在对漆膜的力学提升上明显弱于AC33和B60A。综合对比可以判定，在加固效果和力学性能提升方面，B60A和AC33各有优势，B60A既能赋予漆膜刚性又能提高韧性，较适合做脆弱考古漆膜的加固；20%是四种加固剂在本实验中获得最佳加固表现的浓度，此时漆膜孔洞和裂隙被完全填充，加固剂在漆膜表面形成连续的薄膜且不过量堆积。
图1考古漆膜扫描电镜照片a：剖面照片；b：表面照片
图2 不同浓度丙烯酸酯乳液加固后漆膜扫描电镜照片 A：AC33；B：B60A；C：MC76；D：SF016
图3 不同加固剂处理后漆膜的应力和应变曲线
表4不同浓度加固剂处理后漆膜应力和应变增大程度
结论：本研究将TMA用于脆弱考古漆膜本体的残余强度和加固后的力学强度测试，成功评估了以往难以区分的几种常用丙烯酸酯乳液的保护效果，研究表明，20%的B60A较为适合用于考古出土脆弱漆膜的加固，为考古出土糟朽漆器保护修复科学遴选保护材料提供了新的评测方法和重要参考。TMA测试考古漆膜的力学强度误差主要受到漆膜本身保存状况的影响，源于漆膜本身降解程度的不均一性，未来研究中可以通过大量样品测试取置信度较高的样本量来规避实验误差。
作者简介：
董录明，北京科技大学科技史与文化遗产研究院硕士。
韩向娜，北京科技大学科技史与文化遗产研究院副教授，硕士生导师，研究方向为文物保护材料与技术。
合作者为陕西省考古研究院孙战伟、邵安定、种建荣。
该成果发表于
常见丙烯酸酯乳液加固脆弱考古出土漆膜的实验室研究[J]. 文物保护与考古科学，2024,36(2):13-21.
链接：https://link.cnki.net/doi/10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20220402525
