（热能工程专业论文）文物保存展柜微环境控制技术实验研究.pdf

捅璺 摘要 古籍和字画都是我国珍贵的文化遗产，如何保护和收藏它们是个重要的问 题。本文就书画保护问题进行了探讨，首先分析了影响书画寿命的儿项因素，包 括温度、湿度、光照、气体和虫霉害等，并据此提出了书画展柜的环境控制指标。 结合国内外相关技术，提出了书画展柜的环境控制方案，同时搭建了文物保存展 柜实验台，进行充氮、控湿和防紫外线实验。 实验台主要由密封展柜、氮气充注系统和监测设备组成。氮气充注系统为展 柜提供相对湿度适宜的高纯氮气：密闭展柜内充满氮气，维持缺氧环境，同时放 置调湿剂和除氧剂，调湿剂用于调节展柜相对湿度，除氧剂用来吸收展柜内氧气； 监测设备监控实验过程，提供实验数据。通过实验，确定氮气、调湿剂、除氧剂 的用量及试剂的放置方式，使控制方案达到最佳效果。 本实验研究着重控制湿度、紫外线和有害生物。展柜玻璃贴防紫外线薄膜， 防止紫外线对书画的损害，实验结果表明可以消除6 0 左右的紫外线影响；湿度 控制采用非机械调节方式调湿剂，实验采用复合调湿剂，结果表明每天展柜 内湿度波动在2 左右：有害生物控制采用缺氧保存技术，展柜内氧气浓度维持 在2 以下。 实验台的关键是展柜的密封问题，由于国内机械加工水平的限制，实验展柜 密封效果并不十分理想。根据现有密封加工技术做出的实验结果表明，文物保存 展柜的湿度、紫外线和有害生物控制技术简单易行，有效的控制了三者对书硒的 影响。 清明上河图保存展柜研究设计是在实验基础上进行的。展柜主要由密封 舱和辅助设备组成。该展柜包括八大系统，创造了五个世界第一。文物保存展柜 为古书画珍品保存提供了适宜的环境，具有广阔的应用前景。 关键词文物保护；湿度控制；防紫外线；充氮技术 a b s t r a c t a b s t r a c t a n c i e n tb o o k sa n dp a i n t i n g sa r ep r e c i o u sh e r i t a g e si no u rc o u n t r y , a n dh o wt o p r o t e c t t h e mf r o md a m a g ei sa l l i m p o r t a n tp r o b l e mt h ed e l e t e r i o u se f f e c to f e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，r e l a t i v eh u m i d i t y , l i g h t ，p o l l u t a n t sa n d p e s t so rm o l dd a m a g eo nt h el o n g e v i t yo fp a i n t i n g su n d e re x h i b i t i o nc o n d i t i o n sw e r e a n a l y s e d a n dt h en l e a s u r e s t oe l i m i n a t e dt h e s ee f f e c t sw e r er e c o m m e n d e dt h e n t h e d i s p l a yc a s ef o ra n c i e n tp a i n t i n g sw a sd e s i g n e da n dt h ee x p e r i m e n t sf o rt e s t i n gt h e p e r f o r m a n c eo fh u m i d i t yc o n t r o l ，u l t r a v i o l e tr a d i a t i o np r o t e c t i o na n dn i t r o g e np u r g i n g s y s t e mw e r em a d e t h es e t u pc o n s i s t e do ft h r e ep a r t s ：t h es e a l e dd i s p l a yc a s e t h en i t r o g e np u r g i n g s y s t e ma n dm o n i t o r s t h en i t r o g e np u r g i n gs y s t e mp r o v i d e dp u r en i t r o g e nw i t hp r o p e r h u m i d i t yf o rt h es e a l e dd i s p l a yc a s ei no r d e rt om a i n t a i na n o x i ae n v i r o n m e n t s ，a n d m o n i t o r sw e r eu s e dt om o n i t o rt h ee x p e r i m e n t b e f o r ee x p e r i m e n t ，h u m i d i t yb u f f e r a n do x y g e ns c a v e n g e rw e r ep l a c e di nt h ec a s e a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t ，t h e a p p r o p r i a t ea m o u n t so fn i t r o g e na n dp a s s i v ec o n t r o la g e n t sw e r eg o t t h i sr e s e a r c hm a i n l yc o n t r o l l e dr e l a t i v eh u m i d i t y , l i 曲t ，p e s t sa n dm o l d t h e e x p e r i m e n tr e s u l t sw e r eg i v e ni nt h ef o l l o w i n gs e c t i o n s ，f i r s t l y , u l t r a v i o l e tr a d i a t i o n p r o t e c t i o nf i l m sa d h e r i n gt ot h eg l a s s e so fd i s p l a yc a s ec o u l de l i m i n a t e6 0 d a m a g e ； s e c o n d l y , r e l a t i v eh u m i d i t yf l u c t u a t e db e l o w2 e v e r y d a yw i t hr e l a t i v eh u m i d i t y b u f f e r ；a n dw h e no x y g e nc o n c e n t r a t i o ni nt h ed i s p l a yc a s er e a c h e d2 n i t r o g e nm u s t b ep u r g e di n t ot h ed i s p l a yc a s et om a i n t a i na n o x i ae n v i r o n m e n t h o wt os e a lt h ed i s p l a yc a s ef i r m l yw a sak e yp r o b l e m ，a n dt h eh e r m e t i c a l p e r f o r m a n c eo fo u re x p e r i m e n t a ld i s p l a yc a s ei su n s a t i s 聊n g ，a s t h el i m i t a t i o no f m e c h a n i c a lp r o c e s st e c h n o l o g y h o w e v e r , t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w e dt h a tt h e e n v i r o n m e n tc o n t r o lt e c h n o l o g yw e r ea l s oe f f e c t i v e o nt h eb a s eo fe x p e r i m e n t a lr e s u l t ，w ed e s i g n e dt h es e a l e dd i s p l a yo f “g o i n gu p r i v e ro ns p r i n gf e s t i v a l ”t h i sd i s p l a yc a s ei n c l u d e ds e a l e dc a s ea n da c c e s s o r i a ls y s t e m ， a n dt h i sd i s p l a yc a s ei n c l u d e d8c o n t r o ls y s t e m s ，a n dw o nf i v en o 1i nt h ew o r l d t h e d i s p l a yc a s ep r o v i d e st h ea n c i e n tp a i n t i n g sw i t hc o m f o r t a b l ee n v i r o n m e n t ，a n di t w o u l db ev e r yp o p u l a ri nm a r k e t k e yw o r d s c o n s e r v a t i o no fc u l t u r a lr e l i c s ；r e l a t i v eh u m i d i t yc o n t r o l ；u l t r a v i o l e t r a d i a t i o np r o t e c t i o n ；n i t r o g e np u r g i n gt e c h n o l o g y 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工、l k 人学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 煎：翌 本人完令了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公伟论文的仝部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蝇立新签名 同期：吐。丝7 幂1 苹堵论 _ i i i ii li ii ii _ 第1 章绪论 1 1 文物保护研究目的及意义 1 1 1 文物定义 中国是世界文明吉国之一，有着悠久的历史和丰富的文化遗产。仅文字记载 的文明史就长达五千余年，如果从旧石器时代的元谋人时期算起，已有百多万 年的历史。中华民族的祖先在这漫长的历史长河中积淀的遗物、遗迹、遗址丰 富多彩，美不胜收。研究祖国的这些文化遗产，从中可以学习到许多有益的知识， 有助于开阔视野、陶冶情操、提高思想文化水平和审美情趣。 文物是一定历史时期的产物，中华民族在悠久的历史发展中创造了光辉灿烂 的物质文明和精神文明，遗留下无数的文物瑰宝。这些实物性资料是人类文明信 息的一种储存形式，包含着特定历史时期的政治、经济、军事、科学技术、工艺 美术等各种信息，对于我们今天所进行的科学研究和生产活动都是极有价值的资 料。为了更好地保存这些文物，开发和利用其中蕴藏着的信息资源，首先必须保 护好作为以物质形态形式存在的各种文化遗存，使其能长久地为人类文明的发展 服务。 1 9 8 2 年颁布的中华人民共和国文物保护法第二条明确规定：“在中华人 民共和国内，下列具有历史、艺术、科学价值的文物，受国家保护。” ( 1 ) 具有历史、艺术、科学技术价值的古代文化遗址、古墓葬、古建筑、 石窟寺和石刻： ( 2 ) 与重大历史事件、革命运动和著名人物有关的，具有重要纪念意义、 教育意义和史料价值的建筑物、遗址、纪念物； ( 3 ) 历史上各时代珍贵的艺术品、工艺美术品； ( 4 ) 重要的革命文献资料以及具有历史、艺术、科学价值的手稿、古溜图 书资料等； ( 5 ) 反映历史各时代、各民族社会制度、社会生产、社会生活的代表性实 物。 由此可见，文物首先是一个实形物体，必须具有历史、艺术、科学技术价值 或至少具备其中一个价值；在时间上原则上是t 9 4 9 年以前产生的实物物体都是 北京工业大学工学硕士学位论文 文物，都是应受到保护的。 1 1 2 文物保护研究目的 不言而明，文物保护科学的研究对象是一切具有珍贵历史、艺术、科学技术 价值的文物资料。 文物是人类文明发展过程中遗留下来的具有一定价值的实物，是古代和某一 历史发展时期人类的伟大创造和智慧的结晶，是后代人硕究人类历史、文化艺术 和古代科学技术发展历程，以及教育、启迪来者的极其重要而宝贵的实物资料。 然而文物作为一种特殊的物质资料，它在外界环境因素影响下的老化变质是一 种自然规律，是不可抗拒的。这样，文物资料利用期限的长久性( 使用寿命) 与 文物材料存在期限的有限性之间便产生了矛盾，这一矛盾的对立统一便构成了文 物保护学。因而，文物保护的目的就是要最大限度地延长文物的使用寿命，使文 物尽可能地长时间为人类文明发展服务。 文物保护有三层含义：首先，控制环境，使得由! 环境因素作用使文物材料老 化变质的速度降到最低限度；第二，人为采取措施，制止文物材料的损坏，使文 物材料尽可能保持稳定，以防进一步变质；第三，当对文物的保护性处理仍不足 以使文物材料回复到相对稳定时，为防止文物材料的进一步老化变质，则必须对 文物进行修复处理，使文物材料达到新的稳定状态。因而，可以这样理解文物保 护的研究方法：“文物是由特定的材料所组成，这一材料又处在一定的环境之中， 文物材料的老化变质是由材料与环境的共同作用而引起的，文物材料自身性质是 老化变质的内因，环境因素则是外因。只有对这两个导致文物材料老化变质的原 因进行科学的研究，才能产生科学合理的保护修复技术。” 文物保护技术不仅涉及化学、物理、生物、医学、气象学、考古学等，而且 与土木建筑、纺织、造纸、陶瓷、冶金等技术密切相关。是现代科学技术与我国 传统工艺相结合，并加以创造和发展的产物。它与各学科的相互渗透，已经形成 一门新兴的边缘学科。它的任务是最大限度地延长文物的寿命。其主要研究内容 包括：研究和分析各类文物的性质、组成、损坏原因或腐蚀机理；探索各种文物 的修复技术和保护技术的理论与方法f 2 】。 用高新科学技术成果来保护文物和人类物质文化遗产，越来越受到博物馆界 的重视，世界各主要博物馆不仅广泛建立了文物保护科技实验窟，还广泛开展有 第l 章绪论 一i i i - 关的国际学术交流活动，并促使形成了文物科技保护这专门学科。文物保护学 是- r 新型的交叉学科，涉及到自然科学、工程技术以及人文社会科学的许多知 识门类，如气象学、环境科学、光化学、微生物学、昆虫学、自然地理学、地质 学、物理学、化学、植物纤维化学、建筑技术、考古学、历史学、宗教学、美术 史等。在文物保护研究中，要采用多种科学研究的方法。对文物进行多角度、多 侧面、多层次的研究，系统、全面、深入地揭示文物材料老化变质的规律。根据 博物馆的特点，必须对展厅、文物库房环境因素进行科学研究，不仅要考虑到温 湿度、光照强度、空气污染物等因素，还要研究生物环境因素、地质环境因素。 影响文物保存寿命的因素除了与环境因素相关之外，与组成文物材料的自身结 构、理化性能有着本质的关系。随着对物质世界认识的手段不断深入，许多现代 理化分析方法已广泛应用于文物保护的分析研究中，如电子显微镜、x 射线分 析、x 光电子能谱分析、中子活化分析、核磁与顺磁共振波谱分析、红外光谱 分析等。 本文的目标是根据环境因索对文物的影响，综合各种先进的环境控制技术， 研制书画文物保存展柜。该展柜对改善文物保护环境发挥重要作用，从雨延长古 书画寿命。 1 1 3 文物保护研究意义 无论是新兴的工业资本主义国家，还是有着古老文明的发展中国家，都非常 重视对人类文化遗产的保护和研究。国际上几乎所有的博物馆，都设立有文物保 护的专门机构。这些机构拥有高层次的研究员和先进的技术设备，从事文物保护 研究或与其相关研究的人员占博物馆总人数的比例较高。这种对文物保护专业人 员的高比例配备，实际上是把保护放到了一个非常重要的位置。 我国是一个具有几千年历史的文明古国，遗留和保存下来的文物神类繁多， 数量极其丰富。但随着岁月的流逝，这些无价之宝都在经受着不同程度的破坏和 损害。如古建筑的腐朽：金属器皿的锈蚀；出土古尸的变质；遗址、石窟、石刻 的风化侵蚀；壁画、彩绘的褪色剥落；出士纺织品及纸质品的槽朽灰化等，都与 大气环境质量的优劣有着直接的关系。许多文物面临严重的侵害与腐蚀危机。另 外，由于保护技术赶不上，直接影响了发掘工作。如乾陵、秦始皇陵等陵墓的科 学发掘问题。有许多可为改革开放的中国创造巨额经济效益和不可估量的社会效 北京t 业大学工学硕士学位论文 益的工程亟待开掘，发挥其效能。 文物的腐蚀、损坏原因是内因和外因共同作用的结果。内因是指文物本身的 化学组成，内部与表面的结构等，由此决定它的特性。外因指文物周围环境对其 寿命的影响。即文物所在的空间中，赢接或间接影响文物寿命的各种自然因素的 总和。如温度、湿度、光线、环境大气污染和地质污染等 3 l 。控制环境是文物保 护的重要因素，是研究保护技术的依据。防止或减缓各种有害因素的损害，研究 并创造各类文物保存的最佳条件，通过对环境的监测与控制，延长文物寿命，是 文物保护的先决条件和必由之路。 因而文物保护具有许多重要的现实意义：首先，大量钓珍贵历史文物在人为 或自然因素的破坏下，正在遭受着毁坏的危险，如不及时采取措施，文物留存的 数量会越来越少- 其次，文物是特定历史条件下的产物，文物的重要价值在于文 物自身包含着特定历史时期的各种信息，通过对文物的研究可以揭示某一历史时 期社会政治、经济等各个方面的现象。同样，我们所处的时代有我们这一时代的 特征，我们对古代文物的研究由于受到这个时代特征的限制与影响很有可能出现 的一种情况是，我们的研究成果可能不是全面地揭示文物所蕴涵鹊内在价值，亦 即考古学家通过发掘获取文物，但他们并不能够完全“读懂”文物。随着时代的 进步，对文物不断的进行研究，这一内在价值才能逐渐被揭示出来。而这一切需 要将文物完好的保存下来并留给后代。再次，博物馆地一切活动都是围绕着文物 这一实物展开的，并且一个博物馆所拥有文物的数量和质量是衡量一个博物馆工 作水平高低的重要标志之一。博物馆中缺乏实物的陈列展览，其教育意义也将大 大折扣。以上这一切，都需要将文物完整、原样保存下来并流传下去，这正是进 行文物保护研究工作的意义所在。 文物种类不同，适宜的环境标准也不同。任何一种环境都不可能适应所有的 文物保存，在此。本文重点研究纸质文物的环境控制技术。古书画文物保存展柜 综合考虑了环境因素对古书画的影响，为其提供了适宜的保存环境，采取了科学 合理的保护措施，完全可以防止书画发生不必要的损害。该展柜的研制成功将掀 开文物保护的历史新篇章，具有重要意义。 1 2 文物保存展柜技术研究现状 从展柜的发展脉络来看，有着明显的演交过程。始建于1 6 7 7 年的大英搏物 第l 苹媾论 曾_ i i i i i _ 馆是展柜出现的标志，一开始就表现出实用的功能并窥见“公开库房”的风貌。 1 8 9 6 年中国人的第一个博物馆南通博物苑和抗战时期的旅顺博物馆的木质 展丰| = 【，都带有明显的地方特征。1 9 4 9 年以后，北京故富博物院、中国历史博物 馆等大型木质展柜形成了统一的风格，并显示出大馆的气势。2 0 世纪7 0 年代， 值得一提筛马王堆女尸陈列的心柜，代表当时技术水平。到了2 0 世纪9 0 年代， 展柜设计制作的工艺提高很快，先后出现铝、铁、铜、不锈钢、玻璃、合金、竹、 木、石质柜等。特别是玻璃粘接工艺的研制开发速度惊人，无影胶代替了国产玻 璃胶使溶合粘接的时间大大缩短，再用紫外线灯照射，完成对接仅用l o 分钟。 文物保存展柜是保护文物的基本单元，也是文物保护技术最重要的体现。展 柜的作用是文物包装和展示，在保护文物的同时又极佳的表现文物。目前展柜的 材料种类很多主要有铝、铁、铜、不锈钢、玻璃、合金、竹、木和石质等，各 国展柜展示的文物不同，艺术风格炯异，特别是科技含量千差万别。 国内外的研究机构和展柜制作公司的控制技术包括温度控制、湿度控制、光 照控制、有害气体控制和有害生物控制。 1 2 1 国外研究现状 国外在文物保护的研究方面发展很快，近代的先进科学技术和各种新型材料 都能较快的应用于文物保护。 法国卢浮宫的新型展柜采用了电脑数码技术，电子锁，自动控制升降，展柜 内的空气调节装鼍，可防潮防霉；法国国立民族学博物馆几十米的展柜内，陈列 着考古挖掘的船骸，由红外感应控制。声音、布光、背景图象合成资料、船体移 动；上博玉器观的展柜由于引进德国光导纤维技术，文物有浮在空中之感 展柜控制技术具有代表性的国乡 博物馆等研究机构和公司主要有以下方案： 美国g c i t h eg e t t yc o n s e r v a t i o ni n s t i t u t e ) 为埃及设计的术乃伊密封展柜，简 单实用，易加工，采用非机械调节，用调湿剂控制相对湿度变化，如图1 1 所示。 德国h a m b u r g 保存了一张占地图该地图需要保存在恒温恒湿的环境中。 为此而设计的展柜可以较精确的控制展柜内的微环境，展柜设置双层玻璃，在玻 璃夹层中循环流动恒温空气控制温度，柜内放有调湿剂控制相对湿度嘲，如图i 2 所示。 美国f i e l dm u s e u mo fn a t u r a lh i s t o r y ，c h i c a g o 设计了一种装置，调节展柜 北京工业大学工学硕士学位论文 内相对湿度旧。装置主要由鼓风机、热交换器、硅胶、标准电子输出、水源和排 水系统等设备组成。如图1 3 所示。 图1 - 1g c i 密封展柜 f i g u r e l 1t h es e a l e dd i s p l a yc a s co fg c i 图l - 2 德国h a m b u r g 展柜环境控制原理 f i g u r e l - 2p r i n c i p l e sf o rc l i m a t ec o n t r o ld i s p l a yc a s ei nh a m b u r g 黄1 章鳍论 _ i i 一 1 空气过滤嚣2 蒸汽发生器3 豫湿箱4 风机5 热交抉器 6 硅胶体7 湿度调节嚣f 风廓c 压缩机 圈1 - 3 湿度控制示意圈 f i g t t r e l 一3s k e t c ho f h u m i d i t yc o n t r o ls y s t e m 国外的展柜公司设计的展柜除了在结构、材料以及外观等方面达到文物保护 的目的外，它们大都设有环境控制措施或调节组件。 美国c a s et w e r k 展柜公司在展柜内设置硅胶调湿剂，用以调节展柜内相对 湿度变化：美国a r t d i s p l a y e s s e n t i a l 公司豹展柜通过相对湿度控制仪器达到控制 相对湿度的目的；英国n e t h e r f i e l d 展柜公司，在博物馆展柜放置了硅胶调湿剂， 用于调节展柜内相对湿度的变化；意大利b a n c a i n t e s a s p a 展柜公司有着悠 久展柜制作历史的公司，并且与g c i 、大英博物馆、i c c r o m 等研究机构莉博 物馆有合作关系，但是该公司生产的展柜投有任何环境控制措施；加拿大微环境 控制技术有限公司生产的博物馆展柜微型气候控制组件，可以控制温度、湿度和 污染气体，见图l _ 4 ：德国汉氏展柜公司，生产的展柜采用无框玻璃维构，主要 北京工业大学工学硕士学位论文 - l l _ 产品有桌式展柜、壁挂式展柜、自由立式展柜以及h a h n h l s 气候控制系统( 带 有氮气组件的展柜系统见图1 5 ) 。其优点是气候控制系统可以控制展柜内的温度 湿度等参数，氮气系统提供缺氧环境，控制有害生物的影响。 图l - 4 加拿大徽环境控制组件 f i g u r e l - - 4m i c r o c l i n m t ec o n u r o lm o d u l eo fc a n a d a 图i - 5 德国汉氏充氨组件展柜 f i g u r e l 5 d i s p l a y c a s e w i t ha c e n w a l n i t r o g e n u n i t o f g l a s b a u h a h n 1 2 - 2 国内研究现状 我国文物保护研究工作起步较晚，与发达国家相比，我国的文物展柜还有一 定差距，甚至有的博物馆文物失盗、文物被损坏都是由于展柜自身存在的缺陷所 造成的。 第l 章鳍论 中国博物馆业内有识之士。积极对展柜生产进行设计和开发，具有构造精密， 价格低，开启关锁方便、隐蔽，易于维修改进，且与古建环境相配套等优势。山 西汾机档案柜厂出品的展柜，已用于西藏博物馆、首都博物馆、郭沫若纪念馆、 宋庆龄纪念馆、颐和园文昌院、青海省博物馆等文物陈列馆。河北廊坊的解放军 9 5 7 9 工厂生产的铁柜业已使于中国历史博物馆、北大校史陈列馆、北师大历史 陈列馆，中华世纪坛。还有用在陕西历史博物馆、碑林博物馆和乾陵博物馆的大 型通柜、上海博物馆、河南博物院、南京博物院的特色展柜，都是我国成功自行 研制的。随着科学技术水平的提高，展柜的科技含量愈来愈高，配合博物馆科研 陈列工作，将会更加科学化、规模化、专业化。展柜的现代化及推广应用，将构 筑展示工业体系大步走上专业化之路。 1 2 3 国内外文物晨柜存在的阎墨 通过对国内外文物保存技术以及展柜技术的研究，可以发现无论国内迹足圜 外，没有一种展柜可以全面控制影响文物的环境因素。国外的某些展柜可以控制 某一环境困素，例如温度或者湿度，有的搬本撮眭没有任何环境控制措施：而国内 生j “的j 矧恒没有环境控制措施。因此，急需一种展柜针对不同的文物。控制影响 的文物所有环境因素，为文物提供一个真正适宜的环境，延长其寿命。 1 3 本文主要研究内容 研究内容主要包括以下几方面： ( 1 ) 首先分析几项环境因素( 包括温度、湿度、光照、气体和有害生物 等) 对书画寿命的影响，并据此调查研究国内外相关的保护措施； ( 2 ) 根据国内外的环境控制技术，确定实验控制方案，主要包括温度、 相对湿度、紫外线、有害气体和有害生物控制技术等几个方面： ( 3 )根据环境控制措麓和展柜材辩结构等技术要求，设计实验台，实现 各种控制措施。设计主要从展柜的材料，结构，步 观等几方面考虑，实现实用与 美观相结合的目的。 ( 4 ) 实验研究展柜结构和控制技术，检测湿度、紫外线和有害生物控制 技术是否达到预期目的，记录相关实验结果，通过分析结果得出相应的结论。 ( 5 ) 根据实验结果，进行清明上河图保存展柜相关设计和计算。 第2 章文物保存环境和展柜设计要求 2 1 文物保存环境因素 2 。1 1 书画损坏机理 中国是世界文明古国之一，创造了灿烂的古代文明。造纸技术的发明大大加 速了人类文明发展的进程。以纸张作为载体的文物图书、资料为人类文明的传播， 社会的进步和科学技术的发展发挥着难以替代的重要作用。因此，将这些珍贵的 纸质文物完整、长久地保存下去，使其免受或延缓自然侵蚀已成为摆在自然科学 工作者面前的一项刻不容缓的任务。 探究古书画损坏机理，首先要分析古书面的物质构成踊。我国古代书酒以其 画心质地可分为纸本和绢本( 丝质纺织品) 两种。绢本画的主要物质构成是蚕丝。 而纸本书画的主要组成是纸张，纸张既是书画艺术作品的重要载体，也是书匦装 潢的重要材料。纸张的物质构成是植物纤维。纸张的质地和耐用性，首先驭决于 造纸所用的原料。在1 9 世纪末叶以前，我国生产的纸张都是手工纸，这种纸不 仅纤维在纵横方向上均匀交错，纤维长，而且呈碱性，p h 值一般在8 左右，因 此具有良好的耐折性和韧性。而手工纸中，最为结实、最耐久的纸张是用苎麻和 破棉布混合物制造的，这种原料是含有大量纯纤维素的长纤维，具有较高的机械 强度，因而增加了纸张的耐久性，现在保存下来的唐代写经及部分唐代书画作品 就是用这种纸张绘制的。古书画自身的材料属性决定了它的脆弱、易损坏和难以 保存【8 1 “。古书画的损毁与其自身因素有着直接的关系， 当然，造成古书画等纸质文物毁坏的原因是多方面的，丽其中人为因素和自 然因素是最主要的。人类自己有意识或无意识地破坏是文物毁坏的重要因素之一 m 。4 】。人为的故意破坏行径容易引起重视：但经常出现的不自觉对文物的破坏行 径，往往不被注意，因而它对文物构成的危害更加严重。人为损害文物的现象， 是可以随着对文物保护重要意义的广泛认识和全民族文化素质的不断提高，以及 完整而科学的文物保护法规的出台而逐渐减少的，直到彻底消除这些不应有的现 象。自然因素对文物的破坏有两类，一类是威力巨大的自然灾害，包括地克运动 引起的地震火灾等等。目前还没有一种行之有效的方法来防止这类因素对丈物的 毁坏；还有一类自然因素的破坏。虽然不像自然灾害来得那样凶猛突然，但却是 北京工业大学工学硕士学位论文 一i 一 持久地、无时无刻地侵蚀着文物。9 1 。实践证明，这类因素是完全可以控制的， 是可以把它对文物的危害程度降低到最低限度的，本文也是紧紧围绕这一破坏因 素展开讨论研究的。 “文物保存环境”研究是整个文物保护研究中极其重要的组成部分，具有“兵 马未动，粮草先行”的地位，可以说文物寿命很大程度上取决于文物保存的环境。 各种环境因素本身或联合作用导致文物损坏。温度、湿度、光照、空气污染物、 地质环境、有害微生物和昆虫等环境因素是文物遭到破坏的潜在因素。 2 1 2 温度和湿度 在文物环境研究中，温度和湿度的测量和研究是最基础的工作了，它们是直 接影响甚至决定一切物理、化学、生物作用的两个基本条件。 温度和湿度对博物馆保存文物有着十分重要的影响，控制好温湿度的变化将 会延长文物的寿命，相反任其自然变化就会造成意想不到的危害，温度和湿度在 一定条件下是相互影响、相互作用的。随着温度的变化，湿度也会发生变化，各 种文物的光氧化速度也会受到它们的影响。根据阿伦尼乌斯( a r 2 r h e n n i n s ) 法则 2 0 1 ，在室内温度每升高1 0 摄氏度，化学反应速度就会增加l - 2 倍，见式( 2 一1 ) 。 r l r 2 = 5 2 e ( 1 砭一蛐) ( 2 一1 ) 式中足，月2 乃疋时的反应速率； 卜活化能，k j t o o l 。 与温度相比，湿度对文物的破坏更为严重，是一种不窖忽视的环境因素。它 对文物的破坏可以归结为三类：物理破坏捌、化学破坏泓氆 、生物腐蚀2 6 拥。 下面从这三方面介绍湿度对文物的破坏作用。 ( 1 ) 物理破坏： 书画、纺织品、漆木器、象牙等有机类文物都是由纤维素构成的。这就决定 了它们对空气中的水分是很敏感的。当空气湿度高时，它们就吸收水分，体积发 生膨胀；当空气湿度低时，纤维中的水分减少，从而使纤维发生收缩。这些变化 表现在每一种文物上则发生纸张、纺织品脆化，强度下降；装裱后的书画、木板 框架等弯翘不平：漆器胎体开裂，漆皮翘曲；同样对无机类文物如石刻、陶器等 文物，气候潮湿时，易吸水潮解；气候干燥时，易结晶析出盐，结晶产生的应力 第2 章芷糖保莓环境和晨柜设计妥求 _ i i i l l l i ii i i l l i i i 将使石刻、陶器等粉化或剥落。 纸张和纺织品纤维受潮后，耐折度和抗张强度性能下降很快2 8 1 ，见图2 1 和 图2 2 。 靠拉 寓( 1 岫 2 。 l ， i 翱辩蠢l 图2 - i 相对湿度对纸张抗拉强度的影响 f i g u r e 2 1e f f e c to f r c l a t i v eh u m i d i t yt ot h ep u l lr e s i s t i b i l i t yo fp a p e r 魍对曩夏 图2 - 2 相对湿度对纸张耐折度的影响 f 培u r e 2 - 2 e f f e c t o f r e l a t i v e h u i n i d i t y t o t h e t o r s i b i l i t y r e s i s t i b i l i t y o f p a p e r ( 2 ) 化学破坏： 书画、纺织品、金属均会受至湿度的影响，从而使其光化学反应速度和化学 腐蚀速度增大。众所周知，光会使书画、染料变色、纺织品等纤维类文物结构发 生变化，这些都是光化学反应进行的结果。而光氧化速度又与湿度有关，高湿度 下，光氧化作用迅速增大，加剧了光对纺织品、染料的破坏作用。金属类文物受 湿度的影响比较大，常见的“青铜病”就是典型的例子。这是因为金属类文物在 离湿度条件下，容易与空气中的水分发生化学反应，生成有害锈，严重影响文物 的安全与寿命。湿度与书画褪色的关系，见图2 3 。 北京工业大学工学硕士学位论文 曼舅_ 一i i i i i - 相对箍度b 图2 3 不同湿度环境下存放6 0 天的褪色变化 f i g u r e 2 - 3r e l a t i o n s h i pb e t w n a m b i e n tr e l a t i v eh u m i d i t y a n di m a g ef a d i n gi na l b u m e np r i n ta f t e r6 0d a y s ( 3 ) 生物腐蚀： 水分是微生物和细菌生长的必要条件，湿度过高，易于微生物的繁殖及生长， 同时也会使霉菌蔓延。霉菌在生长过程中会产生一种酵素，这种酵素能力速纤维 索的水解作用，变成水解纤维素，从而大大降低了有机类文物的强度并且使一些 有机类文物的颜料变色或褪色。 温湿度对纸张老化的影响见表2 1 。表2 一l 是以2 5 、5 0 相对湿度为标准的， 推算出不同温湿度环境中纸张可保存的年限( 表中的单位1 0 0 为l 世纪) 。可见 随着温度湿度的升高，其保存年限缩短1 2 9 1 。 表2 1 不同温湿度环境中纸张的保存年限 t a b l e 2 - 1t h ep a p e rp e r m a n e n c ei nd i 强期n t e m p e r a t u r ea n dr e l a d v eh u m i d i t y 平均温度相对湿度( ) ( )7 05 0 3 01 0 3 50 1 40 1 90 3 00 6 8 2 50 7 4 1 1 5 63 5 7 1 52 7 4 5 8 l9 0 52 0 7 0 第2 章文物保存环境和屉柜设计要求 _ i l lill i 一 1 9 6 0 年国际博物馆委员会( i c o m ) 搜集了欧美各国博物馆，温湿度控制范 围，并加以推荐( 表2 2 ) 。 表2 - 2 国外博物馆制定的陈列室、库房温湿度标准 t a b l e 2 2t e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t ys t a n d a r di ns h o w r o o m o r s t o r e r o o m o f f o r e i g nm u s e u m 保存 国家城市名称 温度，湿度， 对象 英国伦敦 l j p l e t d e r l e i t h 纸1 55 6 0 英国伦敦h jp i e 址i e d e i t h 博物馆 1 7 5 8 英国伦敦b r i f i s hm u s e 岫 博物馆 1 5 56 0 英国伦敦v j c t o h ca n d a 呦m u s e u m库房1 5 56 0 英国伦敦 n 蚯c a d t e r y库房 1 72 5 8 英国伦敦f i ，g r a c a l i n s 博物馆 1 56 5 5 英国伯明翰m u s e u mo f a r t博物馆1 3 ，5 1 45 0 葡萄牙里斯本 m u s e u m n a t i o n a l a t e a n t i g r 博暂馆1 4 _ 1 8 6 0 葡萄牙m u s e u mr e g i o n a lg r a ov a s c 博物馆 1 86 5 , 法雷巴黎卢浮富画库1 8 2 06 5 法国巴黎 卢浮宫博物馆5 5 7 0 法国巴黎a n o 眦o n n 博物馆 1 8 5 5 6 i 法国里尔p a l a i sd e sb c a “t - - a r t s 博韵馆 1 6 1 76 5 7 0 安德 比利时e 扭o g m 5 s c hm u s e u m蟪钧馆2 04 5 瓦甫 阿姆斯 荷兰 r u j k sm u s e u m 博物馆2 04 5 特丹 瑞士m u s e cd e sh 锄n a f t s 博物馆1 4 - 2 05 5 - 7 0 瑞士k i 瑚6 切啪u 博物馆1 5 _ 2 55 仉6 0 德国 k u n s t l o n 博物馆1 6 _ 2 06 5 ，6 8 德国鳃伦堡g c n 锄n 【龇蜘缸m n s e b m 博物馆 1 36 0 - 7 0 德国 律伯克 m u s e m nd 盯s c a d t 博物馆 5 5 6 5 斯图 德圜 s t a a t s g a l e r i e 博钧馆 1 7 6 6 加特 斯德哥 瑞典n a t i o n a lm u s e u m博铀馆1 85 0 ，6 0 尔摩 克里 羹管h b 钆mo f a r t 博物馆 2 0 2 25 0 - 5 5 佛兰 美国l s t i t u t eo f a r t博物馆5 0 - 5 5 美国纽约 m e t r o p o l i t a n m u s e u m o f a _ n 油画5 0 美国 v i r g - m i a m u s e u m o f v a l e a n 博精馆2 04 0 - 6 0 美国华盛顿n a t i o n a lg a l l e r yo f a r t博物馆4 5 5 0 加拿大多伦多 t h e o f g a l l e r y 博物馆5 0 - 6 0 t 4 北京工业大学工学碰士学位论文 一i i 一 2 1 3 光照 光辐射与空气温湿度环境一样，是文物保存与利用中最基本的，最常遇到的 外界环境因素。其主要来自太阳的光辐射，其次来自人工光源，无论是太阳光， 还是人工光，虽然它们对于人类的生存和生活是必不可少的，但对于文物的保存 和利用却都是有害的，其中尤以紫外光为甚。光对文物材料的危害除了它的热效 应能使有关化学反应加快速度外，更重要的是体现在光化学反应上。光线能够损 坏它所能到达的任何物体，对于绝大多数文物而言，它们是不透光的，所以光辫 文物材料的主要作用是表面变质。而表面正是许多文物，尤其是书画，织物的精 华所在。 研究表明，光对所有有机材料文物具有破坏作用，引起它们表面变质并加速 这种变质的反应口0 1 ；而对无机材料文物，如石质文物、金属、陶瓷等没有明显的 直接破坏作用3 1 】，光对文物材料的破坏作用主要是引发化学变质反应，导致文物 材料老化。为了将这种老亿变质影晌减小到最低程度，必须采取措施，控制光照， 因此，了解光对文物材料的老化视理非常必要。 光是一种能量，博物馆的光源按辐射光谱的波长可分为三部分：紫外光辐射 ( 3 0 0 4 0 0 n t o ) 、可见光辐射( 4 0 0 7 6 0 n m ) 、红外光辐射( 大于7 6 0 n t o ) ，自然光 ( 阳光) 中含有大量的紫外线，一般日常使用的荧光灯及电子闪光点也含有紫外 线，它们的紫外含量如下d 2 j ： 日光熨光灯 h 光z j 驴爹 ，。 广 “ 圈2 - 4 各种光源紫外线含量 f i g u r e 2 - 4c o n t e n to fu l t r a v i o l e tr a d i a t i o ni nd i f f e r e n tl i g h 可见光中的蓝色光、紫色光和不可见光中的紫外线照射对纸张、织物、棉床 原料、绘画等纤维质地文物的损坏非常明显。根据实验测定，普通紫外线灯光照 射2 小时后，敏感的织物便开始褪色，1 5 小时后变色明显；在相同的样品上，太 阳光氨射2 5 d , 时厢出现褪色，自炽灯光照9 0