第四节 两汉造纸技术及设备

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内容出处: 《中国科学技术史:造纸与印刷卷》 图书
唯一号: 110120020230001001
颗粒名称: 第四节 两汉造纸技术及设备
分类号: TS75
页数: 13
页码: 89-101
摘要: 本文通过对汉代造纸技术的模拟实验,深入探讨了汉代麻纸制造的工艺流程。通过实地调查与实际操作,结合出土汉纸的化验结果,我们逐步还原了汉代造纸的基本工序,并发现了一些关键的技术阶梯。模拟实验结果显示,早期汉代麻纸制造过程除了基本的浸湿、切碎、洗涤、舂捣、配浆、抄造、日晒和揭纸工序外,还可能包含化学处理等步骤。这一发现不仅有助于填补古代造纸技术的空白,也为理解汉代科技文化的丰富性和多元性提供了新视角。
关键词: 造纸 工艺学 造纸技术

内容

一 探讨汉代造纸技术的模拟实验
  现在进而讨论汉代造纸技术,主要是造麻纸技术。麻纸历史最为悠久,而从汉代至唐代(前2~后10世纪)千余年间麻纸产量最大。我们二十多年来检验敦煌石室、甘肃及新疆出土唐以前纸样中,麻纸占80%,传世唐以前法书、绘画也大多是麻纸。因此早期造麻纸技术值得研究,但这方面史料甚少,可以说是项空白。明代宋应星《天工开物·杀青》是较全面叙述造纸技术的作品,其中谈到竹纸和皮纸,但未谈麻纸。唐以前著作只谈麻纸原料及剉、捣、抄个别工序的有关字,没有系统技术说明。造纸实践告诉我们,上述工序虽不可少,但仍造不出纸来。
  出土古纸为我们研究早期麻纸技术提供实物资料,通过分析化验导出的结论,可加深对古纸技术特征的认识。同是汉代纸,同一时期或不同时期所用者,质地也有高下及精粗之分,从中可看出它们之间的差别,由此又推出次等纸到高级纸之间制造技术的演变。次等纸例如灞桥纸特点是:表面有较多纤维束和未松解的线头,纤维交织不够紧密,分布不匀,外观呈浅黄色、白度不高(25%),纤维帚化度较低。较好的纸如金关纸的特点是:表面仍有纤维束及线头,但不是太多,纤维交织较紧密,分布较匀,然整个纸厚度仍不匀,外观呈白色、白度较高(40%),纤维帚化度明显提高。西汉早期纸呈织纹,后期纸呈帘纹。掌握这些特点,对之作技术上的分析,通过模拟实验,将模拟物与各出土实物作比较,便可确知哪种模拟方案产物接近原来的纸,从而推断其制造过程。为此,掌握现存民间用传统手工方式造麻纸的技术是必要的,它将为模拟实验提供技术启导。今天的麻纸是从昨天和前天的麻纸演变下来的,而了解今天的麻纸技术形态可能是了解其古代技术形态的关键。
  基于上述考虑,为解开汉代造麻纸的技术之谜,笔者在对出土汉纸化验后,便前往手工造纸区,对麻纸制造技术作了实地调查,并参加整个生产过程的实际劳动,以求得到直观认识及切身感受。这是在古书堆里学不到的。现将1965年笔者在陕西凤翔纸坊村所调查到的麻纸制造工序开列于下:
  (1)浸湿破布麻料→(2)切碎→(3)碾料→(4)洗涤→(5)制备石灰水→(6)将麻料与石灰水共碾→(7)麻料与石灰浆堆沃→(8)将浆灰麻料蒸煮→(9)洗涤→(10)细碾→(11)洗涤→(12)配纸浆并搅拌→(13)捞纸→(14)压榨去水→(15)晒纸→揭纸→(16)整理打包。
  在上述工艺流程中有16道基本工序,有的工序重复操作三次,如碾料及洗涤,即所谓三碾三洗。这个较复杂的流程,显然是从汉代以来逐步发展起来的,虽然早期不一定有这么多工序,但其中某些必然也包括汉代时用过的,问题在于找出是哪些工序。应当说,唐以前著作中所谈汉纸以剉、捣、抄三工序,即切碎、舂捣和抄造是必不可少的工序。因原料如破布、绳头之大小、长短及形状参差不齐,不事先切成大体一致的小块,难于在以后作任何处理。但只靠切碎还得不到分散的造纸用纤维,必须借机械力舂捣(以石碾碾之,亦起同样作用),才能最后成浆。而从分散的纤维形成纸片,只有经抄造过程才能实现,这是造纸与纺织不同的一道工序。而实践还告诉我们,要实现这三道工序,还必须辅之以相应的工序。为将原料切碎,必先以水将其浸湿,使之润胀,否则,干切是难以下刀斧的。原料既是废料,总会有尘土等杂物,故切后还必须洗涤,既可洗去泥土,又可使麻料润胀,便于舂捣。抄造前,将捣碎的麻料与水配成浆液,不断在槽中搅拌,这个工序也是必须的。抄造后,只有通过干燥脱水,才能最后成纸,而最简单的方法是日晒。经过这一分析,早期造纸至少应有下列最起码的八步工序:
  (1)浸润破布原料→(2)切碎→(3)洗涤→(4)舂捣→(5)配浆液并搅拌→(6)抄造→(7)日晒→(8)揭纸。
  我们在手工纸厂用上述八步工序,以废旧麻布、绳头为原料试造麻纸,这就是我们模拟实验的第一方案。捣料用杵臼,抄造用马尾罗面制成的固定式纸模。所得产物的纤维分布类似现今建筑材料“麻刀”,色黄,质地粗厚,松散易裂,强度甚小,无法与任何汉纸相比。可以说还没有进入纸的范畴,当然不能发挥纸的功用。注意,此方案只是机械力起作用,麻料未作任何化学处理,结果是不佳的。这说明汉代造纸还应有更多的工序。从上述八步工序过渡到今凤翔的16步工序,中间有一些技术阶梯,可能有11个阶梯。我们分别拟定出相应的11个方案,用古老设备按手工方式作模拟实验。再将历次模拟产物与出土汉纸逐一作技术对比。凡重要的方案,都重复作2~3次实验,以排除偶然机遇。为与实际生产状况接近,我们每次实验取小规模生产方式,即取用破布、绳头原料为20~25公斤,用实际生产设备(杵臼、抄纸槽等)操作,所用原料也接近实际生产所用者,即本色或有颜色的破布、绳头、麻鞋、麻袋片及旧鱼网等。当然,这样作要消耗很多时间和体力,但我们认为这是值得的。现将历次模拟实验结果开列于表2-1之中①。
  与此同时,我们还在实验室内作小型模拟实验,从结果中看到,既令用第二方案的简单流程,如使用浅色易于处理的破布,也能造出可用的纸。此方案只比第一方案增加一道洗涤工序。但原料情况与实际所用相差较大,因实际生产原料是大量的,而且常有颜色,而单靠洗涤不能脱色,说明还得动用化学手段。第二方案造不出西汉那样的纸。因而我们用石灰或草木灰的化学处理方法再作实验。必须指出,所有实验都在笔者的师傅黄严生(1912~1968)先生和他的徒弟们大力支持下进行的,没有他们的参加,将一事无成。
  经过60多天紧张劳动,得出各种模拟实验产物,再将它们逐一与各出土两汉纸进行比较,包括显微对比分析,得出下列结果。如前所述,用第一方案所造者不是纸,而第二、三方案产物虽可认为具有纸的原始结构,但颜色发灰,机械强度低,不能实用,而且比不上西汉较次的纸。所以前三个方案均可排除。
  1987年新泽西州哈克茨顿(Hakettstown)城的美国物理学家豪厄尔(DouglasMorseHow-el
  )博士,用生麻与水借助他所设计并制造的机器打浆机作造纸实验,以实现他“只用麻、水与力造纸”的设想。他成功了,并寄来纸样①。看到样品后,注意到具有纸的物理结构,没有纤维束,有强度,他还用钢笔在上面写了字。但此纸较硬,没有柔软性,表面滞手,呈浅黄色。与我们第二方案产物相近,但质地好些。豪厄尔博士说,他是从《史记》英译本中产生他的设想的。这当然指的是《淮阴侯列传》中所说的漂絮过程。有两点要注意,他采用的是强力机制打浆机和生麻纤维,小规模实验可以造出纸。但汉代产生不了这么强力的机械粉碎力量,而用破布为料,常常有色布,只用水是不能脱色的。因此他的实验正如我们的实验一样,在理论上可以造出纸,而在公元前2世纪的实际生产中是行不通的,还要把物理力和化学力结合在一起才能造出纸。豪厄尔对此表示同意。应当说他的实验产物是纸,不是纤维堆积物,纤维被打断了,虽然帚化情况也不好,但纸有强度。这种情况与灞桥纸有某种类似之处。有人说纤维打短必然同时帚化,一般是这样的,但有时也不尽如此。豪厄尔博士和我的模拟实验便证明,像灞桥纸那样的情况是客观存在的,即纤维打短而帚化度低,同样可抄造成纸。
  二 汉代造纸的技术过程
  现在谈第四模拟实验方案。这一方案除舂捣外,加了草木灰水处理工序,即稍微用了一点化学力,而没有蒸煮,情况便明显不同。颜色由灰变为浅米黄色,产物已进入纸的范畴,但质量较差,不过有柔软性和机械强度。这一方案采用了下列工序:
  (1)浸润麻料→(2)切碎→(3)洗涤→(4)草木灰水浸料→(5)舂捣→(6)洗涤→
  (7)配浆液并搅拌→(8)抄造→(9)晒纸→(10)揭纸。
  由第一方案的八步增加到10步工序。用这个流程已可造出较粗糙的纸。将模拟纸作显微分析,所测得的技术指标,大体上与灞桥纸类似(见第一章第三节表1-2)。这是西汉时造纸的起码步骤。鉴于1986年出土了比灞桥纸更早与更好的西汉初放马滩纸,因此在这个流程中至少还要加上一道蒸煮工序,介于第七、八方案之间:
  (1)浸润麻料→(2)切碎→(3)洗涤→(4)草木灰水浸料→(5)蒸煮→(6)洗涤→
  (7)舂捣→(8)洗涤→(9)配纸浆并搅拌→(10)抄造→(11)晒纸→(12)揭纸。
  以上所述的步骤,应当是西汉造纸时采用的步骤,因为产物与灞桥纸以外的其余西汉纸相近。第五、六方案只具有实验和理论探讨意义。而第七、八方案相当于西汉末及东汉初时的技术阶梯,而第九方案可能是东汉中期蔡伦时代所用的步骤。第十方案则是汉以后采用的步骤,而第十一方案已接近近代凤翔麻纸技术。这都是将实验产物与历史上不同时期的实物纸对比后得到的认识。因而通过这个研究方法,终于解开了两汉造麻纸技术之谜。我们认为第七方案是两汉初期造麻纸技术方案,放马滩纸、金关纸等应当以此法制出。灞桥纸也可能同样如此,但蒸煮过程效率低。现将第八方案采取的12步骤分组加以讨论,借以探知西汉早期造麻纸技术的细节:
  西汉造麻纸技术过程
  (1)原料的机械预处理(浸湿、切碎、洗涤):取大麻、苎麻所制的废旧破布、绳头、鞋底,称重后放入筐或篮内,在清水(河水)中浸泡,待湿透后取出,洗去污泥或尘土,粗砂弃入水中。将浸湿的原料用利斧切成小块(图2-3),随时剔除其中金属物、木屑、羽毛、皮革等杂物及腐烂物。切好后,放入筐或篮中,在河水中洗涤。
  (2)原料的化学处理(浸草木灰水、蒸煮、洗涤):根据模拟实验,麻料不经化学腐蚀,舂捣时难以得到较纯而分散的纤维,即令勉强造出纸,拉力甚差、表面滞手而不便使用,同时白度也不能提高。将各种草木烧成灰,以热水浸渍,过滤,即可得到草木灰水(图2-4)。浓汁以手触之,有腐蚀性。古书还常提到用藜科植物藜(Chenopodiumalbum)灰作草木灰水,力量较大,也可用石灰水。将切碎的麻料以草木灰水浸透,再放入蒸煮锅中(图2-8)。锅为铁制,锅上置箅子,再在上面置一上下开口的木桶。将浸灰水的麻料从上口装入桶中,再淋入草木灰水经麻料进入锅中。燃柴薪火蒸煮。其目的是脱色、除杂质、提纯纤维,并使之腐蚀,便于以后舂捣。因蒸煮液呈碱性(pH>7),实际上是后世碱法制浆技术之滥觞。蒸煮后,将麻料取出,放筐内于河水中洗净,锅内黑液弃去。
  (3)机械再处理(舂捣、洗涤):洗后之料已松软变白,分批放石臼中人工舂捣(图2-
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  )。边捣边翻动,直到捣碎为止。这是造纸最费体力与时间的工序。舂捣目的是以机械力使纤维轧短、分散成细纤维,分丝散开,抄成紧密的纸。舂捣粗细会影响到纸的质量。舂碎后,还要在河水中洗涤,以最后洗去灰粒、泥土等夹杂物。
  (4)制浆与捞纸:麻料经捣、洗后,呈白色或银白色绵絮状,放入长方形木槽中,再加极清净的井水或泉水,制成适当稠度的悬浮液即纸浆(图2-5)。再以棍充分搅拌,使纤维在水中分散并漂浮,这道工序俗称打槽。纸浆太稠或太稀都不好。可取出一勺浆液,慢慢倒回槽内,如液流中纤维丝丝相联即为适度,亦可临时捞出一张纸,看稠度如何,再补加纸料或水。我们模拟实验用纸模,是临时设计的。先制成长方形木制框架,再将罗面或竹帘固定在框架上(图2-9)。抄造时有两种方式可用,一是将纸模放在浆液表面上,向其中浇注浆液,再摇动纸模(勿离开液面),使纤维均匀分布。垂直提起纸模滤水,便形成湿纸一张。另法是将纸模斜向插入浆液(不要太深),来回摇荡,再提起滤水,也能成纸。两法各有短长,后法操作简便迅速,前法可抄更大的纸。纸张的厚度及均匀度,一是取决于浆液质量,二是取决于抄造手法。此工序由经验丰富而技术熟练的纸工承担。
  (5)纸的后处理(晒纸及揭纸):湿纸成型滤水后,仍保有水份,没有足够强度,必须干燥脱水。用上述固定式纸模捞造,不脱水便无法揭下纸。所以要将许多带有湿纸的纸模放在外面日晒,自然干燥后揭下便是成品纸(图2-9)。用这种纸模抄出的纸,表面不一定平滑,用时还要用滑细石面砑光,这可说是最古的加工方式(图2-6)。发现西汉罗布淖尔纸的黄文弼先生,生前曾告诉笔者,他在纸上看到有砑光的痕迹①。
  西汉初麻纸大体说便由这12步工序制成。有时用同样步骤及设备,因操作精粗不同,所造纸质量便出现高下之别。但这12个步骤是必须具备的。事实证明,从造纸术发明时起,便用作书写及包装两个用途,而且采用机械与化学处理相结合的方式生产。草木灰水的使用由来已久,古代用于处理蚕丝及洗衣,将其用于造纸是顺理成章的事。我们一提蒸液蒸煮,有人就怀疑汉代是否有此可能,这是因其从现代概念出发,将碱性理解为苛性碱(KOH),实际上草木灰水及石灰水也呈碱性,只不过是弱碱而已。可以说西汉造麻纸技术是一种手工造纸的标准生产模式,不但为此后历代所效法,而且为以后各国所仿行。西汉末王莽执政时期,造纸术一度发展,标志之一是用滤水性良好的帘状纸模抄造,提高了工效,改善了纸质。中后期用草木灰水蒸煮时期较长,因而提高了纸的白度和纤维的腐蚀度,再加上有效的舂捣,加强了纤维的分丝和细纤维化。这都有出土实物为证。
  三 汉代造纸设备
  至于造纸所需设备,切破布时不能用剪或刀。我们的模拟实验证明只能用冲力大的特制麻斧,刃部应是平的,而不是一般半月形斧的刃面。将麻料放在齐腰高的木墩上,站着切料,便于加力。左手以木板压着麻料(防铁斧砸伤手指),右手持斧将麻料断为小块。据前引文献记载,早期舂纸料用石制凹形槽,称为臼。另在木杆下置石制圆面杵头。以手持杵,杵头落在石臼中,所产生的垂直方向的冲力将料捣碎。杵臼由来已久,新石器时代遗址即有出土,西汉墓葬中有这类模型或画象砖出土(图2-7)。过去常称为捣米工具,其实也是造纸工具。汉代用蒸煮锅,形制与后世大同小异,铸铁制,类似物有不少出土。有两种形式,一为单锅式,在灶膛上安一口大铁锅;二为双锅式,有大小两口锅,一前一后,两种类型都有出土实物为证。双锅式后面的小锅,可借火膛中余热烧成热水备用。为提高装锅量,锅上置木桶,内装造纸原料,上面呈半密封状态,筒下有铁箅与锅口相联。灶膛在地平面上,或在半地下。当然应当是在室外操作。掌握好蒸煮时间和火候是重要一环。
  A.单锅式B.双锅式C.洛阳出土的汉代陶灶西汉初发明的纸模(抄纸器),是造纸中的关键设备。由方形或长方形,由木制框架及筛面组成。我们认为早期纸用罗面为筛面,模拟实验用马尾编成的罗面,筛目为40~44孔/寸2。将此罗面固定于框架上,务求绷紧。纸模正面的罗面与边框交接的框边四周,留出0.5~1.0
  厘米高的边沿,以便贮存纸浆。罗面与框架是固定在一起的,不可拆卸。其形状及大小依所要制成的纸的形状及大小而定。以此纸模抄纸,贴近罗面的那面纸上印有罗纹即经纬纹,又叫织纹或布纹。出土汉纸多不完整,而呈碎片,但马圈湾纸-Ⅰ为完整的一张,直高20厘米、横长32厘米,年代为西汉宣帝时期(前53~前50),因而这也反映抄此纸所用纸模的形状及尺寸。换算成汉尺,相当直高8寸、横长1.4尺。可能是小纸。
  纸的使用为取代简牍,而简册有制度可寻,因而书写用纸的尺寸应对应于简册。蔡邕(132~192)《独断》云:“策,其制长二尺,短者半之(1尺)。”许慎《说文解字》解释说,古者以简为书,长尺二寸者谓之“檄”。郑玄(127~200)注《论语》引《钩命决》云:“《易》、《诗》、《书》、《礼记》、《乐》、《春秋》策,皆长二尺四寸。《孝经》半之,一尺二寸。《论语》策八寸”①。这样看来,战国简册大致分为长(实为直高)0.8、1.2及2.4尺三种规格,即大中小三等。到西汉时则分为0.5、1.0、1.5及2.0尺(皆为汉尺,1汉尺=24厘米)四种规格。其中一尺高的简叫“尺牍”,用得最多。再大的简用于写儒家经典,短简写杂书。
  出土实物与简册制度是吻合的,如武威汉简直高有两种尺寸,甲种50~60厘米(合汉尺2.0~2.5尺),乙种高23.5~24.5厘米(汉制1尺左右)②。汉纸尺寸规格也应大体与此类似。笔者实测不少魏晋古纸,直高多在24~24.5厘米间,与出土本始(前68)、建武(后53~55)、元和(后84~86)等纪年汉简直高相符,则汉纸与汉简受同一制度制约。汉纸用得最多的,直高为1尺(24厘米)左右,横长无参考资料。但我们可从敦煌石室及新疆出土魏晋写本中得到启发,一般说为36~55厘米(1.5~2.0汉尺)之间,最大不会超过3尺。这样的抄纸器由一人操作,是没有问题的。我们模拟实验时,设计了直高24~25、横长35~50厘米(相当汉代1.0×1.52.0尺)的抄纸器,以求所抄之纸接近汉纸尺寸。罗面用马尾、生丝编者滤水性好,麻布滤水性差。用此纸模一次抄一纸,晒干后揭下纸,再抄新纸,可见纸厂要备有许多纸模(图2-9)。
  笔者在国内所见西藏藏族及新疆维吾尔族造的纸,也用固定床织面纸模抄造,纸较厚,但很坚韧。这可能仍保留汉族古代时用过的技术,因为在西藏和新疆地区不产竹,不善于编帘技术,所以就地取材用了老式纸模。20世纪30年代,美国造纸家亨特在西藏和尼泊尔调查时,也发现那里仍用织面纸模在河面上抄造,甚至连纸槽都不用。他还在广东佛山偏远农村看到用这类纸模抄纸(图2-10)①。据说模面为麻布。我们已用实验证明,用麻布作模面,抄纸效果甚差。除非事先将麻线用桐油处理,再织成布,或将麻布用桐油处理,再将孔眼逐个用细铁丝捅透,否则难以使用。织面一般用马尾(尤其是白马尾)织成马尾罗面,绷在框架上抄纸效果好,汉代可能即用此种材料。
  模面材料要求用硬质而光滑者,这样既不粘附纤维,而又便于滤水。用细铜丝编成的罗面,经我们试用,抄纸效果最佳,但汉代时不可能使用这种材料。用生丝作的罗面虽然也可以用,终不及马尾罗面好。因此汉代模面纸模用马尾编制成的可能性最大。这类纸模应用很长时间,在魏晋南北朝时期的北方,有时还偶尔用过。以后在汉族居住的广大地区才逐渐被另一种纸模即帘面纸模所代替,其中曾有一段时间两种纸模并用。宋以后,有所谓罗纹纸者,其实并非真正用早期罗面纸模所造,而是用帘面纸模造出后,再用硬麻布借强力在纸面压出布纹,作为一种装饰而已。仔细观察,在后世“罗纹纸”上仍可见帘条纹,因此观察纸上的纹理,必须仔细判断其抄造方式。造纸生产是投资少、随地取材而又获大利的工业,故人乐为之。纸坊通常设于近河边之处,规模小大由之。西汉纸工以勤劳的双手,利用简单的工具,从废料制成纸,这是了不起的成就。
  在我们弄清其制造技术过程及所用工具后,应当形象地再现先人造纸生产的劳动情景。此为笔者多年欲实现的一个心愿,因为古书没有这类图画保存下来。这项工作应当在研究的基础上进行。先前有人绘制过汉代纸工“原始造纸操作图”②,且作为纪念邮票发行于世。但此图没有经过对汉代造纸术的实际研究,一眼望去便发现并非“原始造纸”,而是将明代《天工开物》中造竹纸图稍作改绘而成,这中间有两干年之时差。结果把汉代造纸过程和所用设备画成与明代和近代相似,这就失去历史真实了。图中纸工跪着持杵击大口径金属罐中的纸料,也不合理。凡参加过这项劳动的人都知道,这种姿式是无法施力的。汉代早期的纸是借日晒自然干燥,而图中则画出明代人工强制干燥装置“焙笼”。因此汉代造纸图需要重绘。
  我们在理清此时造纸技术后,参照出土实物,设计出一幅技术操作草图,再请美术工作者张孝友先生加工润色,以就教于读者(图2-11)。图中人物形象、服装、发式,参考了长沙马王堆一号西汉墓及临潼秦始皇兵马俑有关造型。我们感到美中不足是,有些人物(尤其妇女)服装虽符合汉制,但不是劳动者劳动时所用,显得艺术化了。但图既已发表,而且已流行中外,便不必再改了。但表现的操作工序、设备和动作姿态,恐怕是符合事实。此图既反映西汉,又反映东汉造麻纸技术,若画两幅就要雷同。所要注意的是,东汉所用有的设备有改进,如舂纸兼用杵臼及踏碓,纸模可能与西汉不同。
  用前述西汉12步技术工序,以破布、绳头为原料,是可以造出白度为40%以上的麻纸的。我们的模拟实验表明,用此法所造之纸,与出土西汉纸(如金关纸)是一致的。实验还表明,如原料中混入一些旧鱼网,则用此过程所造之纸,总含有硬的未打散的网结凸出于纸面,不能适用于流利书写。如果全用鱼网为料,虽也可造出纸,但纸面硬状网结很多,表面滞手,白度下降,更不适于作书写。而我们化验迄今所有西汉纸,只发现原料为破布(占绝大多数)及少量废旧麻绳,没有发现鱼网,看来鱼网为原料造纸是从东汉中期即蔡伦时代开始推广,而文献也是这样记载的。这就要求对原有工艺过程及生产设备予以改进。西汉捣料多用杵臼,以双手持杵击臼相对说冲力不大,又很费力,实验表明,用杵臼要将鱼网网结击碎是很难的,可能一次舂捣还不够,需要再加一道舂捣及洗涤工序,才能将绝大多数网结打散。蔡伦时代尚方造纸,应当附加第二次舂捣。另一方面,东汉除用手动杵臼外,还用脚动踏碓①。它由埋在地下的石臼槽、附有石杵头的较长踏杆及轴承组成。人双手倚在扶杆上,以脚踏踏杆一端,通过轴承的杠杆作用将另一端碓头高高举起,再自动落在石臼槽中捣料。另一人蹲在旁边翻料。因碓杆长度大于杵杆,通过人力和机械力的作用,使碓头冲程大于杵头,因而冲力更大。又由于用脚踏,除脚力外,还有人身重力同时施于受力点,原动力大于用杵臼的手力,人的劳动强度反而减少。这是苦干加巧干的产物。东汉初的桓谭(前33~后39)《新论》谈到踏碓时指出:“及后人加巧,因延力借重身以践碓,而利十倍杵臼”。四川出土的东汉画像砖上,有的就刻画出踏碓图。我们在实验中体会到,用踏碓捣纸料,虽然也是男性纸工从事的重体力劳动,但毕竟比杵臼省力,而舂捣效果更好,生产效率明显提高。
  西汉初期抄纸用织纹纸模,其形制及用法前已述及。我们从出土西汉末的纸上见有明显可见的帘纹,而且实测每根帘条直径为0.3毫米,说明是帘面纸模抄造的。其制法是先制成木框架,再以细竹条(制成圆条)借丝线编成与框架大小相当的帘子,将帘子固定在框架上。帘面与边框交接的框边四周,同样留出0.5~1.0厘米高的边沿,以贮留纸浆。帘面与框架固定一起,不可拆开(图2-12)。其抄造方法与织面纸模是一样的,也分浇注与捞抄两种方式。如无竹,可以其它细而硬的植物茎杆代之。但编帘的条必须光滑,条与条间距离要很小,否则跑浆,一般中间只有编帘丝线股那么粗的距离。我们同时用织面纸模与帘面纸模作抄纸对比实验,发现后者滤水快,湿纸层的纤维不易粘附于帘面,半干或全干时易于揭纸,因为帘面是与纤维不同的光滑竹条制成。用这种纸模抄纸,纸上留着横向规则排列的帘条纹,而不呈经纬纹,有时还可看到与帘条纹垂直的一排排编帘的丝线纹或编织纹,其间距较大,1.5~3.0厘米之间。如果编织纹较细或纸较厚,有时只见帘条纹。由罗面纸模到帘面纸模,是个技术进步。
  当然,制造帘面纸模时,要在帘面下部从上下边框中安上若干支柱,紧贴近帘面,起支撑作用,否则纸浆会将帘条压弯或压断。我们在出土古纸上有时看到帘纹不直而出现弯曲现象,就是纸帘用久被纸浆压弯的结果。帘面纸模分为两种,一种是上述固定式的。用这种纸模抄纸,一般要晒干后才揭纸,因此抄出一张湿纸,要换另一个纸模再抄,待湿纸干后再用上一个纸模。而自然干燥至少一个小时左右,因此用固定纸模时,设备周转使用率不高。后来发现用帘面纸模抄出的纸,在半干时即可揭开,将纸摊在木板上或用石灰刷过的平滑墙面上令其全干,这样可使纸模周转使用率成倍地提高。而用织面纸模则作不到这一点,因为湿纸在模面粘附得较紧,一揭便易揭破。织面纸模的滤水孔为规则排列的无数小方孔,其吸着纤维的能力大大超过帘面纸模上的长方孔,又由于帘条不是由软的细线构成,而是硬而光滑的竹条或植物茎杆组成,有对吸着纤维的抗拒力。其滤水方式是通过条间空隙,而不是织面经纬线形成的小方孔。这一切使得帘面纸模上纸层可在未干前揭下。
  中国从什么时候作到将半干纸从纸模上移开,另在硬性平面上快速干燥呢?对这样一个专门技术性问题,当然不能指望从文献上找到答案。我们的模拟实验表明,只要用帘面纸模,就能作到这一点。这是个前提条件。而西汉后期这样的纸模已经投入生产,因此将半干纸从纸模上移去的技术,时间上限为西汉后期,即公元初的王莽执政前不久或执政期间。其下限为东汉中期蔡伦时期。单从出土纸上帘纹,还不能判断湿纸是在半干或全干时揭下。为稳妥起见,不妨把时间先定在下限。
  三十多年前,我们到手工纸产区调查时,听说过去蔡伦庙内的蔡伦泥塑像下面,有一鸡一猪。有趣的是,瑞士汉学家奇霍尔德(J.Tschichold)在其《中国古代论述中的造纸发明者蔡伦》(DerErfinderdesPapiers,Ts'aiLun,ineineraltenchinesischenDarstelung,Zurich,1955)书中附有一幅插图,为清代乾隆年间(18世纪)彩色套印的木板画,画上有蔡伦,其下也有一叠纸,旁有一鸡、一猪①。
  这究竟是什么意思呢?有人说鸡和猪是祭祀品,但纸坊的老纸工告诉我们,相传在汉代时人们不知道半干的湿纸可以揭下来作快速干燥。有一次湿纸的一角被鸡和猪用嘴掀了起来,但并没有掀破,人们顺着掀开的一角能将整个一张半干半湿的纸揭起。为了纪念这件事,便把鸡与猪也与蔡伦放在一起供养。我们每到一处都听到这种民间口碑,看来是从古代传下来的。这种民间传说是否有历史根据,且不作评论。但汉人总会在实践中注意到湿纸有一定强度,可以揭下而不裂开,不一定要由动物来启发。而一旦认识到这一点,便会自觉地加快湿纸干燥过程,提高纸模的利用率。至迟在东汉中期已作到这一点。
  而一旦作到能将湿纸从纸模的帘面上移出,便很快就完成另一项重大技术革新,即活动式帘面纸模的出现。它是由固定式纸模演变出来的。由三部分组成,一是竹帘,上部有竹条固定帘的上边,以圆而细的木棍固定帘的下面,两边以布包边。二是长方形木框架,中间有若干方木条(楞部向上)支撑,又叫帘床。将帘放在帘床上,两边以木制边柱绷紧,构成帘床纸模,以此捞纸。三部分构件都可合可拆。捞出湿纸后,取下边柱,将帘从帘床上提起,再
  将有纸的一面倒扣在木板或石板上,湿纸便脱离帘面而附着于板上。再将帘重置于床上,以两边柱固定后,重行捞纸,捞出纸后再以同样方法将有纸一面覆盖在上次捞出的湿纸上,提起帘,湿纸便叠在上次湿纸上,如此叠至千百张,经压榨脱水后,揭起半干半湿的纸,放木板或墙面上快速干燥。显而易见,只要用一个活动式帘床,便可连续抄造大量的纸,而无需再用更多的纸模。使用这种纸模可大大降低生产投资与成本,提高其设备使用率,减少生产所需时间。只是操作时较固定式纸模稍微复杂一点,熟中生巧,还是很容易掌握的。对这种抄纸器的构造,将在本书第三章第三节中加以介绍。这种分合式活动帘床抄纸,至迟在东汉末期至魏晋时已较普遍使用了,其上限可追溯至东汉中期。此后长达千年间几乎没有什么变化地沿用,直到今天。这是造纸业中的重要设备,如同纺织业中的织机那样。帘床纸模的尺寸与前述固定式纸模应当大体一致,至后世才逐渐加大。因而造麻纸技术从西汉演变到东汉中后期,已形成一种完整定型的生产模式。
  东汉麻纸制造过程至少包括下列工序:
  (1)浸湿麻料→(2)切碎→(3)洗涤→(4)草木水浸料→(5)蒸煮→(6)洗涤→(7)舂捣→(8)洗涤→(9)再舂捣→(10)洗涤→(11)配浆料并搅拌→(12)抄造→(13)干燥→(14)揭纸。
  采用这一流程,便可以旧鱼网为原料造纸。如前所述,在舂捣和抄造上还使用了更有效的设备,东汉宦官蔡伦在和帝时主持的尚方造纸,便有可能通过这一工艺过程造出较好的麻纸。有些工序操作基本与西汉同,已一并绘入图2-11中,不再另绘。注意,图中所用踏碓为东汉常用捣纸料设备,而抄纸则用帘面纸模,在半湿状态下揭下快速干燥。这时有可能用活动式帘床纸模,为稳妥起见,还是不能说得过死。只能说上限可追溯到这一时期,这就是为什么我们把这种纸模的构造图放在魏晋那一章的原因。东汉中期既已造出楮皮纸,则其制造工艺应比麻纸要增加一些工序。由于早期楮皮纸未见实物遗存,无从作分析化验和模拟实验,本章暂不作探讨。

知识出处

中国科学技术史:造纸与印刷卷

《中国科学技术史:造纸与印刷卷》

出版者:科学出版社

本书利用最新考古发掘资料,对出土文物的检验、传统工艺的调查研究和中外文献的考证,系统论述中国造纸及印刷技术的起源发展以及外传的历史,从而揭示出中国“四大发明”中两项发明的系统历史。全书共三编十七章,内容深入浅出,资料翔实,别具特色。

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