《后汉书》中有关蔡伦造成形纸的记载主要取自刘珍的《东观汉记》 。刘珍和蔡伦是同时代的人 , 应为可信 。从记载中可知 , 成形纸既能进贡皇帝 , 又能代替缣帛用作书写 , 纸质必然达到了一定水平 , 具备了“用”的要素 。关于蔡伦成形纸造纸技术 , 我们可以根据成形纸的用途、从后来文献和出现的很多成形纸造纸工艺上的革命判断出蔡伦的贡献有哪些 。
造成形纸一般都要经过切料、沤煮、舂捣、抄造、定型干燥等基本操作 。蔡伦及其工匠们从原料和工艺上把成形纸的生产提高到一个独立行业的阶段 , 用于书写 。
1、切料工序的出现 。东汉时期钢器已进入发达时期 , 大量的钢铁出土资料可以证明 。蔡伦“监作秘剑及诸器械 , 莫不精工坚密 。”可见蔡伦对钢器利刃的专业水平和他的权限为他将造剑技术与造纸技术的相互结合提供了非常有利的条件 。对旱滩坡纸和伏龙坪纸的分析可知:“从两件东汉纸的纤维观察看 , 很少碎片和未断开的长纤维 。因此可以推断 , ‘剉’的工艺应当是将麻团 , 以相似的厚度 , 一刀一刀地切断 。”[8]蔡伦很好地把钢器利刃的造剑技术用到了造纸的切料过程中 , 为得到理想长度的植物纤维攻克了关键的技术难关 。
2、沤煮工序的改变 。沤煮工序早在以麻织物为衣着 , 麻就已经要经过沤煮了 , 但与造纸比较其程度大为不同 。作为麻织物的沤煮是为了脱胶、软化和去掉粗皮 。造纸的沤煮过程不仅要脱除原料中的木素 , 而且原料中的树脂、蜡、脂肪等皂化物及杂细胞也随之脱除 , 从而获得完全分离出来的单根纤维 。其过程是灰液与木素的反应 。首先是纤维细胞胞间层的木素受到破坏而溶出 , 然后再与初生壁及次生壁外层的木素起反应 , 这个过程也会伴有部分纤维素和半纤维素的降解 。因此 , 沤煮的温度和保温的时间要根据最终纸浆的质量要求而定 。蔡伦改变沤煮工序 , 去掉了渔网上的防腐胶、破布的色素、树皮中的木素等 , 分离出单根纤维 , 才能生产出代替缣帛的书写纸 。
3、舂捣工序的发明创造 。西晋人张华在《博物志》中记载:“桂阳人蔡伦始捣故渔网造纸 。”[15]说明蔡伦是第一个采用舂捣方式造纸的人 , 这是蔡伦发明造成形纸技术过程中又一项重大技术突破 。有学者说纸是打(打浆和舂捣)出来的 , 说明舂捣是造纸过程中起决定性作用的工序 。为什么通过捣就能使纤维结合在一起而成为有强度的纸 , 其主要原因是纤维在成纸过程中可产生较多的氢键结合 。这一理论是经过历代研究 , 在二十世纪中叶人们才逐渐得到理论上的认识 。
4、抄纸技术的革新 。东汉训诂学家刘照所著字书《释名》称:蔡伦“故布捣抄作纸” , 其中这个“抄”字又有很多技术含量 , 说明蔡伦已经使用了覆帘抄纸技术 。这个过程中需要制造抄纸帘 , 要使用纸药以完成纤维的分散和悬浮问题 , 要解决纸页的压榨及脱水 , 要解决湿纸叠摞在一起又能够再行揭开的问题 。只有这些问题都解决了才能抄出一张均匀、细白和平滑如“砥石”的成形纸 。
5、蔡伦始煮树皮为纸开创了不断寻找新的、独立于其他行业的造纸原料的新历程 。蔡伦扩大了造纸原料的范围 , 破布、鱼网、树皮、麻头等都可以造成形纸 , 其中树皮造纸更是他的发明 。张华《博物志》称:“蔡伦始煮树皮以为纸 。”[15]他是第一个创造性地使用树皮造成形纸的 , 其工艺更为精细 , 终于摆脱了纺织品的附庸地位 , 将造纸发展为一种独立的工艺 。由于当时树皮很少有其他用途 , 将树皮引用到造纸原料 , 大大降低了造纸成本 。更重要的是 , 让后人开拓了眼界 , 进一步寻找新的造纸原料 , 最终让成形纸具备了“廉”的要素 。
许多重大的发明创造都不是突然出现的 。造成形纸也一样 , 它不可能是在一夜之间蔡伦凭空想出来的 。《后汉书》上记述造成形纸技术的发明中提到:蔡伦“每至休沐辄闭门绝宾客 , 曝体田野” 。就是到民间广作调查研究汲取各种经验、技能 , 历时十多年之久 , 才形成一套行之有效的造成形纸技术 , 纸献给当朝皇帝 , 从此开创了人类书写材料的革命 , 在中国结束了“缣贵而简重”的历史阶段 。虽然成形纸不会是蔡伦一人完成 , 但没有他的“造意” , 单凭尚方工匠也制造不出这种植物纤维纸来 。因此 , 即使在雏形纸出土的今天 , 把蔡伦评价为我国造成形纸技术的发明者是完全正确的 , 是有充分历史根据和事实根据的 。
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