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传统手工纸在油画保护性贴面中的模拟实验研究

  • 李博
中国美术馆,北京,100010

中图分类号: TS766K854.3

最近更新:2024-12-20

DOI:10.11980/j.issn.0254-508X.2024.12.014

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摘要

本研究梳理了贴面保护操作对纸张的性能需求,利用仪器分析中国传统手工纸的理化性能,筛选出福建连史竹纸B3、“六吉单宣”宣纸X1和纯青檀皮纸X5,这3种纸样的总体性能更贴近需求,并借助模拟场景实验,验证这3种纸样的有效性和易用性。结果表明,部分传统手工纸可应用于油画修复中的保护性贴面操作,且在后期揭除和清理残留纤维方面比当下常用材料(和纸、茶包纸)更具优势。长纤维的皮纸在揭除贴面时更易操作,短纤维的竹纸在去除残留纤维方面更易达成。

纸张在油画修复中的应用,主要体现在敷纸挣平和贴面这2种操作,其他操作则少有应[

1-2]。贴面又可分为保护性贴面和纠正性贴面2种,其中保护性贴面更为常见。

大多数情况下,保护性贴面是利用黏结剂将平张材料(如纸张、布匹、纱网等)贴附在画作涂绘层的表[

3-4]。保护性贴面的应用场景和作用较为多样,主要是防止修复过程中对脆弱涂绘层的扰动,确保涂绘层即使掉落也会留在原位;也可对作品在待修、搬运、修复过程中有进一步恶化风险的病害区域做临时性限[1,5]

从纸张特性的角度来看,油画修复过程中使用的保护性贴面纸多为干/湿抗张强度好、伸缩率小、匀度高、纤维定向排列不明显、轻薄绵软的中性纸张,如时下常用的超薄马尼拉麻纸、构楮皮机制和纸[

5]。良好的干/湿抗张强度不仅易于湿态下的贴面操作,还能为脱空起翘甚至碎裂剥落的不稳固涂绘层提供临时固定和保护;较小的伸缩率保证贴面后纸张的干缩不会对涂绘层产生过大的收缩应力;匀度高与纤维定向排列不明显则意味着纸张具有较小的纵横差及均匀的收缩力;纸张轻薄则胶液在刷胶时更容易透过;纸张柔软则方便贴覆操作且能够与画作表面良好贴合;此外,作为保护和修复用纸,酸碱度呈中性及材料的安全性也是必须满足的要[2]

油画修复中常使用构楮皮机制和纸、茶包纸等薄纸进行保护性贴面操[

1,5],但关于中国传统手工纸在此方面的使用,目前鲜有研究。中国传统手工纸与油画修复界常用的构楮皮机制和纸,在原材料、整体面貌、性能等方面均较接[6-10],甚至在纸张方向性、形稳性等方面更具优[2,9-11],对贴面操作而言有一定长处。

无论油画类藏品还是其他类型的文物,其不可再生性决定了修复操作必须谨慎。出于对文物安全的审慎态度,新材料需要经过充分的研究才能被用于修复实践,即先期进行理论研究、分析筛选和模拟实验,后期进行小规模的文物本体实验,只有经上述步骤证明其可行性之后,才能在文物修复实操中进行推广。本研究从保护性贴面操作对材料的要求入手,通过测试和分析选取纸样的关键指标与性能,初步筛选出符合应用需求的纸样,再设计模拟实验,以便检验入选纸样在修复实践中的使用性能。从材料性能和实验表现2个角度,考察中国传统手工纸在油画修复贴面操作中应用的可行性,为之后的文物本体实验奠定基础。

1 实验

1.1 实验材料

1.1.1 纸张样品

传统手工纸同类纸张的性能,虽因原料产地、生产工艺、纸张规格及加工过程等因素的区别会有一定差异,但也存在一定共[

10,12-17]。为验证不同类型纸张的适用性,本研究选取4种竹纸、6种宣纸、1种皮纸,以及作为对照样的2种日本纸(JA和JM2),共计13种纸样,进行初步分析和筛选,纸样具体信息如表1所示,除JA和JM2的纸样性能数据(厚度、pH值、定量等)为本研究实验测量,其余纸样的检测数据来自文献[2]。尽管显微分析表明宣纸X5仅以青檀树皮为原料,实为皮纸,但遵循市场上常用分类方式,X5在本文仍按照宣纸分类。

表1  纸样具体信息
Table 1  Actual information of paper samples
分类纸名编号来源/生产商信息定量/(g·m-2pH值纤维组成(显微观察)
竹纸(次白) 浙江奉化竹纸 B2 浙江宁波东东书保院 19.2 5.95 10%桑皮+90%苦竹
竹纸(上白) 福建连史纸 B3 福建连城美玉堂 22.7 9.30 100%毛竹
竹纸(松黄) 富阳元书纸·京放 B4 浙江富阳蔡氏纸坊 28.9 6.02 100%毛竹
竹纸(上白) 铅山连四纸·印谱 B5 江西铅山含珠实业 23.8 9.55 100%毛竹
宣纸 “六吉单宣” X1 购于北京某四宝店,安徽泾县 14.4 8.60 40%~50%青檀皮+稻草
宣纸 “六吉料半” X2 购于北京某四宝店,安徽泾县 25.0 8.38 30%~40%青檀皮+稻草
宣纸 “玉版绵料” X3 购于北京某四宝店,安徽泾县 21.9 8.79 60%~70%青檀皮+稻草
宣纸 “净皮” X4 购于北京某四宝店,安徽泾县 28.8 8.70 60%~70%青檀皮+稻草
宣纸 纯檀皮 X5 安徽潜山一付桑皮纸 14.7 6.76 100%青檀皮(切皮程度高)
宣纸 红星特净皮 X6 安徽泾县 34.9 8.92 ≥80%青檀皮+稻草
皮纸 构皮纸 P 贵州丹寨石桥 17.3 7.80 100%构楮皮
皮纸(手工和纸) 美浓和纸 JA 日本岐阜县美浓市 14.6 8.48 100%构楮皮
皮纸(长网机制和纸) 油画修复常用机制薄型和纸 JM2 购于C.T.S.修复耗材公司巴黎门市部,日本进口 9.94 6.84 100%构楮皮

本研究并非以笼统地表征某一类手工纸为目的,而是希望在现有市售纸张中挑选出对于保护性贴面操作而言可用、适用乃至好用的纸样。因此,11种纸样均来源于各博物馆修复师、保护科学家,是文保同行们在实践和研究中筛选后,认为好用且易于购买的纸样。

1.1.2 模拟实验材料

Clairefontaine®预制涂底的裱纸板纯棉画布(长度46 cm×宽度33 cm)、I Love Art®骨黑丙烯颜料、Rembrandt®艺用环己酮树脂亮光清漆,均购于巴黎某画材店;兔皮胶胶粒、Klucel® G羟丙基纤维素,均购于C.T.S.文保设备耗材公司巴黎门市部。

1.2 实验仪器

PP-15-P11型pH计,德国Sartorius;DCP-KZ(W)30型抗张测试仪,四川长江造纸仪器有限责任公司,用于测量湿抗张指数;84-58-00-0012型抗张测试仪,美国TMI,用于测量干抗张指数;49-50-00-0002型厚度仪,美国TMI。

1.3 实验方法

1.3.1 纸样性能测试与筛选

在梳理出保护性贴面操作对纸张的性能要求之后,本研究对JA和JM2的相关参数进行量化测试。测试在中国国家图书馆的古籍保护实验室进行,环境温度、相对湿度分别调控为(22±1) ℃、(55±2)%。这2种纸样的纤维组成、定量、pH值分别按照GB/T 4688—2020、GB/T 451.2—2023、GB/T 1545—2008进行测定,结果见表1

纸样厚度按照GB/T 451.3—2002进行测试,匀度则以统计学的方法,利用测得的厚度数据,经计算得出绝对不均匀度和相对不均匀度。

纸样干、湿抗张强度分别按照GB/T 12914—2018和GB/T 465.2—2008进行测试,伸缩率按照GB/T 459—2002进行测试。纸张横向表示手工纸的帘纹方向或机制纸的宽度方向,纵向表示手工纸的线纹方向或机制纸的长网方[

18-19],本研究将横向与纵向干缩率的比值定义为纤维定向分布指数。

由于缺少参考判断阈值,难以利用上述测试所得数据进行直接筛选。本研究根据数据与性能要求的相符程度,对各纸样在不同性能中的表现分别赋予0~2分的成绩,使用Excel软件对各性能数据进行排序并将数值分布结果等分为3个区间,最符合性能要求的区间赋2分,性能其次的区间赋1分,最不符合性能要求的区间赋0分。累加不同性能得分,总分最高的纸样即被视为性能最相符的纸样;再通过相符纸样的模拟实验,更直观地验证纸样适用于保护性贴面操作的可行性。

1.3.2 模拟场景实验

中国大多数油画以直接画法绘制而成,常带有多变的笔触效果和大量的堆积颜[

20]。因此,本研究中的实验模型被特意制成了厚度差异明显并带有尖刺、凸起等表面肌理的表面形貌,以模拟中国油画和现当代油画的颜料层表面特点。模型选用黑色颜料以增强与纸张纤维的视觉对比,待颜料干燥后在表面施涂清漆以模仿油画表面的清漆层,并屏蔽丙烯颜料中表面活性剂等物质的影响,最终效果见图1

图1  实验模型的实物图和剖面示意图

Fig. 1  Physical and sectional diagrams of the experimental model

本研究通过3个阶段的场景模拟实验,从4个维度评估不同纸样的有效性和易用性。

1.3.2.1 贴面实验

贴面实验可评估纸样与模型表面间的贴合度(即保护性贴面的有效性),在实验过程中,所有纸样被切成尺寸5 cm×5 cm的正方形,以光面朝下的方式进行贴面操作(难以分辨的JM2不确定朝向,随机进行),并确保纸样的横向与模型的长边方向一致。使用2种不同特性的黏结剂进行贴面,其中黏结剂M是兔皮胶,代表稀薄、渗透性好、黏结力强而黏稠度低的黏结剂;黏结剂N是Klucel®G(羟丙基纤维素),其特性与黏结剂M正好相反。2种黏结剂固含量均为3%,施涂时用扁头画笔从中间向外部,以米字型的方式隔纸刷胶。由于模型表面不平整,有时需用画笔轻压甚至敲打颜料堆积处,以确保贴面纸与模型表面完全贴合,待其干燥后,观察纸样与模型表面的贴合状态。纸样编号规则为“纸种编号-黏结剂类型”,即表2中的“行号-列号”。每块纸样的用胶量及贴面完成后的效果见表2

表2  各纸样在模型上的黏结剂及用量
Table 2  Adhesive and dosage for each paper sample on the model ( g )
M1M2M3M4N1N2N3N4
B3
0.5 0.4 0.3 0.3 0.5 0.5 0.6 0.4
X1
0.3 0.3 0.3 0.4 0.5 0.5 0.4 0.4
X5
0.4 0.3 0.4 0.3 0.7 0.6 0.5 0.5
JA
0.4 0.4 0.4 0.4 0.8 0.6 0.5 0.4
JM2
0.2 0.3 0.2 0.3 0.6 0.2 0.4 0.2

1.3.2.2 揭除实验

在贴面实验完成7天后,通过润湿和平行于模型表面的牵引方式揭除纸样(见图2),以评估揭除难度和纤维残留情况。

图2  贴面揭除时的牵引方式

Fig. 2  Traction method of facing removal

1.3.2.3 残留纤维的去除实验

通过在指腹上喷水并顺时针方向原位转圈的方式,轻轻擦拭模型表面以去除残留纤维,旋转3圈后记录模型的表面状态,以评估残留纤维的去除难度。

2 结果与讨论

2. 1 纸样性能测试

本研究将所测纸样厚度的平均值作为纸样厚度结果,将实测厚度数据与纸样厚度的标准差作为纸样的绝对不均匀度,标准差与纸样厚度的比值即变异系数,作为纸样的相对不均匀度,变异系数越高,表明纸样的匀度越差,具体数据见表3。由表3可知,竹纸的匀度优于宣纸,这既得益于竹纤维更短小的形态,也受其制浆工艺的影响。

表3  纸样的厚度与匀度
Table 3  Thickness and formation of paper samples
纸样编号厚度/μm绝对不均匀度(标准差)/μm相对不均匀度(变异系数)/%
竹纸 B2 55.8 2.66 4.80
B3 66.8 12.6 18.9
B4 77.7 4.40 5.70
B5 49.6 3.47 7.00
宣纸 X1 45.4 3.67 8.10
X2 68.1 3.78 5.50
X3 67.1 12.8 19.1
X4 89.1 8.15 9.20
X5 41.4 3.64 8.80
X6 96.0 9.40 9.80
皮纸 P 64.7 24.2 37.4
JA 50.0 2.14 4.30
JM2 25.0 1.26 5.10

纸张抄造时的机械运动造成了纤维的定向分布,进而使纸张横向抗张强度通常小于纵向抗张强度。保护性贴面需要抗张强度大的纸张,因此为了简化初步筛选工作,本研究仅比较纸样的纵向数据。表4为纸样的干、湿抗张强度。由表4可知,本研究未表明某一类纸张的抗张强度更大或更小。但定量极低的JM2,其干、湿抗张强度均最低,表明所有纸样在抗张强度方面均强于当下文保业界广为接受和使用的JM2,可以满足使用需求。

表4  纸样的干、湿抗张强度
Table 4  Dry tensile strength and wet tensile strength of paper samples ( N/m )
纸样编号干抗张强度湿抗张强度
B2 736 48.4
B3 731 26.2
B4 686 60.1
B5 1302 60.5
X1 475 23.1
X2 806 47.8
X3 733 52.8
X4 777 68.6
X5 440 53.5
X6 1584 71.6
P 835 55
JA 934 58.9
JM2 276 14.2

表5为纸张伸缩率及纤维定向分布情况。从表5可以看出,在干燥过程中,竹纸的收缩率明显高于宣纸和皮纸,宣纸的收缩率维持在1.3%左右,而皮纸(P和JA)的收缩率更低,因此皮纸更符合保护性贴面的要求。机制皮纸JM2表现出较高的伸缩率,应与其厚度过低,纤维之间不能有效地相互限制有关。此外,在干燥阶段,利用长网造纸机可在极短的时间内令湿纸幅干燥定形,而手工造纸需有更长的干燥时间,这同样导致手工纸的伸缩率更小。

表5  纸样的伸缩率及纤维定向分布情况
Table 5  Dimensional changes and fiber orientation of paper samples
纸样编号遇水/脱水前后长宽变化纤维定向分布指数(∆横/∆纵)
湿胀率/%干缩率/%由湿到干的尺寸变化(最大收缩)/%
∆横∆纵∆横∆纵∆横∆纵
B6 1.02 0.64 1.21 0.74 2.24 1.38 1.6
X1 0.42 0.34 0.95 0.50 1.37 0.84 1.6
X2 0.69 0.46 0.84 0.39 1.53 0.85 1.8
X3 0.76 0.29 0.60 0.40 1.37 0.69 2.0
X4 0.52 0.30 0.74 0.31 1.26 0.61 2.1
X5 0.29 0.27 0.62 0.33 0.91 0.60 1.5
X6 0.51 0.46 0.72 0.38 1.23 0.84 1.5
P 0.42 0.30 0.51 0.26 0.92 0.56 1.6
JA 0.23 0.22 0.35 0.24 0.58 0.46 1.3
JM2 0.92 0.32 1.24 0.38 2.16 0.70 3.1

表5还可知,在纤维排列方向方面,机制纸JM2的纤维定向分布指数明显高于手工纸,这与造纸成形阶段中纸浆与长网/纸帘间的相对运动速度、纸浆的流动方向均有关。对于车速较大的长网造纸机,纸浆在横向上的流速几乎可以忽略不计,纤维倾向于沿纵向排列;而在手工纸抄造过程中,纸浆在横向和纵向上均有一定流速,且由纸匠手臂带动产生的纸浆流速明显更低,对于纤维的排列方向影响有限。因此,手工纸中的纤维分布方向更无序,纤维之间相互交错、彼此限制,进而使其在纵、横方向上的伸缩差异更小,即各向异性不明显。综上所述,具有纤维定向排列不明显和较低伸缩率的纸样更符合保护性贴面的需求,故选择手工纸更合适。

按照1.3.1的统计方法,各纸样得分总和如表6所示。由表6可知,B2、B4纸样的pH值约为6,呈弱酸性;X2在紫外线下有荧光现象,推测含有荧光剂,故排除这3种纸样。在剩余纸样中,纯青檀皮制成的X5纸样得分最高,其次为宣纸X1,二者被视为最符合保护性贴面需求的纸样。此外,文保业界广泛接受、时下常用的JM2,在数据分析阶段得分最低。因此,若仅以完成保护性贴面为目的,除B2、B4和X2之外,本研究中的多数纸样均能胜任,且或多或少有着各自的优势。

表6  各纸样总分表
Table 6  Final score of paper samples ( )
B2B3B4B5X1X2X3X4X5X6PJAJM2
4 5 6 4 8 5 6 4 10 5 5 7 4

2.2 模拟场景实验

竹纸B3的各项指标均能符合保护性贴面的要求,尽管其具有较强的碱性(pH值=9.30),但这一缺陷易调整,故本研究将其与上述2种得分最高的纸样(宣纸X1和X5)一并进行实验,在模拟情境下检测纸样在保护性贴面中的使用效果。已被广泛应用于油画修复实践中的机制和纸JM2是一个重要的参考对象,因此将机制和纸JM2和手工和纸JA作为对照样,进行模拟实验。

2.2.1 贴合程度

由于2种纸样JA和X5的疏水性能稍强,需要用笔刷进行更多的敲打才能贴合模型。但这2种纸样在干燥后也并未完全与模型表面贴合,在尖刺附近有脱空情况出现(见图3(a)圆圈处),且纸样在颜料堆积过于明显或尖锐的地方出现刺穿性破损的情况(见图3箭头所指处)。虽然竹纸B3疏水性能较弱,只需刷涂便可与模型表面较好地贴合,但由于湿抗张强度较低,也出现类似破损(同见图3箭头所指处)。

图3  纸样的贴合情况

Fig. 3  Paper sample fit condition

同为皮纸的JM2较薄,无需轻压和敲打动作便能很好地贴合模型表面的各种起伏。然而,JM2干燥后出现的破损却只多不少,不能很好地满足对颜料堆积明显或起翘严重的作品进行保护性贴面的需求(见图4箭头所指处),这可能与纸张干燥过程中的拉力与纸张的低抗张强度有关。

图4  部分JM2纸样在贴面干燥后出现的破损

Fig. 4  Punctures of partial JM2 samples after drying

不同纸张在模型上的贴面效果如表2所示。由表2可知,所有纸样均具有良好的贴合效果,能够对脆弱涂绘层进行临时保护。

2.2.2 揭除难度

揭除的难易程度,可以通过对比揭除后纸样的完整程度粗略地进行评估,部分残片结果如图5所示。由图5可知,以兔皮胶为黏结剂的纸样,在揭除后的完整度明显比Klucel® G组更高,即使在贴面过程中易被撕裂的纸张X1,其在采用兔皮胶黏结后,也容易被揭除,表明黏结剂的黏稠度与贴面揭除难度呈正相关关系。对比不同纸样,长纤维的JA最易揭除,2组黏结剂样品均被完整揭下;其次是纯檀皮纸X5,尚能够整张揭除;纤维较短的纸样,更易碎,尤其是X1,但仍然比薄型机制和纸JM2容易揭除。

图5  部分揭除后尚可识别的残片

Fig. 5  Partial recognizable fragments after removal

此外,JM2只揭下一块较大的碎片,且基本上每次只能揭下一簇纤维,甚至有时需要小心地刮除,而这在某些实际修复场景中是不可接受的。因此,仅从揭除难易的角度来说,与已被修复界广为接受、常使用的薄型机制和纸JM2相比,模拟实验中所尝试的4种纸样(B3、X1、X5、JA)更适用于现当代绘画的修复。

2.2.3 纤维残留情况

在实际操作中,存在贴面纸揭除后有残留的情况(图6),因此,本研究考察了纸样在揭除贴面后的纤维残留情况。

图6  某油画上先前修复中残留的贴面纸

Fig. 6  Facing paper residuals from previous restoration of oil painting

需要说明的是,本研究所用模型因新涂清漆的疏水性,极可能大大减弱纤维残留的现象,同时亮光清漆的反光也减弱了纤细的白色纤维在照片上的可读性。图7是采用兔皮胶的纸样在揭除后的纤维残留状况。

图7  用M3贴面的5种纸样的纤维残留情况

Fig. 7  Residual fibers of 5 kinds of paper samples faced with M3

图7可知,所有纸样在揭除后均残留了部分纤维,其中手工和纸JA的残留纤维最少,但纤维普遍更长并成簇地挂在堆积的颜料上;纯青檀皮纸X5的残留纤维更多,但纤维相对较短,因而不醒目;肉眼来看,宣纸X1的纤维残留情况与X5相近,近距离观察可发现,X1揭除后留下更多的短纤维,而这些短纤维在远距离时不易察觉;竹纸B3的残留纤维最多,纤维虽短,但因更密集,能够被直观看到,甚至更加醒目。作为对照样的JM2,纤维残留的数量仅次于B3,残留纤维长且密集,非常容易辨识。

2.2.4 残留纤维的去除难度

残留纤维的去除同样是修复工作考察的重点项目之一。通过在指腹上喷水后,模仿棉签进行顺时针转圈擦拭,反复3次,去除残留纤维,其结果见图8。由图8可知,经过擦拭,竹纸B3残留的密集短纤维可被清除干净;而皮纸JM2残留的纤维更长,在相同条件下,只有散布在平滑表面上的纤维可以被清除干净,而被颜料勾挂住或成簇的纤维则不易清除。

图8  擦拭前后B3和JM2上残留纤维的显微图(×21)

Fig. 8  Microscopic photos of the residual fibers of B3 and JM2 before and after wiping (×21)

在实际修复操作中,揭除贴面之后必须要用棉签清洗表面残留的黏结剂,因此上述擦拭并不会增大工作量,也不会增加油画作品受到的干扰和风险。

2.3 实验启示

本研究最大的不足在于没有判断阈值,无法通过定量的方式判断某种纸张的可用性,而只能以粗略打分和实证方式进行实验得出初步结论。后续还须在真正的油画本体上进行一定的实验,以最终完成验证和筛选。

本研究所收集到的13种纸样,相较于市场上能够找到的纸张种类而言也只是九牛一毛。虽然其中多数纸样均能胜任保护贴面用纸,且或多或少有着各自的优势,但市场上或有更合适的纸张待发现,同时也要承认其存在一定的劣势。一是作为手工纸,其成本和售价无法同工业大批量生产的机制纸竞争。但修复耗材需求量少,模拟实验中的3种手工纸对国内修复师而言,具有更易购得的便利性,可对冲其价格劣势。二是几种手工纸均不如机制纸JM2轻薄。纤薄的纸张不仅能提供更好的贴合效果,也能够允许修复师更清晰、直观地观察贴面纸之下的作品状况,从而做出更正确和及时的判断。

另外,模拟实验也凸显了现当代绘画(油画、丙烯画等)表面肌理对贴面纸服帖程度的要求和造成贴面纸破损,均是在面对平整的古典油画时不存在的新要求,此二者也可用纸张柔软度和耐破度来定量评价,值得进一步研究。

3 结论

本研究梳理了油画修护中保护性贴面对纸张的性能需求,量化测试选定纸样的需求参数,对各纸样(如长纤维的纯青檀皮纸X5、短纤维的竹纸B3、兼有长短纤维的混料宣纸X1,以及2种参照样手工和纸JA和机制和纸JM2)在不同性能中的表现赋分,并累计总分进行筛选比较,再通过模拟实验来进行初步验证所选纸样在修护操作中的适用性和有效性。

3.1 保护性贴面对纸张的要求是干、湿抗张强度好、伸缩率小、匀度高、纤维定向排列不明显、轻薄绵软且呈化学中性,研究表明,所收集纸样中纯青檀皮纸X5最符合,其次为宣纸X1。

3.2 模拟实验结果表明,贴合效果方面,模拟实验中的4种手工纸样均达标,能够与画作良好地贴合在一起,从而起到保护作用,且纤维越短,贴合效果越佳。但短纤维纸张受物理强度所限,在起伏明显的表面更易破损,因而对需要保护的脆弱部位,则考虑选用纤维更长的纸张,或选取黏稠度低的黏结剂,并在操作时更加小心,以免造成贴面纸撕裂。

3.3 揭除难易方面,长纤维纸张要优于短纤维纸张,且4种手工纸均优于现今油画修复界普遍使用的机制和纸JM2。

3.4 残留纤维方面,短纤维纸张更易清理,而手工长纤维纸的残留纤维也比机制和纸JM2更少。

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