13 第三章4节加填78.docx

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13第三章4节加填78

一、课题：

第三章湿部化学第四节加填

二、教学目的：

通过学习，使同学们能够了解加填的定义、目的与作用类型、常用几种填料的应用特点等，掌握加填的留着原理、填料与施胶对纸张的影响及填料留着的影响因素，并使同学们能够学以致用，理论联系实际，对具体的车间填料流程与添加有一定的了解与认识。

三、课时：

2h第13次第5周星期一3月17日C25、C26（1.2节）

四、课型：

新课

五、教具：

电脑、投影仪、白板笔及纸样及填料与瓷土样品

六、重点：

加填对纸张性质的影响及填料留着的影响因素（重）

七、难点：

常用几种填料的应用特点、留着机理（学生没有接触）

八、教学过程：

1、导入：

同学们，请几个同学来回答：

造纸的功能助剂有哪些？

过程助剂有哪些？

影响施胶有那几个方面的因素？

我们上次课学习了化学品功能助剂施胶剂来提高纸张的抗液体渗透性能，施胶剂是为了满足用户的特殊需要。

施胶对我们填料的添加有一定影响，那么填料是什么呢？

它对施胶是不是也有很大的影响呢？

那是我小时候，没有读过书的外婆就很纳闷问我：

“听说石头可以造纸？

真是很奇怪哦！

”当时我的知识还不能回答她的“为什么”直到我读了大学，从事了造纸行业，才明白所谓的石头为什么可以造纸，接下来我们将用2个课时来进行学习第二章湿部化学第四节加填。

请大家翻到教材68页开始新课程的学习，一一揭晓石头是怎么样造纸的？

（拿出车间的碳酸钙粉末）（2分钟）

2、课程大纲：

（详细内容见课件）（主要以讲授为主，辅以图表）

主要内容：

一、加填的定义、目的与作用

二、填料的种类、特点与应用

（常用几种填料的应用特点）（难、重）

三、加填对纸张性质的影响（重）

四、加填、施胶及纤维的关系

五、填料留着原理（难）

六、填料留着的影响因素（重）

七、具体实例

首先我们来看一下什么叫加填？

●一、加填的定义、目的与作用（重）

●1）定义：

●加填：

就是在浆料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细颜料或人造填料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些特性。

填料的用量仅次于纸浆的一类湿部化学品，通常称为造纸辅料，主要用于改善纸张的光学性能和降低纸张的生产成本。

2）目的：

⏹1、改善纸页的光学性质和印刷性能

⏹增加纸页的不透明度和亮度，并防止透印；改善纸页的平滑度和匀度，提高纸页的吸收性和吸墨性，并降低纸页的保水性和变形性。

⏹2、满足纸张某些特殊能的要求

⏹卷烟纸加碳酸钙调节燃烧速度，导电纸加用碳黑，是为了取得导电性能

⏹3、节省纤维原料降低生产成本

⏹填料相对密度大，价格便宜，可代替纤维节约原理；改善纸张的干燥性能，有利于提高纸机车速，减少蒸汽消耗，降低生产成本。

3）作用

优：

●1、加填料以后，填料分散于纤维之间将空隙填平，能改进纸张的松软性，能更好地进行压光处理，使压光后的纸张更为平滑、匀整

●2、填料的折光率和白度比纤维大，能有效地提高纸张的不透明度和白度。

●3、填料能吸附树脂，使纸浆中的树脂不致凝聚成大粒子，有助于消除树脂障碍。

●4、提高了纸张的吸收性，减少了纸张的伸缩变形和保水性能，

●5、使用填料还可以提高纸料滤水性能

缺：

加填过多的影响（副作用）

●1.成纸强度降低。

●2.印刷时掉毛掉粉。

●3.对织物也有一定的影响（对成形网及脱水元件的磨损）

●4.施胶度也会相应下降。

二、填料的种类及其特性与应用（15分钟左右）

（一）种类

⏹分为：

无机填料和有机填料两种

⏹1、无机填料分为：

⏹无机天然填料：

滑石粉、研磨（重质）碳酸钙（GCC）、高岭土、生石膏、熟石膏、硅藻土、炭黑等

⏹无机人造填料：

沉淀（轻质）碳酸钙（PCC）、二氧化钛、硫酸钡等

⏹2、合成有机填料：

苯乙烯、脲酚树脂等

（二）特性表3-4-1造纸填料的物理性质

表3-4-1造纸填料的物理性质

化学成份

结晶形状

白度%

平均颗粒

μm

磨耗AT1000

mg

折射率

相对

密度

比表面积m2.g－1

天然产物

高岭土

Al4[（OH）3Si4O10]

六角形,薄片

70～88

0.3～5

12～35

1.56

2.8

4～7

滑石粉

Mg3[（OH）2Si4O10]

单斜晶,白片

70～88

0.2～5

5～25

1.57

2.7

5～20

蒙脱土

Al2[（OH）2Si4O10]

六角形,薄片

60～75

0.1～2

20～35

1.56

2.8

30～50

重质碳酸钙

CaCO3

斜方晶（正菱形）三角形

82～90

0.5～5

5～15

1.58

2.7

3～4

重晶石

BaSO4

菱形

93～95

2～5

20～35

1.64

1.64

0.7～2

硫酸钙（无水石膏）

CaSO4

正菱形

92～98

1～5

20～35

1.58

1.58

0.7～2

人工产物

沉淀硅酸盐

各不相同

多数非晶形

94～96

0.1～0.5

0.5～3

1.54

2.1

30～150

沉淀碳酸钙

CaCO3

六角形式菱形

95～98

0.2～0.5

4～6

1.56

2.7

3～10

氢氧化铝

Al2（OH）3

六角形

96～98

0.5

0.5～2

1.58

2.4

2～4

二氧化钛

TiO2

四方晶

97～99

0.2～0.5

5～10

2.60

4.2

8～11

硫酸钡

BaSO4

正菱形

95～98

0.5～1

1～3

1.64

4.4

3～6

⏹由表可见：

⏹1、多数填料的折射率为1.53～1.65，与纤维素的折射率（1.53）接近，二氧化钛特高，适于薄纸生产；

⏹2、多数填料白度大于纸浆白度（80～85%）。

⏹3、填料的粒度愈小，比表面积愈大，散射能力就愈强；同样的填料加填，所得成纸的不透明度越大。

（三）、常用几种填料的应用特点（难）

1、滑石粉：

⏹天然矿石磨成，成片状、鳞片状或致密块状集合体，手感滑腻。

磨细的滑石粉颗粒呈细小片状，在其平面上是疏水的，而在其边角上也是疏水的。

滑石粉不易分散在水中，但能适度吸住纸浆中树脂颗粒，防止树脂颗粒在纸机生产上的凝聚。

因质量较好、价格低、资源丰富，滑石粉长期以来作为树脂障碍控制剂。

⏹滑石粉加填的纸种包括印刷纸、书写纸、打字纸、有光纸等一般文化用纸。

⏹但其折射率和散射系统不太高，用它提高纸张的不透明度不如二氧化钛和碳酸钙明显，且添加量达到一定值后，会降低纸张的物理强度，影响纸张的施胶度。

⏹2、高岭土：

又称白土或瓷土，其主要矿物成分是高岭石。

⏹使用高岭土作为造纸填料适用纸种有新闻纸、铜版原纸等。

目前仅使用碳酸钙而未使用高岭土作为填料。

⏹优：

增加纸张的平滑度和光泽度，提高纸张的印刷性能和不透明度及白度；

⏹缺：

降低纸张的物理强度、松厚度，且添加到一定值后，影响纸张的施胶度。

⏹3、碳酸钙：

重质和轻质两种

⏹天然碳酸钙－－研磨碳酸钙、白垩（e\）（GCC）

⏹人造碳酸钙－－沉淀碳酸钙（PCC）

⏹重质碳酸钙又称研磨碳酸钙:

将天然碳酸钙原矿，通过球磨、辊碾、压碾等机械进行粉碎后，再用风选或水选进行分类。

这种粒子为微细重钙或超微细重钙，一般的粒径为1～20μm左右。

⏹轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙：

用二氧化碳化合法制造。

⏹原石灰石在石灰炉内用无烟煤或焦炭烧成生石灰，加水经过CO2反应后成为均一粒子的沉淀碳酸钙。

⏹沉淀碳酸钙白度高，是一种碱性填料，化学稳定性较差，能与硫酸铝起化学反应而放出二氧化碳。

碳酸钙的灼烧损失大，达到40%。

⏹生产中使用干燥的商品轻质碳酸钙作为填料，而碳酸钙用量较大的造纸厂也可自制沉淀碳酸钙乳浊液。

这样不但可保证抄纸所需要的质量，并且能节约成本。

轻质（沉淀）碳酸钙：

⏹优：

“四高一低”：

⏹白度高、不透明度高、厚度高、保留率高、磨耗低。

⏹缺：

⏹1、厂家数量多而规模小，

⏹2、成本优势不明显、质量不稳定；

⏹3、纸机速度越来越高，脱水速度慢、施胶剂用量大、两面差大、有时会产生假施胶现象。

⏹通常多用于中性施胶或不施胶的纸页中。

轻质碳酸钙更细，白度更高，发展潜力大。

重质碳酸钙

⏹优：

⏹1、资源丰富，有成本优势；

⏹2、部分重质碳酸钙填料与其他填料比有较大的白度优势；

⏹3、中性施胶在文化纸生产中得到了越来越广泛的应用。

重质碳酸钙脱水快，用胶量少，两面差小；

⏹4、重质碳酸钙填料pH稳定，不易出现假施胶现象；

⏹5、重质碳酸钙的粒径容易控制，尘埃少。

⏹缺：

⏹1、重质碳酸钙磨耗高，对成形网、刮水板、压光棍磨损大

⏹2、缩短切纸刀和模压棍的使用寿命；

⏹3、重质碳酸钙填料的保留相对低，对保留助剂需求量大；

⏹4、重质碳酸钙填料对松厚度影响大、不透明度低。

实际生产中：

⏹二种填料优势互补：

⏹改善脱水速度、降低磨耗、提高保留、增加纸张厚度、提高不透明度；

⏹通过控制二种填料混合比，在解决纸机对脱水速度的前提下提高轻钙的用量。

股份公司3、8、9、10号机则采用白泥：

轻钙：

重钙按一定比例制备好加入。

4、二氧化钛：

又名钛白粉，是一种高级填料，其白度高（>95%），粒度小（0.15-0.3），具有较高的光泽度和光散射系数，覆盖力强，能显著地增加纸页的白度和不透明度。

用于不透明度极高的薄型纸或高级纸。

四、加填对纸张性质的影响（重）（20分钟左右）

⏹1、对纸张强度性质的影响

⏹2、对浆内施胶的影响

⏹3、对填料在纸张Z向分布的影响

⏹4、对纸张光学性质的影响

⏹5、对纸张表面性质的影响

⏹6、对纸机湿部运转性能的影响

1、对纸张强度性质的影响

⏹纸张的强度性质取决于纤维间的结合，加填后，由于填料不能与纤维形成有效的结合或填料妨碍了纤维间的结合，使得纸张强度下降。

⏹由于碳酸钙具有碱性缓冲作用，可中和纸张中的酸性物质，补偿纤维类物质的酸性降解反应，因此，加填碳酸钙可使不含机械木浆的纸和机械浆抄成的纸的耐久性得以改善。

⏹长时间储存时，其白度稳定性也因用碳酸钙填料而提高。

⏹尺寸稳定性则由于加填后纤维间的结合减少而提高。

2、对浆内施胶的影响（插入图片）

1）由于填料具有很大的比表面积，对施胶剂的吸附作用远大于纤维，使得相当部分施胶剂吸附在填料上。

填料又是易流失组分，使得吸附于填料上的施胶剂也随之流失。

2）大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着到纤维上才能产生施胶作用，填料对施胶剂的吸附，相应减少了施胶剂在纤维上的吸附份额，降低了施胶剂对纤维的固着。

3）有些填料本身会与施胶剂反应，消耗掉部分施胶剂。

因此无论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总是降低施胶剂的施胶效果。

3、对填料在纸张Z向分布的影响

⏹对单面脱水的长网纸机（2号机）来说，纸张靠抄纸网的一面（反面）填料含量较少，而另一面填料较多，导致填料在纸张Z向上的分布不匀，即所谓的两面差。

由于填料性质与纤维差异很大，填料分布的两面差也就导致纸张的亮度、颜色、平滑度和光泽度等光学性质的两面差，两面结构不同，还导致纸张对油墨吸收性和印刷适应性的两面差。

⏹对夹网纸机（8号机）来说，在网部进行两面脱水，填料分布比较对称，但接近脱水元件外面一层含有相对较多的填料，使得纸的两个网面的填料含量高，中间部分低。

纸的中间层填料含量低，使纸的刚性大，表面填料含量高，有利于提高印刷性能，但压光和印刷时，容易掉毛掉粉。

4、对纸张光学性质的影响

填料可防止纸浆纤维的细纤维化部分和纤维性细小纤维塌陷在纤维上，而增加纸张的光散射能力。

填料的这种作用取决于纤维的种类、细小纤维含量、打浆程度和填料的粒度，粒度较小的填料有利于防止细纤维和细小纤维的塌陷。

填料的聚集会增加粒度，引起光散射能力的降低。

5、对纸张表面性质的影响

⏹加填可提高纸张（特别是压光纸）的平滑度，有填料存在时，纸张对水和油墨的吸收更均匀。

⏹填料对纸张孔隙率的影响取决于填料颗粒的尺寸和形状，粗大的颗粒，如碳酸钙会增大纸张的孔隙率，而细小的颗粒尤其是高岭土则会减少孔隙率。

⏹加填还可以解决印刷纸的透印问题。

填料还会在很大程度上影响纸的印刷性能。

6、对纸机湿部运转性能的影响

⏹由于大部分填料在水中具有一定的溶解度，所以加填会引起纸机白水中可溶盐浓度、甚至pH值的变化，加速系统的结垢和沉积。

⏹填料对树脂的吸附作用较强，尤其是滑石粉，加填又可减少树脂障碍问题。

⏹加填还可提高纸料滤水性能，尤其是颗粒粗大的填料。

但使用填料增加纸机磨损，特别是填料留着率低时，填料会截留在网子和案板之间，增加抄纸网与案板的磨损。

降低填料磨损的主要方法是提高填料的纯度。

四、加填、施胶及纤维的关系

1、加填与施胶对纤维不利方面：

1）填料具有大的比表面积，且独特的表面化学性质，对施胶剂的吸附作用远大于纤维，使得相当部分施胶剂吸附在填料上。

填料吸附纸浆中大部分AKD，减少AKD在长纤维上的留着。

AKD倾向于吸附在填料表面，吸附在填料上的AKD不会对施胶有积极作用。

添加胶的量必须增加到能弥补这种损失程度；

2）填料又是易流失组分，使得吸附于填料上的施胶剂也随之流失。

3）大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着到纤维上才能产生施胶作用，填料对施胶剂的吸附，相应减少了施胶剂在纤维上的吸附份额，降低了施胶剂对纤维的固着。

4）有些填料本身会与施胶剂反应，消耗掉部分施胶剂。

2、有利方面：

对于AKD施胶，碳酸钙是最适合的填料。

碳酸氢根离子对AKD与纤维的反应有催化作用。

实际生产中，无论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总是降低施胶剂的施胶效果

3、PCC和GCC对AKD施胶效果影响不同

PCC颗粒内部具有微孔结构，纸页加热干燥时部分熔化的AKD蜡会渗入其中而不能与纤维素反应，从而降低了AKD的施胶效果。

GCC没有微孔结构，比表面积相对较小，所以使用GCC加填时，AKD施胶效果要好得多。

4、填料、施胶对印刷纸性能的影响：

⏹施胶影响：

⏹①增加纸张的抗水能力及表面强度，可减少胶印中纸张的掉毛现象；

⏹②增加纸张的强度，如耐破度、耐折度和抗张强度；

⏹③减少纸张的两面差和变形。

⏹填料影响：

⏹①可改进纸张的印刷适性，如增加纸张的白度、平滑度、不透明度。

⏹②改善纸张对油墨的亲合力、柔软度和稳定性，从而有助于印刷品质量的提高。

加入填料量太高不良的影响：

①纸张强度的降低和施胶效果的下降，在印刷中易发生掉粉、掉毛现象，填料粒子传递到印版和橡皮布上会产生糊版等现象；

②由于填料有摩擦作用，还会磨损印版，但是用沉淀碳酸钙（PCC）加填则可以使磨损印版降低到最低程度。

使用填料与施胶相互制约又有联系，实际生产根据具体情况加入一个合适的的用量。

（第一节课讲至此，留5分钟左右做个简单小结）

五、填料留着原理（难）

加入纸张中的填料，在抄纸过程中，将有很大一部分流入白水，只有存留于纸张的那一部分起加填作用。

●

（一）纸张填料留着率

●纸张填料留着率是指纸张种所含的填料量与加入纸料中的填料量的百分比值。

●

（1）近似值：

A

●R=-----x100%

●B

●式中：

●R----纸张填料留着率，％

●A----绝干纸中填料的含量，％

●B----绝干纸料中填料的含量，％

注意：

该式中未考虑填料的灼烧量、纤维本身灰分以及纤维的流失量等因素。

其计算结果数值偏高。

（二）填料留着机理

●1、机械截留说：

●认为填料是由机械过滤作用，截留在纸浆滤层内的。

因而纸张的定量越大，纤维的滤层越厚，填料的颗粒越大，则留着率也越高。

但无法解释细小颗粒留着率高的原因。

●2、胶体吸附说：

●认为填料粒子在水中带有负电荷，并吸附铝离子转变带正电荷，与带负电荷的纤维吸附并沉积在纤维的表面上。

在等电点附近，胶体易于絮聚，从而利于填料留着。

●综上所述：

填料留着是机械截留和胶体吸附双重作用的结果。

而在某些情况下，吸附的作用更为重要。

六、填料留着的影响因素（重）

⏹1、填料的颗粒形状：

非球形填料，由于不易沉淀而易附着于纤维上。

因此湿纸形成时，易被截留在纸中，流失较小，但球形填料与此相反，留着率较低。

⏹即非球型和表面粗糙的易留着；

⏹2、浆料的打浆度：

⏹即提高浆料打浆度可以增加留着。

⏹原因：

⏹1）打浆度较高的浆料易于形成紧密的薄层；

⏹2）打浆度较高的浆料在网上的脱水较慢；

⏹3）打浆度较高的浆料的单位面积上纤维根数有所增加（即细纤维纸程度增高）。

⏹3、浆料种类：

具有相同打浆度的各种浆料中，填料留着率也不同，较高吸收能力和较短的纤维具有较高的填料留着率。

在所有其他条件相同的情况下，含有磨木浆的纸有较高的填料留着率，而具有低吸收性能的棉浆所抄纸的填料留着率较低。

⏹填料留着率的增加顺序大致为：

棉浆→硫酸盐浆→亚硫酸盐浆→麻浆→磨木浆，草浆有利于填料的留着。

⏹即较高吸收能力和较小尺寸的纤维具有较高填料留着率；

⏹4、打浆方式：

粘状打浆留着高；

同种浆料，在其他条件已定情况下，打浆方式不同，填料留着率也不同。

⏹一般来说，粘状打浆的浆料由于比表面积较大，形成纸页时纤维组织紧密。

因此填料不容易滤过，填料留着率高，游离状打浆的浆料与此相反，填料留着率降低。

⏹5、白水的回收和利用

⏹抄纸过程中要充分利用白水（如冲浆、调节浓度、稀释浆料等），尽量减少清水用量。

这样可以回收部分填料及细小纤维，有些填料需经过几次循环后，才固定在纸页中，填料的流失随着白水流失量的增加而增加。

⏹尽量多利用白水，是提高填料留着率的重要途径。

⏹6、助留剂的使用

⏹按胶体吸附学说观点，且实践也证明，合理使用助留剂，既减少细小纤维的流失，也可有效地提高填料留着率。

⏹助留剂的种类很多，常用的有：

阳离子淀粉、矾土、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、膨润土等。

以生产字典纸为例，当钛的用量为10%时，留着率只有40%。

如加入聚丙烯酰胺0.05%（对绝干浆）和2%矾土，调节pH值至6.0～7.0，则可提高钛白的留着率至70%。

⏹在低速纸机上，填料留着率一般为50～70%，高速纸机往往要低得多。

实践指出，生产印刷纸，抄速为300m/min时的填料留着率只有抄速为70m/min时的65%。

因此实际生产中加填都需要用助留剂来帮助提高填料留着率。

实际生产中填料留着的影响因素：

●1、（提高留着率的因素）

●纸页定量和厚度增加

●纸浆打浆度提高

●施胶中硫酸铝用量的适当增加

●纤维长度的提高

●白水用量的增加

●纸料温度的提高

●上网浓度的提高

●在纸料中加入助剂

●2、（降低留着率的因素）

●纸机车速的提高

●操作真空度提高（真空箱、真空伏辊和真空压榨辊等处）

●顶网脱水量的增大

●纸机成型网网目增大

●上网浓度降低

七、具体实例

1、40万吨填料配料

PCC&GCC纸机筛前，创捷系统加入

40万吨填料在操作时的注意事项：

●1.联系填料制备送料时注意打浆这边的送料管道上的阀门应打自动，联系安泰的填料制备，要求他们将填料送料的自动阀保持打开，然后让填料制备自动送料。

●2.安泰和填料制备在送料后如果长时间不送料时需要填料执行清洗程序清洗管线。

●3.在使用填料过滤器时要注意压差的波动，尽量避免压差高跳，如果在正常的流量下压差偏大可考虑停下来清洗。

●4.填料加料泵使用完后必须及时清洗泵和管道，避免泵和管道堵塞。

●5.在开机时填料泵开启时泵数不能太高（100%），可手动设到一个平时正常的水平，然后再投自动。

避免刚加料时泵数太高造成管道内压力高而冲破管道上的垫子。

●6.填料加入如果需开两台填料泵加料，需将填料过滤器旁通。

2、8号机填料流程

8号机填料在操作时的注意事项：

●1、制备前的准备

●﹡检查料仓及各槽内有无杂物。

●﹡开启吸尘风机。

●﹡向料仓内加填料。

●﹡将所有手阀置于正确的位置。

●2、制备操作

●﹡检查给定的填料制备配方是否正确。

●﹡设定每锅制备的体积，制备开始和放料的泥浆槽液位。

●﹡将制备主程序置于A-模式，主程序将根据设定液位自动进行制备。

●﹡将制备主程序置于M-模式，手动启动主程序进行单锅制备。

●﹡将“筛选允许”打至“on”，将“清洗允许”打至“on”，选择好振筛，设定筛选开始，停止的贮槽液位。

筛选可根据贮槽液位自动进行。

达到停止液位时，筛选停止，程序对振筛自动进行清洗。

●﹡将“筛选允许”打至“off”时，筛选被打断，振筛自动进行清洗。

●3、计量加入

●﹡选择“加入允许”，并处于R-模式，填料加入流量根据浓浆泵单位时间输送浆料绝干量按比例加入。

若处于L-模式，则需输入流量值。

若处于C-模式，则填料加入量与QCS灰份设定值联锁，自动调节加入量。

●﹡选择“自动清洗”后，当填料停止加入时，程序自动清洗加料管道。

●4、清洗

●﹡每周将泥浆槽上粗筛，振筛清理一次。

●﹡每月对填料制备系统串洗一次。

●5、注意事项

●﹡填料袋口不得用刀割，需要拆线。

同时将线回收，防止线堵塞下料口，泵，阀门等。

●﹡搅拌设备要保证填料悬浮液均匀一致。

3、小结：

⏹1、加填的定义、目的和作用

就是在浆料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细颜料或人造填料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些特性。

目的有作用有哪些？

⏹2、加填对纸张性质的影响有哪6点？

⏹3、影响填料留着的因素6点？

九、作业：

P108

9、造纸用的填料有哪些？

造纸用填料应具备哪些条件？

10、影响填料留着的因素有哪些?

附加：

加填对纸张性质的影响？

十、教后记：

1、多次修改教案，丰富内容；

2、课程导入较好，以后要加强语言表达能力与精炼程度；

3、提前做好准备很重要，插入一定的图片，并提前在车间取样，拿着轻钙与重钙实物让学生认识感更强；

4、学生反映作业有点偏多，几乎每次课都有作业（为强化记忆），以后酌情考虑调整下。