第1章棉纤维详解

第一章棉纤维本章要点1、棉花的种类、棉纤维的形态结构。2、国内外棉花生产简况、国内棉区的划分、世界先进的棉花测试仪器。3、棉纤维的组成物质与化学性质。4、棉纤维的主要工艺性能、指标、试验与品质评定方法。第一节棉花的种类与形态结构

棉花—棉植物种子上的纤维，籽棉和皮棉的统称。有时亦做为棉植物、棉植物开的花的名称。

籽棉—从棉铃中摘取的带籽的棉瓣。

皮棉—是轧花厂的称呼，籽棉经轧棉机加工，除去棉籽所得的纤维。

原棉—是纺纱厂的称呼，指供纺织厂作纺纱原料用的皮棉。

衣分（率）—单位重量的籽棉与轧出的皮棉的比例。

剥桃棉—从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。一、棉花的种类1.按棉花的品系

★

长度(mm)

线密度(dtex)

断裂长度(km)细绒棉

23~33

1.67~2.22

20~25长绒棉

33~45

1.18~1.43

33~40粗绒棉

23以下

2.5以上

15~22长绒棉纤维细长，单纤维强力好含糖偏高,易产生“三缠”现象（预处理）细绒棉数量最多占世界棉纤维总产量的85%，也是目前我国主要的栽培棉种（约占93%）粗绒棉纤维粗，富有弹性三类棉纤维的截面形态2.棉花的颜色质地白棉：正常成熟的棉花，色泽呈洁白、乳白或淡黄色。黄棉：棉铃生长期间受霜冻或其他原因，铃壳上的色素染到纤维上，使纤维大部分呈黄色，以符号Y在棉包上标示，属低级棉。灰棉：棉铃在生长或吐絮期间，受雨淋、日照少、霉变等影响，使纤维色泽灰暗的棉花，以符号G在棉包上标示。强力低、品质差，仅在纺制低级棉纱中配用。彩棉（遗传育种）

3.棉花的初加工方式

轧棉或轧花目的：使棉纤维和棉籽分离,除去棉籽和部分杂质。（1）锯齿轧花与锯齿棉

原理：利用几十片圆锯片的高速旋转，对籽棉上的纤维进行钩拉，通过间隙小于棉籽的肋条的阻挡，使纤维与棉籽分离。

优点：锯齿棉短绒率较低，纤维程度整齐度好缺点：容易损伤较长纤维，轧工疵点较多；皮棉呈分散状态。（2）皮辊轧花与皮辊棉

原理：利用表面毛糙的皮辊的摩擦作用，带住籽棉纤维，当籽棉从上刀与皮辊的间隙通过时，依靠下刀向上的冲击力，使棉纤维与棉籽分离。

优点：不易损伤纤维，轧工疵点较少；棉长度整齐度稍差

缺点：黄根较显，厚薄不匀，

短绒率较高

皮辊棉和锯齿棉的比较锯齿棉皮辊棉对纤维作用剧烈，纤维损伤较大缓和，纤维损伤小外观形态松散薄片状主体长度及整齐度主体长度短，整齐度较高主体长度长，整齐度低、短绒无法去除除杂设备有排杂、排僵设备无排杂设备轧工疵点多，如棉结、索丝等少，有黄根适宜加工细绒棉长绒棉、留种棉产量高低棉花质量标识（唛头）★三种包型（公斤/包）：85kg/包（±5kg）；200kg/包（±10kg）；227kg/包（±10kg）按棉花类型、主体品级、长度级、主体马克隆值级、轧花方式代号顺序标识棉花类型：黄棉以字母“Y”标示，灰棉以“G”标示，白棉不作标示；主体品级：用“1”……“7”标示；长度级：用“25”……“32”标示；主体马克隆值级：用A、B、C标示；轧花方式代号：皮辊棉在质量标示符号下方加下横线“——”表示；锯齿棉不作标志。

举例二级锯齿白棉，29mm，主体马克隆值级A级，质量标识为：四级锯齿黄棉，27mm，主体马克隆值级B级，质量标识为：四级皮辊白棉，30mm，主体马克隆值级B级，质量标识为：五级锯齿白棉，29mm，主体马克隆值级C级，质量标识为：五级皮辊灰棉，28mm，主体马克隆值级C级，质量标识为：六级锯齿灰棉，27mm，主体马克隆值级C级，质量标识为

229AY427B430B529CG528CG627C4.新型棉花1)有机棉2)转基因棉（兔毛棉花）3)彩色棉

有机棉定义：在农业生产中，以有机肥、生物防治病虫害、自然耕作管理为主，不使用化学制品，从种子到农产品全天然无污染生产的棉花。对保护生态环境、促进人类健康发展以及满足人们对绿色环保生态服装的消费需求具有重要意义。有机棉在种植和纺织过程中要保持纯天然特性，现有的化学合成染料无法对其染色。有机棉和纯棉的区别1先天条件

有机棉的棉花种子需要经过严格的筛选，对土壤质量要求特别严格

而普通棉花对选种和种植地的土壤要求不大2后天条件

有机棉在种植和纺织过程中要保持纯天然特性，具有生态，绿色，环保的特性

普通棉花使用化学肥料进行施肥，病虫害防治直接用农药喷洒3服用效果有机棉织成的织物光泽亮丽、手感柔软、有优良的反弹力性，悬垂性，耐磨性；具有独特的抗菌，防臭性能。透气佳、吸汗快、不粘黏，而且不会产生静电，具有天然无污染等特点，而且还能随时保持恒温。纯棉服饰具有较好的吸湿性、保湿性、耐热性、耐碱性、卫生性转基因棉（兔毛棉花）定义：兔毛角蛋白基因和棉花结合在一起所生产出的一种带有兔毛品质的新型纤维。纤维品质优良，绒长增加了约3mm，整齐度增加2.1%，比强度等各项指数都有不同程度提高。彩棉

棉纤维自身具有天然彩色的细绒棉

具有棕色、浅棕色、绿色、浅绿色及其他颜色等类型

长度较短，约24~30mm

强度稍低，约16~18cN/tex

其织物不需染色、色泽自然，制成的服装经洗涤和风吹日晒也不变色、永不褪色

穿着舒适，质地柔软而富有弹性、耐穿耐磨

无化学染料毒素

可大大降低纺织成本。二、棉纤维的形态结构

棉纤维是由种子胚珠(发育成熟后即为棉籽)的表皮细胞隆起、延伸发育而成的

一个细胞长成一根纤维，每粒细绒棉棉籽表面有1~1.5万根纤维

1.棉纤维的生长发育分三个阶段▲

伸长期：纤维加长，形成胞壁加厚期：长度基本长足，主要是胞壁加厚转曲期（干涸期）：失去水分、胞壁扭转，沿纤维纵向形成天然转曲2.棉纤维的形态结构★

正常生长的棉纤维形态：两头细中间粗

截面：腰圆形，有中腔

纵向：天然转曲棉纤维的断面结构（同心环状）初生层:

蜡质与果胶次生层:纤维素（决定主要性质）中

腔:少数原生质和细胞核残余物棉纤维的日轮图三、国内外棉花生产简况我国年产600多万吨五大产棉区：

黄河流域（最大）；长江流域（其次）；北部特早熟棉区（辽河流域）；西北内陆棉区（以新疆为主）；华南棉区十大产棉国：中国、印度、美国、巴基斯坦、巴西、乌兹别克斯坦、土耳其、希腊、布基纳法索、土库曼斯坦1.HVI（HighVolumeInspection)大容量纤维快速测试仪，是多功能快速测试系统。2.XJ120快速棉纤维性能测试仪3.AFIS单纤维测试系统

第二节棉纤维的组成物质与化学性质

棉纤维的组成物质棉纤维的化学性质

一、棉纤维的组成物质▲

棉纤维各组成物质含量组成物质纤维素蜡质与脂肪果胶灰分蛋白质其他含量范围/％93.0~95.00.3~1.01.0~1.50.8~1.81.0~1.51.0~1.5一般含量/％94.50.61.21.21.21.3二、化学性质1、耐酸性无机酸对棉有腐蚀作用，在热稀酸和冷浓酸中纤维溶解，有机酸作用较弱。2、耐碱性稀碱溶液可对棉布进行“丝光”处理，而得到“丝光棉”。利用18%的氢氧化钠溶液处理棉纤维可测试其成熟度。3、耐溶剂性与染色性一般的有机溶剂不溶解棉纤维，但可溶解棉纤维中的伴生物。棉纤维不溶于水，仅能有限度的膨化。4、耐热性热对棉纤维的作用有两种情况。如果单是热的作用，称为耐热性。5、耐光性光对棉纤维长期照射能引起棉纤维损伤。6、耐生物性在潮湿情况下，微生物极易生长繁殖。第三节棉纤维性能与检验

一、品级与色特征级二、长度三、成熟度四、细度五、马克隆值

六、强伸度七、疵点八、含杂与异性纤维九、吸湿性十、糖分四级二类标准（强制性、推荐性）：国家标准代号：GB、GB/T行业标准代号：FZ、FZ/T地方标准代号：DB××、DB××/T企业标准代号：Q/GB1103—2007《棉花细绒棉》GB1103.3—2005《棉花天然彩色细绒棉》GB19635—2005《棉花长绒棉》检验方法品质检验重量检验品级、长度、马克隆值和异性纤维含量检验；采用HVI检验时，还包括断裂比强度、长度整齐度指数、反射率、黄色深度和色特征级检验含杂率、回潮率、成包皮棉公定重量检验按批检验抽样：数量按包数10%抽样。每包抽取约300g，形成批样。回潮率批样（100g/包）要密闭。

逐包检验抽样（针对大包型）：用专用取样装置在每个棉包两侧中部切取两个切割样品260×105(或124)mm，重量不少于125g。

检验抽样籽棉抽样成包皮棉抽样按批检验抽样逐包检验抽样一、品级与色特征级

★品级：原棉品质优劣的一个综合性指标，反映棉纤维的内在质量。品是品质，级是级别。

品级划分依据：成熟程度、色泽特征、轧工质量分级情况：细绒棉分七级，一级至七级（无级外棉）。三级为标准级，一级至五级为纺用棉。长绒棉分为一至五级，三级为品级标准级，五级以下为级外棉。彩棉分为一至三级，二级为品级标准级，三级以下为级外棉。品级标准分为文字标准和实物标准评级方法：在分级室内人工模拟昼光光线或北窗射入的正常光线下，手持棉样，在实物标准旁逐样对照，决定棉样品级。色特征由反射率（Rd）和黄色深度（+b）反映。色特征级是依据棉花色特征划分的级别，即棉花样品的反射率和黄色深度测试值在棉花色特征图上的位置所对应的级别，分为白棉、淡黄染棉、黄染棉3种类型，共13个色特征级。反射率表示棉花样品反射光的明暗程度，以Rd表示。黄色深度表示棉花黄色色调的深浅程度，以+b表示。色特征级代号

白棉代号为1，为：11、21、31、41、51、61；

淡黄染棉代号为2，为：12、22、32、42；

黄染棉代号为3，为：13、23、33；31为色特征级标准级。二、长度★

（一）长度及不均一性

一般细绒棉纤维长度为23～33mm，长绒棉纤维长度为33～45mm。

棉纤维长度排列图长绒棉细绒面粗绒面

长度-重量分布曲线图（右偏）

自然长度排列曲线图图棉纤维长度分布曲线（二）影响长度的因素棉花的种类与品种（决定因素）如长绒棉的长度较细绒棉长生长条件同一品种的棉花在不同地区或不同条件下种植时，长度可差2~4mm初加工由于机械损伤，籽棉经轧花后一般纤维长度稍减短（三）长度与成纱质量与纺纱工艺的关系（1）棉纤维长度与成纱强度

（2）棉纤维长度与成纱细度

（3）棉纤维长度与成纱条干均匀度

（4）棉纤维长度与成纱毛羽

纤维长度与纺纱工艺的关系十分密切（棉纺设备的结构与尺寸、各道工序的工艺参数，因棉纤维的长短不同而不同）（四）棉纤维长度的指标与检验方法：罗拉式分组测定法、梳片式分组测定法、纤维照影仪和HVI法、手扯尺量法。指标：集中性——主体长度、品质长度离散性——短绒率、基数、均匀度（1）罗拉式分组测定法仪器：Y111型或Y111A型罗拉式长度分析仪测到的指标：主体长度、质量平均长度、品质长度、短绒率、长度标准差、长度变异系数、基数、均匀度

重量修正原因：棉束厚薄不匀、纤维排列不可能完全伸直平行等。真实重量计算式：Gj＝0.17gj-1＋0.46gj＋0.37gj+1

Gj——第j组纤维的真实重量；mg；gj——第j组纤维的称见重量；mg；

gj-1——第j-1组纤维的称见重量；mg；gj+1——第j+1组纤维的称见重量；mg；罗拉式长度分析仪工作原理将纤维试验试样预先整理成为一端整齐而层次分明的棉束，然后放入分析仪的罗拉中夹紧，转动罗拉，即可将纤维由长到短依次送出，分组称重、计算，求得主体长度、品质长度、平均长度、短绒率、均方差与变异系数等项指标。

（2）梳片式分组测定法

仪器：Y121型梳片式长度分析仪

指标：上四分位长度、平均长度、短绒率等。

Y121型梳片式长度分析仪（3）纤维照影仪和HVI法

原理：利用特制的梳夹在取样器上随机抓取纤维，经过梳理制成一个纤维平行伸直、均匀分布的试验须丛。然后从距梳夹根部3.8mm处开始向须丛梢部进行恒速光电扫描，纤维的遮光量与纤维数量、纤维根数近似成正比，以此获得照影仪曲线（遮光量曲线），确定纤维长度指标。

指标：

A、跨距长度（SL）

B、50/2.5长度整齐度比（50/2.5UR）该数值越高，表示棉花长度整齐度越好

C、上半部平均长度（UHML）

D、平均长度（ML）

E、长度整齐度指数（UI）该数值越高，表示棉花长度整齐度越好。现行国家标准将长度整齐度指数分5档

长度整齐度/%分档＜77.0很低77.0~79.9低80.0~82.9中等83.0~85.9高≥86.0很高（4）手扯尺量法有一头齐法和两头齐法，6个分解动作。用棉花手扯长度实物标准（以HVI上半部平均长度定值）进行校准。

★细绒棉分8级：25mm,包括25.9mm及以下；26mm,包括26.0~26.9mm；27mm,包括27.0～27.9mm28mm,包括28.0～28.9mm；29mm,包括29.0～29.9mm；30mm,包括30.0～30.9mm31mm,包括31.0~31.9mm；32mm,32.0mm及以上六、七级棉花均按25mm计

采用手扯尺量法和HVI检验上半部平均长度，以HVI为准

彩

棉：从24~30mm分为七级，27mm为长度标准级长绒棉：从33~39mm分为七级，36mm为长度标级

四级棉花长度长于34mm，按34mm计

五级棉花长度均按33mm计。

彩棉和长绒棉的长度以罗拉法主体长度为基准。光电长度仪法

Y146—3型棉纤维光电长度仪三、成熟度★成熟度是综合反映棉纤维的内在质量的一项指标。（一）棉纤维成熟度的概念与影响因素

定义:纤维胞壁加厚的程度和纤维中纤维素充满的程度，胞壁越厚，纤维素淀积的越多，成熟度越好。

影响因素：棉花的种类与品种、生长条件(影响大)

成熟度与棉纤维各项物理性能密切相关

成熟度高，则中腔小、胞壁厚，腔宽与壁厚的比值小。正常成熟的棉纤维，截面粗、强度高、弹性好、有丝光，并有较多的天然转曲，可产生较大的抱合力，成纱强度高。

（二）棉纤维成熟度与纤维性能、成品生产的关系

（三）棉纤维成熟度的指标与检验

检验方法：腔壁对比法、显微镜法、偏振光法（2种）

指

标：成熟系数K

、成熟度比M、成熟纤维百分率P

（1）成熟系数K：根据棉纤维腔宽与壁厚的比值的大小所定出的相应数值

增厚度Q

细绒棉成熟系数一般在1.5～2.0，低级棉在1.4以下。成熟系数为1.7～1.8时，较为理想。长绒棉在2.0左右，比细绒棉高。

腔壁对比法：显微镜下目测可见腔宽与壁厚的比值，查表确定。（2）成熟度比M=实际增厚度/标准增厚度成熟度比越大，说明纤维越成熟。

低于0.8时未成熟,M=1时成熟良好。

显微镜法：18%氢氧化钠溶液膨胀后，分正常、薄壁、死纤维

（3）成熟纤维百分率P：成熟纤维根数占纤维总根数的平均百分率。

显微镜法：18%氢氧化钠溶液膨胀后，分未成熟纤维、成熟纤维

相互折算式：

P=(M-0.2)(1.5652-0.471M)

M=0.169+0.4935K-0.039K2

四、细度★具有不均一性

1、影响纤维细度的因素

棉花种类与品种

生长条件

成熟度2、纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系（1）棉纤维细度与成纱强度（2）棉纤维细度与成纱极限细度（3）棉纤维细度与成纱条干均匀度（4）棉纤维细度与纺纱工艺3、细度指标与测定

直接指标：直径、截面积、投影宽度

间接指标

定长制：Tt（或Nt，tex为法定计量单位）

Nd定重制：Nm

Ne

方法：中段称重法、气流仪法、排列法（1）中段称重法Y171型纤维切断器例：中段长度Lc=10㎜，中段重量Gc=3.24㎎，两端纤维重量Gf=6.54㎎，中段根数n=1965根。计算：（1）棉纤维的线密度是多少特克斯？（2）将特克斯数值换算为旦尼尔数。（3）毫克根数。答案（2）排列法

Y121型梳片式长度分析仪

将一端平齐的棉束纤维由长到短地分成若干组，称其重量，再将各长度组棉束各分离出一束100根左右的纤维称重、计其根数，从而计算求得棉纤维线密度。

参见GB/T17686—1999（3）气流仪法Y145型气流仪

五、马克隆值（mic）定义：一定量的棉纤维在规定条件下透气性的量度，以马克隆刻度表示。综合反映细度和成熟度的高低。细绒棉马克隆值为3.3～5.6，长绒棉为2.8～3.8，亚洲棉为6.2～10。

马克隆值与纺纱工艺、成纱质量的关系

马克隆值高，棉纤维能经受机械打击，易清除杂质，清梳落棉较少，制成率高，成纱条干较均匀，疵点较少，外观好，成熟度高，吸色性好，织物染色均匀。但马克隆值过高，会因纤维抱合力下降使棉纱强力下降，引起棉纱断头率增加，纤维细度较粗，使成纱条干较均匀度和可纺性下降。

马克隆值低，清梳落棉较多，棉纱疵点也较多，外观较差，纤维成熟度差，棉纱强力低，织物染色性能差。

马克隆值测试：MC型气流仪、175型气流仪、Y145C型气流仪和HVI。

理论基础：苛仁纳公式、棉纤维比表面积分析主体马克隆值级：占百分比最大的马克隆值级新标准分三级五档，其中B级为标准级六、强伸度指标

强力Fb（cN，单纤强力、束纤强力）

断裂比强度（cN/tex)

断裂伸长率

断裂长度(km)影响因素棉花的种类品种生长环境成熟度。细绒棉单纤维强力为3.0～4.5cN，断裂长度为20～25km长绒棉单纤维强力为4～5cN，断裂长度为33～40km吸湿后强度增加2%～10%，断裂伸长率为3%～7%，吸湿后增加10%左右

1、棉纤维在纺纱过程中要不断经受外力的作用，纤维具备一定的强度是纤维具有纺纱性能的必要条件之一。棉纤维断裂比强度高，纤维在纺纱过程中不易断裂，落棉少，制成率高，节约原料消耗。

2、棉纤维强力是决定成纱强力的主要因素。纤维断裂比强度越高，则成纱强力也越大。纤维强度与纺纱生产的关系断裂比强度分5档采用3.2mm隔距，HVI校准棉花标准（HVICC）的校准水平。

检验:

HVI

斯特洛束纤维强伸度仪

卜氏强力仪

Y162A型束纤维强力机

YG011型束纤维强伸度仪零割据断裂比强度计算公式式中：Pt——3.2mm隔距断裂比强度，cN/tex；（这时试样长度为15.0mm）P——断裂强力，N；m——棉束质量，mg。七、疵点

疵点——原棉中含有的有害于纺纱的纤维性物质，如：索丝，棉结，

软籽表皮，带纤维籽屑，黄根等。（一）原棉疵点的危害

疵点一般在纺纱工艺中不易清除，或包卷在纱条中，或附着在纱条上，使成纱条干恶化，断头增加，外观变差，直接危害纺纱生产和纺织最终产品的质量。一般原棉疵点多，成纱结杂疵点也多。（二）原棉中疵点的种类及产生原因棉结和索丝带纤维籽屑和软籽表皮不孕籽僵片黄根也叫黄斑。主要是由于生长发育不良和轧工不良而形成的。（三）原棉疵点的检验

人工手拣法指标疵点重量百分率百克试样疵点粒数八、含杂与异性纤维

（一）原棉含杂的内容及危害

杂质——棉花中夹杂的非纤维性物质，如：泥纱、枝叶、铃壳、棉籽、籽棉、不孕籽等。

危害——既影响纺纱用棉量，又影响纺纱工艺和纱布质量。

棉花标准含杂率：皮辊棉3.0%，锯齿棉2.5%。危害性杂物，如混入棉花中的金属、砖石及异性纤维等，分为硬杂物和软杂物。异性纤维（非棉和非本色棉纤维及集合体，如化学纤维、毛发、丝、麻、塑料膜、塑料绳、染色线、绳、布块等。俗称“三丝”）为软杂物。1、原棉杂质分析仪法Y101型、YG041和YG042型。Z——含杂率；F——机拣杂志重量；C——手拣粗大杂志重量；S——试验试样重量；（二）原棉含杂率的试验方法2、HVI颜色/杂质组件测试法杂质数量是指样品表面在整个测试面积内杂质颗粒的数目。杂质面积百分率是指测试面积内样品表面杂质颗粒所覆盖面积占整个测试总面积的百分率。

（三）异性纤维含量分档与检验“成包皮棉异性纤维含量”指从样品中挑拣出的异性纤维的重量与被挑拣样品重量之比，用克/吨（g/t）表示。手工挑拣法，分4档，刷唛在棉包上

九、吸湿性（一）棉纤维吸湿性指标与影响因素水分指标：回潮率W与含水率M，可相互换算。影响因素：周围空气的温湿度、成熟度。一般含水率在7