天然纤维素纤维-原棉、麻纤维分级、指标课件大全

第一章天然纤维素纤维第一节原棉第二节麻纤维2内容提要：天然纤维素纤维（棉、麻）的分类；形态结构特征；主要性能的概念、指标，检验方法。

重点和难点：

重点是形态结构和指标，指标体系及表述是难点。3棉的生长过程:原棉（皮棉）籽棉采摘第一节原棉(cotton)棉铃或棉桃

吐絮

开花（白→淡黄→红→褐）4籽棉——从棉铃中拾取的带籽的棉瓣。原棉——亦称皮棉，纺纱原料。籽棉经轧棉机加工，除去棉籽所得的纤维。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）衣分（率）——皮棉重量占籽棉重量的百分率（30%~40%）。剥桃棉——从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。

5本节主要内容：一、棉纺厂常用原棉分类与品质二、棉纤维的形成与形态特征三、棉纤维的化学组成与化学性质四、我国棉花生产与品质评定五、原棉性能与检验六、天然彩色棉6（一）按品种

1.细绒棉（陆地棉）：原产于美洲大陆，占总产量的90%，产量高。长度：23-33mm；细度：0.15-0.2tex；单纤强度：2.94-4.4cN/根。

2.长绒棉（海岛棉）：原产于美洲西印度群岛，又细又长又结实的棉花，我国新疆盛产长绒棉。长度：33-46mm；细度：0.12-0.14tex；强度：3.9-4.9cN/根。是高档棉纺产品的原料。

3.粗绒棉（亚洲棉）：原产于印度，纤维粗短只能纺粗特纱，产量低，纺织价值低，以趋淘汰。长度：15-24mm；细度：0.25-0.4tex；强度：4.4-6.9cN/根。一、棉纺厂常用原棉分类与品质7（二）按初加工方法分初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦称轧棉（yà

mián）。

1.锯齿棉：用锯齿式轧花机加工的皮棉。

2.皮辊棉：用皮辊式轧花机加工的皮棉。

8特点锯齿棉皮辊棉外观形态松散薄片状长度主体长度较短，长度整齐度较差主体长度较长，短绒含量较高杂质、疵点含杂低，棉结束丝多含杂高，黄根多加工效率加工效率高加工效率低适宜加工品种细绒棉长绒棉、低级棉、留种棉锯齿棉和皮辊棉的特点：9（三）按色泽分

1.白棉：正常成熟，正常吐絮的棉花，不管原棉的色泽如何都称白棉。主要纺织原料。

2.黄棉：棉铃受霜冻影响，原棉色泽发黄。棉纺厂少量使用。

3.灰棉：棉纤维发育中或吐絮后，日照少、温度低，颜色呈灰白色。棉纺厂很少使用。10二、棉纤维的生长发育与形态特征（一）棉纤维的生长发育

整个棉纤维的形成过程可分为三个时期:伸长期、加厚期、转曲期。

1.伸长期：主要增长长度而胞壁极薄，形成有中腔的细长薄壁管状物。（25-30天）

2.加厚期：细胞壁由外向里逐日螺旋淀积纤维素，最后留有中腔，与成熟度有关。（25-30天）

3.转曲期：棉纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成不规则的螺旋形，称为天然转曲。一定条件下形成“短绒”、“不孕籽”。影响棉纤维长度的因素：

品种、生长条件、后加工。11（二）棉纤维的形状特征

整个纤维为细长的扁平带子状，中间粗两端细。

1.纵向形态：具有天然转曲的扁平带状。

纵向形态（正常成熟）12

“天然转曲”的成因：纤维素以螺旋状原纤形态一层一层沉积，螺旋方向有左也有右，在纤维的长度方向反复改变，当纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成“天然转曲”。

天然转曲使棉纤维具有一定的抱合力，有利于纺纱工艺的进行和成纱质量的提高。薄带状、没有或很少转曲呈棒状，转曲少见

成熟度低的棉:过成熟的棉:132.横向形态：腰圆形有中腔。棉纤维的横向形态正常成熟14截面形态及扁、中腔较大截面呈圆形、中腔很小的未成熟的棉：过成熟的棉：153.截面结构

棉纤维的截面由外至内主要由初生层、次生层和中腔三个部分组成。棉纤维结构示意图初生层：影响表面性质（1）伸长期形成的初生细胞壁、它的外皮是及薄的棉蜡、果胶，纤维素含量少。（2）棉蜡具有润滑作用，使棉纤维具有良好的适宜于纺纱的表面性能，但棉腊会影响染整加工，应在染整加工前将其去除。（3）不是结构均一的物质，有三层。次生层：决定主要的物理机械性质（1）是棉纤维在加厚期淀积而成的部分，几乎都是纤维素。（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉纤维的日轮。（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲有关。（纤维素以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形,在纤维长度方向上有左有右，使得棉纤维有天然转曲。）

日轮18中腔：影响颜色、保暖性等（1）纤维生长停止后，胞壁内遗留下来的空隙。同一品种的棉纤维，外周长大致相等，次生层厚时中腔就小，次生层薄时中腔就大。（2）含有少量原生质和细胞核残余，对棉纤维的颜色有影响。194.棉纤维的双边结构

棉纤维干涸后压扁扭转成为转曲，截面呈腰圆形，次生胞壁的各个部位在断面结构上有显著不同，这种现象称为棉纤维的双边结构。主要表现为堆砌密度的差异（两个最密点连线的两边密度是一大一小），如下图所示。A区最密，B区比C区密

20三、棉纤维的组成及化学性质

（一）组成主要成份：纤维素（葡萄糖剩基以甙键反转180°相连）伴生物：蜡质、糖份、果胶、灰分，占5%左右纤维素分子式：纤维素的化学结构：n：6000-1100021（二）化学性质1.水的作用：不溶于水，但会膨胀。纵向：1%-2%；横向：40%-45%（织物变厚导致缩水）。

2.碱的作用：在碱中较稳定，不会被破坏。

丝光：通常是指棉织品（纱、布）在张紧状态下经浓碱液(NaOH或液氨)处理，以获得持久的光泽，并提高对染料吸附能力的加工过程。

22

丝光后的结构变化：天然转曲消失成为棒状；无定形区有所增加，结晶区有所下降；取向度提高。

丝光后性能变化：光泽、染色性改善；强力增大，尺寸稳定性增加；化学性能活泼。23

3.酸的作用：不耐酸（遇强酸水解或发生酯化反应）,利用该性质可生产涤棉烂花布。

涤棉包芯纱织物通过与有花纹的酸滚筒接触后制得的半透明织物。244.氧化剂的作用：氧化剂会使纤维素发生降解破坏，特别在碱性条件下更严重。（氧化性漂白的条件控制）

5.微生物的作用：不耐霉菌。

6.有机溶剂的作用：不溶于一般溶剂，但会与有些有机酸发生酯化，醚化反应。具体见教材第30～31页的反应式。

25四、棉制品的特性（略）

1.具有较好的吸湿透气性，回潮率10％左右；

2.不是很怕阳光，但过度暴晒会使棉制品产生氧化现象；

3.耐虫蛀不耐霉菌，最怕潮湿；

4.虽然穿着舒适，但容易起皱，所以大多数洗后需要熨烫。26四、我国棉花生产与品质评定我国棉区分布(一)我国棉花分布27（二）棉花品质评定（业务检验或商业检验）

检验项目有品级、（手扯）长度、含水、含杂。

1.品级品级评定依据：成熟度、色泽特征、轧工质量细绒棉——1-7级，3级为标准级，1-5级为纺用棉，7级以下为级外棉。长绒棉——1-5级

评定方法：实物标准结合文字标准（品级条件）

品级籽

棉皮

辊

棉锯

齿

棉成熟程度色泽特征轧工质量成熟程度色泽特征轧工质量一级早、中期优质白棉，棉瓣肥大，有少量一般白棉和带淡…成熟好色洁白或乳白，丝光好，稍有淡黄染黄根、杂质很少成熟好色洁白或乳白，丝光好，微有淡黄染索丝、棉结、杂质很少二级早、中期好白棉，棉瓣大，有少量轻雨锈棉和个别半僵棉瓣，杂质少成熟正常色洁白或乳白，有丝光，有少量淡黄染黄根、杂质少成熟正常色洁白或乳白，有丝光，稍有淡黄染索丝、棉结、杂质少...文字标准29

实物标准(每年更新)30

2.（手扯）长度用手扯法来测定：按照规定的工作法，反复拉扯棉束，把梳理好的棉纤维放在黑绒板上，用钢板尺测量。

以1mm分档：25mm,26,…,31mm（28mm为长度标准级）

P33页第一行，2mm组距（分档）…，这是GB103-72国家标准（1972年）

31323.含水棉花收购中用电阻测湿仪快速测定。

4.含杂棉花中夹杂的非纤维性物质，如泥沙，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。用目光估计，或用纤维杂质分析机测定。33（三）唛头代号（原棉质量标识）

唛头代号按类型、品级、长度、马克隆值的顺序标示（六、七级原棉不标马克隆值级）。

类型：黄棉“Y”，灰棉“G”，白棉不作标示；

品级：“1”、…、“7”；

长度：“25”、…、“31”；

马克隆值：用A、B、C标示；

轧工：皮辊棉在质量标识下加“__”，锯齿棉不标。例：229A2表示2级棉，29表示手扯长度为29mm，马克隆值A级，该棉为锯齿棉白棉。34五、棉纤维的性能检验

用专门的仪器进行检验，在实验室内进行。对纺织厂来说，是为了充分掌握原棉的性能，以合理使用原料。包括以下几方面：（一）长度（二）细度（三）成熟度（四）强度（五）天然转曲（六）原棉的水分、杂质与疵点（七）综合检验35（一）长度1.长度分布随机取出一束纤维试样，其中各根纤维的长度都是不相等的、长短不齐的。可用棉纤维的自然长度排列图和长度-重量分布曲线直观地表达。如果将一束试样从长到短逐根排列，并使各根纤维的一端在一条直线上，就可得到棉纤维的自然长度排列图。

自然长度排列图（拜氏图）36

将不同长度的纤维称重，可作出纤维长度-重量分布曲线，其一般为右偏曲线。

1.短纤维棉2.中纤维棉3.长纤维棉重量

图1-9棉纤维长度-重量曲线（韦氏图

）长度372.纤维长度与纱线质量的关系

（1）与成纱强度：在一定范围内，长，成纱强度大；整齐度高，强度大；（2）与成纱细度：长，极限细度细（保证强度）；（3）与成纱毛羽：长，毛羽少；（4）与成纱条干：长、整齐度高，条干好。38

3.长度指标与检验（单位mm）（1）手扯长度Lh：按一定手法，整理而得的纤维束的长度。工商交接中按该长度进行结算。（2）主体长度Lm：一批棉样中含量最多的纤维的长度，

Lm≈Lh。根数Lm：纤维中根数最多的那部分纤维的长度重量Lm：纤维中重量最重的那部分纤维的长度（即主体长度落在重量最大的一组中）。常采用重量主体长度。

39（3）平均长度：纤维长度的平均值。有重量加权平均长度Lg

和根数平均长度Ln。（4）品质长度Lp

：又称右半部平均长度，比主体长度长的那部分纤维的重量加权平均长度。（用于确定工艺参数）（5）短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率（表示长度整齐度的指标）。界限：细绒棉16mm，长绒棉20mm。40（6）2.5％（50％）跨距长度：数字式照影仪测试时，离纤维梳子即钳口线3.81mm（0.15in）处纤维相对根数设为100％时从钳口线到纤维相对根数为2.5％（50％）处的距离。整齐度=(L50%/L2.5%)×100%41（二）细度1.概念：纤维截面面积S的大小。

测量方法：显微镜切片法Ｃ－周长；d－中腔直径(求法同D)422.细度与成纱质量、纺纱工艺的关系（1）成纱强度及极限细度

其它条件相同时，纤维越细，成纱强度越高；可纺纱的极限细度愈细。（2）成纱条干

纤维越细，成纱条干越均匀。

（3）纺纱工艺

纤维越细，加工时易扭结、折断而产生棉结、短纤维。纤维越细时，刚性越差，细纤维不宜做起绒织物的起绒纱。

433.指标直接指标（截面积）和间接指标。1）特克斯（定长制）：1000米长的纤维所具有的质量克数

公式：

长绒棉：0.12-0.14tex；细绒棉：0.15-0.2tex2）公制支数（定重制）：1g纤维所具有的长度m数。

公式：

长绒棉：6500公支以上；细绒棉：5000公支左右特克斯和公制支数的换算：44

3）马克隆值M（Micronaire）

用马克隆气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标。本身无量纲，相当于单位长度（英寸）的重量（微克）。值越大，纤维越粗。

45

M在3.5-4.9范围内的棉花具有正常的纺纱价值（优质马克隆值），过高的马克隆值，纺纱时的落棉量较少、棉纱条干均匀、纱疵少、棉纱外观等级高，但棉纱抱合力下降、断头率增加，棉纱强力和可纺支数下降；过低的马克隆值，棉纱强力和可纺支数较高，但纺纱时的落棉量较多、棉纱外观等级低。美国农业部1966年做为分级指标，目前是欧美棉花市场的品质指标。我国2000年新棉花标准中增设了马克隆值，按马克隆值的大小分A、B、C三级（A级最好）。马克隆值A级（3.7-4.2）、B级（3.5-3.6,4.3-4.9）、C级（3.4级以下，5.0级以上）。

46（1）中段切断称重法步骤：梳理—切断(Lc

=10mm)—称重(Gc,mg)—数根数(nc)—计算纤维细度(公制支数)

细度公式：（2）气流仪法

比表面积S0：单位体积的表面积。原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容器两端有网眼板，可以通过空气，当两端有一定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的比表面积平方成反比。读数标定：结合中断称重法。气流仪工作动画。

Nm＝L/G=10×nc/

Gc

(结果偏大？)4.测试方法47（三）成熟度

棉纤维细胞壁的加厚程度。胞壁愈厚，愈成熟。

1、指标成熟度系数M：棉纤维中段恢复成圆形后相应于双层壁厚与外径之比的标定值。

D最大直径；双层壁厚

，M=0最不成熟,M=5最成熟。计算公式：（测量不便，用中腔胞壁比值法）48

成熟度系数是根据棉纤维腔宽与壁厚比值的大小所定出的相应数值，值越大越成熟。49

将棉纤维成熟程度分为18组后所规定的18个数值，最不成熟的棉纤维成熟度系数定为零，最成熟的棉纤维成熟度系数定为5，用以表示棉纤维成熟度的高低。棉纤维成熟度系数与腔宽壁厚比值间的对应关系见下表。50

一般正常成熟的细绒棉成熟度系数为1.5~2.0左右，长绒棉成熟度系数2.0左右，从纺纱角度考虑成熟度系数为1.7~1.8较为理想。2、测试方法A.中腔胞壁对比法：最基本的测试方法B.偏振光法偏光显微镜法：用干涉的颜色判别偏光成熟度仪：成熟度不同偏振光透过率不同，得平均成熟度等数。C.NaOH膨胀法（显微镜法）：18%NaOHD.气流仪法513.成熟度与纤维、纱线的关系（1）正常成熟的棉纤维，截面粗、强度高、弹性好、有丝光、有较多的天然转曲。（2）成熟差的棉纤维细度较细，强力较差，加工中经不起打击，容易纠缠成棉结，染色性差。（3）未成熟与过成熟的棉纤维天然转曲少，过成熟的棉纤维扁粗，对成纱强力不利。52（四）强度1.指标强力（绝对强度）

：拉断一根纤维所需的力，单位cN或N。细绒棉3.5-4.5cN/根，长绒棉4-6cN/根。比强度（相对强度）：拉断单位细度纤维所需的外力，单位N/tex或cN/tex、cN/dtex。断裂长度L

：自身重力与断裂强力相等时的长度，单位是千米，但表示的是纤维的相对强度。

棉纤维的湿强大于干强。53例：细绒棉0.2tex，断裂强力4.0cN，计算断裂长度（20.4Km）

细绒棉L：21~25Km，长绒棉L：>30Km

)Km(4.208.9×2.004.0×1000L==P1000L×=gNtex542.测试

A.单纤维测试：逐根测试纤维的拉断强力，然后计算各项指标。

B.束纤维测试（速度快）卜氏（Pressley）束纤维强力仪斯特洛（Stelometer）强力仪

55

（五）天然转曲

棉纤维的外形特征之一，转曲的存在，使抱合力增大，有利于纺纱，提高产品的质量。其指标的应用和测量在企业中很少见。

1.指标：转曲数，每1cm中扭转180度的个数

2.测试：显微镜或投影仪，一定长度纤维上转

180度的次数，再换算成每厘米的转曲个数。（转曲存在反向）

3.转曲多、抱合力大、品质好。56

1.原棉水分以含水率或回潮率表示(多用回潮率)。

含水率M

－－纺织材料中所含的水分重量对纺织材料湿重的百分比。回潮率W

－－纺织材料中所含的水分重量对纺织材料干重的百分比。

Ga——纺织材料湿重；G0——纺织材料干重。

（六）水分、杂质与疵点572.含杂与疵点杂质：原棉中夹杂的非纤维性物质，如泥沙，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。疵点：原棉中存在的有害于纺纱的纤维性物质，如索丝、棉结等。在准确分析时，常用下列指标：

标准含杂率：皮辊棉为3%，锯齿棉2.5%。58（七）原棉纺纱性能综合检验

手感目测、仪器检验、单唛试纺相结合（三结合）。（1）手感目测通过手扯、手捏、手摸等人体感觉器官进行原棉性能检验。检验项目：长度及整齐度，强度，弹性，成熟度，色泽，抱合力，柔软性，杂质疵点等。优点：取样多、速度快、代表性强、可在车间现场进行。缺点：对检验人员要求较高、人的主观影响大，一般无具体数据。59

（2）仪器检验用实验室专门仪器进行单项性质测试。检验项目：长度、细度、强度、成熟度、含水、含杂等。优点：数据比较可靠、稳定（重现性好）。缺点：试验数量少、花费时间长、需专门仪器和经过训练的技术人员。60（3）单唛试纺单一批量的原棉在小型纺纱机台或车间大机上进行纺纱试验，从纺纱细度、成纱强度、条干、结杂以及纺纱过程中产生的问题来最后评定该批原棉的纺纱性能。优点：可以测定单项指标不能或无法检验的内容；缺点：试验成本高，费时费力。61（4）HVI900系统

HVI于80年代在美国问世，推出HVI800、900系列，HVI1000是2004年Uster公司推出的新机型，它结合了世界科技新技术，是一种大容量、多指标、快速、准确的综合性棉花全自动检测仪器。其由一名操作员操作，系统自动进行纤维取样，每一次测试可获得纤维长度、长度整齐度、短纤维指数、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值、光反射率、黄度、杂质粒数、杂质面积百分比等十多项指标的测试结果，只需20~30s时间。6263

六、天然彩色棉

天然彩色棉定义：天然彩色棉是生物学家利用生物遗传方法，在棉花的植株上置入产生某种颜色的基因，让这种基因使棉株具有活性，从而使棉桃内的纤维变成相应的颜色而取得。64

天然彩色棉的特点与应用：由于天然彩色棉自身的缺陷，如产量低、纤维短、品质差、颜色单调等，随着染色、染料工业的发展，彩色棉逐渐被白棉取代。直到本世纪70年代，工业污染严重威胁到人类自身，人们才意识到环保的重要性，加上转基因工程的出现，科学家开始重新审视有利于环保的天然彩色棉的栽培和育种。65

经国外科学家近三十年的杂交、转基因的选育栽培，已成功地培育出棕、绿、蓝、黄、红等多种颜色的彩色棉；国内科学家经十年的选育、引进，也培育出了棕、绿、黄、红、灰、紫等品系，其中以棕色系和绿色系为主。纤维的长度、细度、成熟度等已符合现代纺织生产的技术要求；产量和颜色稳定性也已符合规模播种要求，并且已经形成一定的种植生产能力。66彩棉图片67第二节麻纤维一、麻纤维的种类二、麻的初加工和化学组成三、麻纤维的特性和形态特征四、苎麻和亚麻的物理机械性质68

一、麻纤维的种类麻纤维是从各类麻植物取得的纤维的统称。

1、韧皮纤维（软质纤维）：苎麻（中国草）、亚麻、黄麻、大麻、洋麻等

2、叶纤维（硬质纤维）：剑麻、蕉麻

苎麻和亚麻的品质较好，可用于高档纺织品。69麻类植物图剑麻菠萝麻黄麻亚麻70二、麻的初加工和化学组成

1.初加工目的：从韧皮或叶子中取出纤维,包括剥制、脱胶脱胶方法：微生物脱胶、化学脱胶。（见下页图）

2.麻纤维的化学组成

麻是天然纤维素纤维。与棉的化学组成差不多,只是各种成份的比例不同。71脱胶后的苎麻纤维（称精干麻）苎麻原麻成份麻别苎麻亚麻黄麻纤维素65-7570-8057-60半纤维素14-1612-1514-17木质素0.8-1.52.5-510-13果胶4-51.4-5.71.0-1.2水溶物4-8

脂、蜡质0.5-1.01.2-1.80.3-0.6灰分2-50.8-1.20.5-1.5麻纤维的化学组成（%）半纤维素：木糖或甘露糖等组成的多糖的总称（多缩戊糖）73三、麻纤维的特性和形态特征（一）麻纤维特性

1.吸湿、放湿速率快，透气性好。适宜夏季服装面料、作包装物。

2.纤维较硬，回弹性较差，织物易折皱。

3.强力高（取向度和结晶度高于棉）、伸长低（天然纤维中最低），模量大，可用于消防水龙带。

74（二）形态特征

1.横截形态特征

苎麻：腰圆形有中腔，胞壁上有裂纹亚麻：多角形（五或六角边）有中腔苎麻亚麻752.纵向形态特征苎麻：比较平直，有横节、竖纹亚麻：表面比较平滑但有横向裂节苎麻亚麻76

四、苎麻和亚麻的物理机械性质（一）苎麻的物理机械性质

1.细度一般用平均细度表示，优良品种的苎麻纤维平均细度在0.5tex左右。细度与苎麻的可纺性关系密切，纤维愈细，可纺支数愈高。

2.单纤维长度平均长度约60mm，最长600mm，变异系数大（85%），短绒率（<40mm）50%。773.强伸度（1）强伸度强度高（天然纤维中最高），伸长低（天然纤维中最低）。单纤强力19.6-29.4cN/根。伸长率1.5-2.3%。湿强高于干强20-30%。（2）初始模量初始模量高，硬挺、抱合性差、毛羽多。（3）断裂功断裂功小，织物不耐磨。弹性回复性差，织物抗皱性差。78

4.色泽一般光泽好，颜色白的苎麻纤维性能也好，颜色是苎麻纤维品质评定的依据。原麻呈白、青、黄、绿等。二麻较白，头、三麻较暗。精干麻，纯白色，过脱胶的麻纤维色深、光泽差、强度低。79（二）亚麻的物理机械性质

1.长度单纤维长17-25mm，工艺纤维长300-900mm。

工艺纤维：又称束纤维。亚麻、黄麻、洋麻等单纤维很短，不能采用单纤维纺纱，而是以许多植物单细胞藉胶质粘合集束的束纤维作为纺纱用纤维，称为工艺纤维。

2.细度亚麻工艺纤维截面约10-20根单纤维。越细强度越高，断头率越低。