纺织材料学课件第二章-植物纤维(棉)

纺织材料学课件第二章_植物纤维（棉）2内容提要：棉纤维的分类；形态特征及其主要性能特点；各类麻纤维的形态特征及主要性能特点；主要性能指标及检验方法；

棉,一年生草本植物。中国的植棉和棉纺织技术是由海南、云南、西北等少数民族地区发展起来的，后逐渐向中原传播。

黄道婆（1245—1330年），元代棉纺织家。松江府乌泥泾镇(今上海市华泾镇)人。出身贫苦，少年受封建家庭压迫流落崖州(今海南岛)，随黎族学习纺织。后重返故乡，教当地妇女棉纺织技术。由于乌泥泾和松江一带人民迅速掌握了先进的织造技术，她织的乌泥泾被广传于大江南北。当时的太仓、上海等县都加以仿效。棉纺织品五光十色，呈现了空前盛况。第一节棉纤维(cottonfiber)4棉纤维来自于棉花的种子，属于种子纤维，其生长及获取过程如下:原棉（皮棉）籽棉采摘棉铃或棉桃

开花（白→淡黄→红→褐）吐絮

5几个概念籽棉——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）剥桃棉——从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。

61.按品种分类（1）

细绒棉（陆地棉）：原产于美洲大陆。种植量占98%以上，产量高。长度：23-32mm；细度：0.14-0.22tex；强度：2.94-4.4cN/根。纺厂主要原料（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：33-75mm；细度：0.09-0.14tex；强度：3.9-4.9cN/根。高档棉产品原料。（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，已趋淘汰。长度：15-24mm；细度：0.25-0.4tex；强度：4.4-6.9cN/根。（4）草棉（非洲棉）：纤维粗短，停止种植。（一）棉纤维的分类(1N=100cN)72.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（yàmián）。（1）籽棉：带有棉籽的棉花。（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。

皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率（30％～40％）。（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉（利用高速旋转的圆盘锯片通过肋条间隙钩拉棉花纤维，使之与棉子分离的机械。）

纺纱用棉多为锯齿棉。（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉（橡胶辊将棉纤维扯下来，通过一片固定的刀片来分离纤维与棉籽。）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，短绒含量较低主体长度较长，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：93.按色泽分

（1）白色棉：白棉:纺织原料，正常成熟;黄棉:霜冻影响而产生；灰棉:雨水、气温影响而产生；（2）彩色棉：天然生长的非白色棉花，又称“有色棉”。产品不用染色，无污染。彩棉产量低，衣分率低，长度短、且强力低，可纺性差。我国新疆地区是彩棉的主要种植区。10（二）棉纤维的生长发育与形态特征1、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。（16-25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，其与成熟度有关。（35-55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。

“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。122.棉纤维的形状特征

（1）

纵向形态：具有天然转曲的扁平带状。

纵向形态（正常成熟）13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:14（2）横向形态：

腰圆形有中腔。棉纤维的横向形态正常成熟15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：16（3）截面结构

棉纤维的截面由外至内主要由表皮层、初生层、次生层和中腔四个部分组成。棉纤维结构示意图表皮层：影响表面性质（1）棉蜡、果胶和脂肪组成。（2）具有防水和润滑作用，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。

初生层：约束和保护作用纤维的初生细胞壁，由网状原纤组成。对棉纤维整体起约束和保护作用。

次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质（1）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20中腔：影响颜色、保暖性等（1）纤维停止生长后，胞壁内遗留下来的空隙（白棉占10%，彩棉占30%-50%）。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。（3）中腔含静止空气，使得保暖性好。21（三）棉纤维的组成及化学性质

1.组成主要成份：纤维素（葡萄糖剩基以苷键反转180°相连），约占95%。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：6000-15000HH222.化学性质P61（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：一般情况下在碱中较稳定，不会被破坏，但浓碱及高温条件会发生碱性降解。

丝光：通常指棉制品（纱、布）在张紧状态下浸泡于碱液(NaOH或液氨)中，棉纤维截面变圆，天然转曲消失，棉制品有丝一样光泽的处理过程。

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丝光后结构变化：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。

单丝光：用纯棉纱织成布后，对布进行丝光后处理。

双丝光：棉纱线先丝光再织成布，然后对布再一次进行丝光处理。

丝光棉横向丝光棉纵向24（3）酸的作用：不耐酸,利用该性质可生产涤棉烂花布。

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。25（4）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。（需注意氧化性漂白的条件）（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。

（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。

26（四）棉制品的特性

1.具有较好的吸湿透气性，一般条件下回潮率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，所以普通衬衫等衣物洗后需要熨烫。27业务检验工商交接时进行的检验，或称商业检验。

检验项目有品级、（手扯）长度、含水、含杂。

（1）品级细绒棉——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级品级评定依据：成熟度、色泽特征、轧工质量评定方法：实物标准结合文字标准（品级条件）

（五）棉纤维的业务检验（品质评定）

以下为补充内容28

实物标准(每年更新)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）

3132（3）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。品级和长度决定价格，含水和含杂决定质量。332.唛头代号（原棉质量标识）

唛头代号按品种、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别）。品种：长绒棉“L”；细绒棉不作标示；

类型：黄棉“Y”，灰棉“G”，白棉不标；

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：L229AL表示长绒棉，2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（七）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：1.长度2.细度3.成熟度4.强度5.天然转曲6.原棉的水分、杂质与疵点7.综合检验351.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37（2）纤维长度与纱线质量的关系

与成纱强度：在一定范围内，纤维长，成纱强度大；纤维整齐度高，成纱强度大；与成纱细度：纤维长，成纱极限细度细（保证强度）；与成纱毛羽：纤维长，成纱毛羽少；与成纱条干：纤维长、整齐度高，成纱条干好。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。

39③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。⑥2.5％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％处的距离。P37整齐度=(L50%/L2.5%)×100%2.细度

分直接指标和间接指标。（P25）（1）直接指标：用直径、截面积及宽度等来表达。截面接近圆形时，常用这些指标，单位（μm）。非圆形的面纤维，可用理论直径来表示。D：理论直径；Ｃ－周长；

测量方法：显微镜切片法。42（2）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：43③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。

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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，但棉纤维抱合力下降、纱线断头率增加，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年将马克隆值做为分级指标，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）。

45（3）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。但成熟度差的纤维，成纱强度反而下降。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用的起绒纱。

463.成熟度

棉纤维细胞壁的加厚程度。胞壁愈厚，愈成熟。（1）指标

成熟度系数是根据棉纤维腔宽与壁厚比值的大小所定出的相应数值，成熟度系数越大纤维越成熟。47

将腔宽与壁厚比值分18组规定18个数值，最不成熟的成熟度系数定为零，最成熟的成熟度系数定为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。48

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。49（3）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。504.强度（1）指标强力P（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P0（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。51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(4.208.9×2.04×10L==P10×L×=gNtexLP0的单位为cN/dtex；P52页公式错误

52（2）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

535.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。（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。

6.水分、杂质与疵点55（2）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。

567.原