第二章 天然纤维素纤维

天然纤维素纤维
1 原棉
2 麻纤维
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。

重点难点：重点的形态结构和指标。

指标体系及表述是难点。

解决方法：建立清晰的概念，讲课速度放慢一些，对在后面章节还会出现的长度、细度、强度等的概念和指标可采用螺旋上升的方法教学。

成熟度要讲透。

——天然生成，以纤维素为主要组织物质的纤维。

——也叫植物纤维，本章主要介绍棉、麻两大类。

第一节原棉
原棉——供纺织厂作纺纱原料等用的皮棉。

皮棉——籽棉经轧棉机加工，除去棉籽所得的纤维。

籽棉——从棉铃中拾取的带籽的棉瓣。

衣分（率）——皮棉重量占籽棉重量的百分率。

剥桃棉——从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。

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）
一、原棉的种类
棉花在植物学上为：被子植物门，双子叶植物纲，锦葵目，锦葵科，棉属。

棉属植物很多，但在纺织上有经济价值的裁培种目前只有四种。

是一年生草本植物，多年生木本植物的木棉，目前主要用作纺织填料，救生圈、衣类的浮力材料。

（一）按棉花的品种分
1、亚洲棉（亦叫中棉）：是中国利用较早的天然纤维之一，已有2000多年，因纤维粗而短，又称粗绒棉，为一年生草本植物。

种植面积很少，基本作为种子源保留。

2、非洲棉（草棉）：也是粗绒棉，主体长度16~25mm，平均宽度20~25mm，细度0.25~0.4tex。

3、陆地棉：纤维长而细，又称细绒棉，它产量较高，纤维长，品质好，是世界上的主要裁培种，我国的种植量占棉田总面积的95%。

主体长度23~33mm，平均宽度18~20μm，细度0.15~0.2tex。

4、海岛棉：纤维特别细长，又称长绒棉。

是棉纤维中品质最好的，可纺很细的纱，生产高档织物或特种工业用纱。

为世界次要裁培种，主体长度30~60mm，平均宽度14~17μm，细度0.12~0.14tex。

（二）按棉花的初步加工分
1、皮辊棉：用皮辊式轧棉机加工的皮棉。

特点：皮棉是片状，含杂含短绒较多，长度整齐度较差，黄根较多，但纤维长度损伤少，轧工疵点少。

2、锯齿棉：用锯齿式轧棉机加工的质棉。

特点：皮棉呈松散状，含杂含短绒罗少，长度较整齐。

但损伤较长纤维，轧工疵点较多，含有棉结（束丝），带纤维籽屑。

锯齿轧棉机产量高，细绒棉多用此方法
（三）按原棉的色泽分
1、白棉：正常成熟，为纺用棉
2、黄棉：霜黄棉。

少量使用。

3、灰棉：雨灰棉，棉铃开裂时由于日照不足或雨淋，潮湿，霜等原因造成。

很少用。

1、黄河流域棉区：最大棉区，约占50……
二、棉纤维的形成，形态和结构
（一）棉纤维的形成
棉纤维是棉属植物种子表面生成的绒毛——种子纤维，它是胚珠表皮细胞经伸长加厚而成的，一根棉纤维就是一个植物单细胞。

它的生长特点是：先伸长长度，然后充实加厚细胞壁。

整个棉纤维的形成过程可分为三个时期。

1、伸长期：
2、加厚期：
3、转曲期：（用画图的方法，介绍生长特点，为下面的形态、结构内容做好铺垫）
（二）形态特征
1、纵向：具有天然转曲，可见中腔。

成熟度不同，形态和可纺性不同。

见P24图1-3
2、截面：棉纤维沿长度方向截面的形状和面积都有很大变化。

见P24表1-4，P25图1-4。

纤维截面形状随成熟程度不同而不同，正常成熟的棉纤维横截面呈腰园形，并可见中腔，未成熟的纤维横截面呈扁环状，胞壁薄，中腔长，过成熟的纤维截面呈近圆形，中腔园而小。

总体形态特征如下图：
（三）结构
由于棉纤维生长过程中，纤维素每天淀积一层，所以，纤维由外向内许多同心层组成。

大体可分为三个部分：见P25图1-5。

1、初生层：棉纤的外层，即在伸长期所长成的初生胞壁和外表皮。

外表皮是一层蜡质与果胶。

初生层胞壁呈原纤网状螺旋结构。

厚约0.1-0.2μm。

2、次生层：位于初生层的下面，占棉纤维的绝大部分，是棉纤维的主体。

呈原纤变向螺旋结构。

3、中腔：棉纤维停止生长后遗贸下来的空隙。

在壁内面了附有原生质干燥后的固整残留物。

在棉纤维横截面上，次生胞壁在各部位处的结构显著不同，主要表现为堆砌密度的差异。

如下图所示：
A区最密，B区比C区密。

这种结构上的纤维素对称型密度不匀堆砌状态称之为：双边结构，即两个最密点连成的直线两边密度是一大一小。

三、原棉的性能与检验
原棉的性能要通过检验才能知晓，从而确定原棉的质量。

对商业贸易来讲，是按质论价的需要，对纺织厂来说，是为了充分掌握原棉的性能，达到合理使用原料，提高成纱质量（制定工艺参数）和产量，实现“优棉优价、优棉优用、粗粮细做、合理搭配、增强效益” 的目的。

人们通过多年的不断探索，不断实践，总结出了一套手感目测，仪器检验，单唛试纺三者相结合的综合检验方法，以全面了解原棉性能。

三结合的具体内容：业务检验、物理性能（常规）检验、逐包检查及单唛试纺。

（一）商业检验（业务检验）
四项内容：品级、长度、水分、杂质疵点，检验突出一个‘快’字。

1、品级检验：按成熟度、色泽特征、轧工质量将细绒棉分为七级，1级最好，1-5级为纺用棉。

细绒棉分五级，一级最好。

实物标准是最低标准。

2、长度检验：用手扯法来测定，以手扯长度为计价的依据，每2mm为一价格差。

（误差由国家长度标准棉来校准）
3、水分检验：常用电阻式测湿仪快速测定。

公定含水率10%。

4、杂质疵点：收购以时常用手工和目测法估算，或用纤维杂质分析机测定。

杂质——夹杂的非纤维性物质，如：泥纱，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。

疵点——原棉中含有的有害纺纱的纤维性物质，如，索丝，棉结，软籽表皮，带纤维籽屑，黄根等。

在准确分析时，常用以下指标：
原棉含杂率= （%）[反映制成率和质量]
标准规定的公定含杂率：皮辊棉为3% ，锯齿棉2.5%。

疵点用手拣的方法。

取10~20g代表性棉样，分类拣出各类疵点，计算含有粒数和重量百分数。

疵点率= ×100（%）
疵点数=（粒/100g）
疵点的详细分类见：教材第63页
（二）物理性能检验（常规检验）用专门的仪器进行检验，在实验室内进行
1、长度：
（1）概念：①伸直长度：伸直纤维两端间的距离
②自然长度：自然伸展时两端间的距离。

相当于手扯长度。

（2）长度分布与工艺的关系
这种分布反映了原棉的长短及整齐度的高低。

而长短与整齐度决定着成纱质量的好坏，生产效率的高低及工艺参数的制定。

简述其关系
（3）长度指标的测定：
长度测量意义重大，但为了反映整批原棉的长度全貌，用一个指标是不行的，只能多个指标综合表达，某一指标只代表某一长度特征。

不同的测量方法各项长度指标的含义也不同，目前普遍使用的长度指标有以下几个。

此处只介绍概念，具体计算在实验课解决。

①主体长度；②平均长度（注意“权”的介绍）；③品质长度（为什么叫品质长度）；
④短绒率；⑤均方差；⑥变异系数。

测量长度的仪器和方法很多，可根据不同需要，不同场合来选用，这里简单介绍几种：（原理，所测结果）
A、遂根测量——基础方法
B、罗拉式长度分析仪（朱可夫长度仪）
C、梳片式长度分析仪
D、光电长度仪（手扯长度仪，照影机）
E、YG081纤维长度分析仪（电容式）
2、细度：
（1）概念：纤维的直径或截面面积的大小。

（2）细度与成纱质量
（3）细度指标：
由于直径无法正确表达棉纤维的粗细，而截面面积的测量费时费力，制做样片也较难，所以在实际工作中，我们常采用间接指标来达：由于历史的原因，形成了许多指标，我国目前规定细度法定计量单位为特克斯。

特克斯：单位长度（1000米）纤维的质量数（克）(分特克斯，符号含义)
（特克斯）
旦尼尔：(旦)
公制支数：（公支）
马克隆尼值M：用马克隆尼气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标。

值越大，纤维越粗。

（4）细度测定：（原理、指标）
①中段切断称重法（注意教材第25页图1-4的介绍）
②气流仪法
③其它方法：
A：测长称重法（单根）B显微放大投影法（宽度、截面积）
3、成熟度：
（1）概念：棉纤维细胞壁的加厚程度。

越厚，成熟越高，这是棉纤维所独有的一个物理性能指标，是一个反映内在质量的综合指标。

棉纤维的几乎所有性能都与它有密切关系。

见教材第23页图1-2。

成熟程度与品种、生长条件的关系，成熟度的高低与纺纱工艺、成品质量的关系，请同学们自学。

（2）成熟度的表达
①成熟度系数：,（令M=0～5，线性回归后得此式）
②平均成熟度系数
③未成熟纤维（百分率、含量）
（3）成熟度的测量
①中腔胞壁对比法：最基本的测试方法。

（见教材第51页图1-17）
②偏振兴法：
A、偏光显微镜法：用干涉的颜色判别
B、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。

③气流仪法
④18%NaOH膨胀法
4、强度：
（1）概念：强力：纤维拉伸到断裂所需的外力。

强度：拉断单位细度纤维所需的外力。

（采用多根测量和束方式测量的原因、差异）
（2）指标：（单纤维）断裂长度。

单位是千米，但表示的是纤维的相对强弱。

定义：自身重力等于纤维断裂强力时纤维所具的长度。

（千米）
（3）测量：
①摆锤式（Y162）束纤维强力机（注意：实测值、真实值、断裂不同时性，学习一种思维方式）
②卜氏强度机
③斯特洛强力仪
④单纤维强力仪
5、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。

形成的原因主要在于：棉纤维生长发育过程中微原纤集体性沿纤维轴向的螺旋变向所致。

其指标的应用和测量在企业中很少见。

6、综合检验与可纺性能：
在纺织厂为了切实掌握原棉性能，搞好混配棉、工艺设计和操作管理，普遍采用手感目测、仪器检验，单唛试纺结合的方法。

（1）手感目测：可结合评定和手扯花度来进行，通过人体感觉器官进行原棉性能检验，是一种快速面广的检验方式，但建立于长期经验的基础上。

如用手扯、手捏、手摸、耳听、鼻闻等。

主要评价：长度及整齐度，强度，弹性，成熟度，色泽，抱合力，柔软性，杂质疵点及其他质量问题等。

可在实验车间现场进行（逐包检验）
它检验面广，快速代表性强，但人的主观影响大，一般无具体数据。

（2）仪器检验：实验室专门仪器进行单项性测试，如长度、细度……，结果准确，可靠、稳定（重观性好），人为因素少。

但代表性较差，费时，且需专门仪器和经过训练的技术人员。

（3）单唛试纺
其结果可直接利用，可测得其它方法不能或无法检验的内容，试验成本高，费时费力，一般只在新品种投产时才做，现在有小型试纺机，可加工棉花50g。

三个方法各有长短，三者相结，可全面了解原棉特性。

7、其他性能：
（1）物理性能
①光学性能
②热学性能
③电学性能
④密度
⑤服用性能：优点：吸湿好，透气，保暖，抗溶，染色好……。

缺点：耐用差，抗皱免烫差，外观保持性差，易发霉，弹性差……。

（2）化学性能：
①水的作用：不溶于水，但会膨胀，纵：1-2%，横40-45%
②酸的作用：酸会使纤维素水解，或发生酯化反应，对棉纤维的破坏能力，随强解，浓度，时间，温度的变化而变化。

不耐酸。

③碱的作用：纤维在碱中很稳定，不会被破坏，当钠浓度达10%以上，才发生膨胀，此时若施加强力，则纤维会出现丝光一丝光外观，但当有氧或空气存在时，碱会使纤维发生氧化反应，而逐步降解破坏。

可利用碱的这些特殊作用机理对棉纤维进行变性处理：如提高强度，吸湿少，染色少，光泽和尺寸稳定性。

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。

⑤微生物的作用：在潮湿条件下，微生物极易繁殖，他们会分泌出纤维酶和酸，使纤维变质变色而破坏。

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，酢化反应。

具体见教材第30~31页的反应式。

第二节麻纤维
一、麻纤维的种类
它有韧皮纤维和叶纤维两大类，所以麻纤维是韧皮纤维和叶纤维的总称。

韧皮纤维：双子叶植物茎的韧皮层内部丛生成束的纤维。

如：苎麻、亚麻、黄麻、大麻、苘麻、荨麻、罗布麻等
叶纤维：单子叶植物的叶鞘和叶身内的维管束纤维，如剑麻、蕉麻、菠萝麻等。

属于麻类的植物品种相当多，用于纺织的有十多种。

韧皮纤维中的苎麻、亚麻是优良的麻种，其纤维没木质化，强度高，伸长小，柔软细长，可纺性能好，是织造夏季衣料的良好材料。

用它们织成的织物挺括，吸汗，不贴身，透气，凉爽。

黄麻、大麻、洋麻等纤维较粗，且短，适宜于包装材料：麻袋、麻绳等。

对于叶纤维来讲，经济上有实用价值的品种主要为：剑麻和蕉麻，这类纤维比较粗硬，也称硬质纤维，因纤维细胞壁已木质化，长度较长，伸长小，强度好，耐腐蚀，耐海水浸泡，常用于做航船和矿井用的绳缆，也可编粗麻袋或包装用布，合成纤维的出现，麻制缆绳正逐渐被取代，此类纤维在纺织上几乎不用，所以这里就不做进一步的介绍了。

麻纤维的使用在我国已有几千年的历史，最在公元前4000年前就开始采用苎麻纤维作为纺织原料（中国草），埃及人利用亚麻纤维纤维已有8000年的历史，麻的应用要比棉早得多，而且麻纺设备与毛纺设备比较接近。

二、麻纤维的化学组成：
麻与棉同是天然纤维素，所以化学组成差不多，只是各种成份的比例不一样而己。

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）
三、麻纤维的形态特征
这里主要介绍一定苎麻、亚麻、黄麻这三个大量使用的麻纤维
（一）横截形态特征
苎麻：横截面呈腰园形，有中腔，胞壁上有裂纹。

亚麻和黄麻的横截面呈多角形（五或六角）边有中腔，（以上是单纤维）
（二）纵向形态特征：
苎麻：比较平直，有横节，竖纹
亚麻：细长的两端封闭的尖状体，表面比较平滑但有横向裂节。

黄麻：单纤维细胞为（多角形）长管状，两端渐细成封闭钝角，表面光滑，无扭曲有光泽。

在多根纤维成束状况下，纤维束上也有横节，横节是麻类纤维的特征之一。

如下图所示：
四、麻纤维的物理机械性质
亚麻，黄麻单纤维长度都很短，特别是黄麻只有2-4毫米，难以用来纺纱，在它们的韧皮组织中数十个纤维细胞胶粘在一起，又相互搭接成网状（大麻不成网状），为了能使纤维得以利用，采用半脱胶的方法，使粘接的纤维部分松散，再经过梳理加工（梳头一样）制成适于纺纱需要的纤维条，这种纤维条中的纤维束称为工艺纤维。

常用的这些麻，其吸湿性比棉好，热分解点高（200摄氏度）耐日晒，但大都比较粗硬，不太柔软，与棉的化学性质类似。

作业：
1．试述棉纤维的品种、初加工方式、生长发育特点及形态特征。

2．简述棉纤维的结构层次和各层次的结构特点。

3．为什么成熟度是棉纤维的特征性质？
4．习题集中第6～7页的判断题。

5．简述常用麻纤维的基本品质特征、形态特征。