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纺织材料学

棉纤维

1.棉的种类

(1)按棉花的品种分类 细绒棉：纤维平均长度为23-32mm，中段复圆直径为16-22um，中段线密度为1.4-2.2dtex，比强度为2.6-3.2cn/dtex，比长绒棉粗，比过去的品种比较细。 长绒棉：纤维平均长度33-46为mm，中段复圆直径为13-15um，中段线密度为0.9-1.4dtex， 比强度为3.3-5.5cn/dtex。 粗绒棉：纤维平均长度为15-24mm，中段复圆直径为24-28um，中段线密度为2.5-4.0dtex， 比强度为1.4-1.6cn/dtex。 非洲棉(草棉) 品质与亚洲棉接近，纤维粗而短，已淘汰

(2)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。 (A)籽棉：带有棉籽的棉花。 (B)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%)。 (C)锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用棉多为锯齿棉。 (D)皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉。

(3)按原棉的色泽分类 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。

2.棉纤维的生长过程 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：细胞壁外向里逐日螺旋淀积纤维素，最后有中腔，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。 影响棉纤维长度的因素：品种、生长条件、后加工。

3.棉的初加工(适合种类，产量，优、缺点，棉加工后的长、细、整齐度)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，整齐度较低，短绒没法去除 除杂设备 有排杂、排僵设备 无排杂设备 扎工疵点 多，如棉结、索丝等 少，有黄根 适宜加工 细绒棉 长绒棉 产量 高 低

4.棉的等级 ? 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) 附1：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：229A 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。 附2：什么叫原棉的业务检验?我国细绒棉检验有哪些项目? 原棉的业务检验，是按照国家统一规定的棉花标准进行的，作为商业结算的依据。目前细绒棉检验标准按GB1103-72规定，主要检验项目有：品级、长度、含水、含杂四项。 ①品级：依据棉花成熟程度、色泽特征、轧工质量分为七级，三级为标准级，品级评定按文字标准与实物标准结合进行。②长度：用手扯长度法测定，以2mm组距的单数为计算单位，如29mm，27mm等。③含水：用水分电测器进行测定，含水率标准定为10%，实际含水率不足或超过标准时，实行补扣。④杂质：标准规定皮辊棉为3%，锯齿棉为2.5%，实际含杂率不足或超过标准时，实行补扣。

5.棉的组成物质 ? 主要成份：纤维素 ? 伴生物：蜡质、糖份、果胶、灰分，占5%左右

6.棉的结构

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。 (1)表皮层：影响表面性质。棉蜡、果胶和脂肪组成。 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。 (2)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。 (3)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。) (4)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。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。

7.棉的形态 (1) 纵向形态： 具有天然转曲的扁平带状。 成熟度低的棉： 薄带状、没有或很少转曲 过成熟的棉： 呈棒状，转曲少见 横向形态：腰圆形有中腔。

8.棉的主要特性(酸碱性，丝光性，吸湿性，染色性，舒适性) (1)水的作用：不溶于水，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：通常是指棉制品(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。 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，再将布进行丝光后处理。

双丝光：纱线经过丝光处理后织成布，再将布进行丝光处理。

(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后制得的半透明织物。

(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。(氧化性 漂白的条件控制)

(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。

9.棉纤维的主要服装面料的特性

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。

10.棉的主要品质

(1)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。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。

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。

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。

⑥ 2. 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。

附：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。

(2)成熟度：棉纤维细胞壁的加厚程度。胞壁愈厚，愈成熟。

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。 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。 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。

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%NaOH ? D. 气流仪法

棉纤维的成熟度与纤维其它性能有何关系? 棉纤维的成熟度与纤维各项性能关系都很密切。在棉纤维生长发育过程中，长度与成熟度无关，但由于成熟度低的纤维强力低，因此皮棉中低成熟棉的短绒率高，纤维长度偏短。随着纤维成熟度提高，截面变粗，抗弯抗扭刚度大，单纤维强度增加，夭然转曲增加(过成熟纤维除外)，纤维之间抱合性能好，原棉色白、光泽好，轧棉后的疵点、杂质少。另外，成熟度高的棉纤维，吸湿较低，染色性较好。

棉纤维的成熟度与纺织加工及产品质量有何关系?

其间关系可归纳如下：

①棉纤维成熟度高，纤维经得起打击，易清除杂质、不易产生棉结与束丝。

②棉纤维成熟度高，抗扭刚度大，加捻效率较低。

③棉纤维成熟度高，加工过程中飞花、落棉等减少，成品制成率高。

④成熟度高的棉纤维纺纱时，由于牵伸效率高，熟条定量控制中应该偏重掌握。

⑤纤维成熟度太高，由于纤维截面粗，在相同粗细的细纱截面中纤维根数少，不利于细纱的强度与条干均匀度，因此成熟度高的棉纤维不一定能纺出高强度的细纱。

⑥用成熟度高的棉纤维加工的织物，耐磨牢度较好。

补充： 细度 指标：分直接指标和间接指标。(P25) 直接指标：用直径、截面积及宽度等来表达。

间接指标：特克斯(定长制 );公制支数(定重制);马克隆值 M 马克隆值 M：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。 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)。

测试方法 ： 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) ) 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。

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。

(3)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。 指标：转曲数，每1cm中扭转180度的个数 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。 转曲多、抱合力大、品质好。

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。 标准含杂率：皮辊棉为3%，锯齿棉2.5%。实际含杂不足或超过标准时，应按标准进行调整。

(4)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)。

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。

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。

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。