棉纤维的整体概述

一、棉纺厂常用的原棉的种类和品质

（一）按棉花的品种分

1、陆地棉 又称为细绒棉，因最早在美洲种植而得名，其纤维细度和长度中等，手扯长度为23--33mm，细度为143--222mtex左右，一般可纺粗于10tex的棉纱。

2、海岛棉 又称长绒棉，原产美洲西印度群岛，后传入北美洲东南沿海岛屿种植，故名。长绒棉纤维细长，手扯长度在33mm以上，一般为33--45mm，细度细于143mtex，一般为111--143mtex左右。它品质优良，是高档棉纺产品的原料。

3、亚洲棉 又称粗绒棉，原产于印度，在中国种植已有二千多年，故又称中棉。由于纤维粗短，只能适应个别纺织品种的需要，近年大部为陆地棉所取代。   

4、非洲棉    又称草棉，原产于非洲，品质与亚洲棉接近，因纤维粗短，已逐渐淘汰。 

（二）按棉花的初加工分

棉花的初加工过程是指将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，称为轧棉又称轧花。

籽棉经轧花后得到的棉制品称为皮棉。

皮棉重量占原来籽棉重量的百分率称为衣分率。

根据籽棉加工采用的轧棉机不同，得到的皮棉有锯齿棉和皮辊棉两种。

皮辊轧花机加工的皮棉称为皮辊棉；用锯齿式轧花机加工的皮棉称为锯齿棉。

锯齿轧棉一般附有排杂、排僵设备，皮棉含杂低，锯齿对棉纤维作用剧烈，纤维损伤较皮辊棉严重。由于锯齿轧棉产量高，一般纺纱用棉大多用锯齿棉。皮辊轧棉一般无除杂措施，皮棉含杂高，由于轧棉时对纤维和棉籽作用缓和，适宜加工长绒棉。锯齿棉与皮辊棉的品质特征见下表：    

（三）按原棉的色泽分

1、白棉  正常成熟，正常吐絮的棉花，不管原棉的色泽呈洁白、乳白或淡黄色，都称为白棉。棉纺厂使用的原棉，绝大部分为白棉。  

2、黄棉  棉花生长晚期，棉铃经霜冻伤后枯死，铃壳上的色素染到纤维上，使原棉颜色发黄。黄棉一般都属低级棉，棉纺厂仅有少量使用。  

3、灰棉  棉花在多雨地区生长时，棉纤维在生长发育过程中或吐絮后，由于雨量多，日照少，温度低，使纤维成熟受到影响，原棉颜色呈现灰白，这种原棉称为灰棉。灰棉强力低、质量差，棉纺厂很少使用。  

4、天然彩色棉 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。 

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。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。

彩色棉与白棉主要物理性能比较

二、棉纤维的生长发育与形态特征

（一）棉纤维的形成

    棉纤维是由胚珠（即将来的棉籽）表皮壁上的细胞伸长加厚而成。一个细胞就长成一根纤维，它的一端着生于棉籽表面，另一端呈封闭状。棉籽上长满了纤维，这就称为籽棉。棉纤维的生长可分为伸长期、加厚期和转曲期三个时期。

（1）伸长期：为期约25—30天。在伸长期内，纤维主要长长度而细胞壁极薄，最后形成有中腔的细长薄壁管状物。

（2）加厚期：当纤维初生细胞伸长到一定长度后，就进入加厚期。这时纤维长度很少再增加，外周长也没有多大变化，只是细胞壁由外向内逐日淀积一层纤维素而逐渐增厚，最后形成一根两端较细中间较粗的棉纤维。加厚期约25—30天。

（3）转曲期：棉铃裂开吐絮，棉纤维与空气接触，纤维内水分蒸发，胞壁发生扭转，形成不规则的螺旋形，称为天然转曲。这一时期称为转曲期。 

（二）棉纤维的形态特征

  1、棉纤维的截面形态

    正常成熟的棉纤维，截面是不规则的腰圆形，中有中腔。未成熟的棉纤维，截面形态极扁，中腔很大。过成熟的棉纤维，截面呈圆形，中腔很小。（如图） 

2、棉纤维的截面结构

    棉纤维的截面由外向内主要由初生层、次生层和中腔三个部分组成。如图所示  

初生层是在棉纤维伸长期形成的初生细胞壁，它的外皮是一层极薄的腊质与果胶。棉腊使棉纤维具有良好的适宜于纺纱的表面性能，但在棉纱、棉布漂染前要经过煮练以除去棉腊，保证染色均匀。在外皮之下才是初生细胞，初生细胞由网状的原纤组成。

次生层是棉纤维在加厚期淀积而成的部分，几乎都是纤维素。由于每日温差的关系，大多数棉纤维逐日淀积一层纤维素，形成了棉纤维的日轮。纤维素在次生层中以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，并沿纤维长度方向有转向。这是使棉纤维具有天然转曲的原因。次生层的发育加厚情况取决于棉纤维的生长条件、成熟情况，它决定了棉纤维的主要物理性质。

棉纤维生长停止后遗留下来的内部空隙就是中腔。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。中腔内留有少量原生质和细胞核残余，它对棉纤维颜色有影响。

3、棉纤维的纵面特征

    棉纤维纵向具有天然转曲，它的纵面呈不规则的而且沿纤维长度不断改变转向的螺旋形扭曲。成熟正常的棉纤维转曲最多。未成熟棉纤维呈薄壁管状物，转曲少。过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。（如图） 

三、棉纤维的化学组成及耐酸碱性

    棉纤维的主要组成物质是纤维素。成熟正常的棉纤维纤维素含量约为94%。此外，含有少量的多缩戊糖、蛋白质、脂肪、腊质、水溶性物质和灰分等。    

由于棉纤维的主要组成物质是纤维素，所以它较耐碱而不耐酸。酸会促使纤维素水解，使大分子断裂，从而破坏棉纤维。稀碱溶液在常温下处理棉纤维不发生破坏作用，但会使纤维膨化。棉纤维在一定浓度的氢氧化钠溶液中处理后，纤维横向膨化，从而截面变圆，天然转曲消失，使纤维呈现丝一般的光泽。如果膨化的同时再给以拉伸，则在一定程度上可改变纤维的内部结构，从而提高纤维的强力。这一处理称为“丝光”。但是，纤维素在浓碱作用下的降解也是十分剧烈和迅速的，因此，棉纤维加工时必须避免长时间带碱并与空气接触，以免纤维素受损。 

四、我国的主要棉区和品质评定

（一）我国的主要棉区

   我国棉区分布很广，一般可划分为黄河流域、长江流域、西北内陆、辽河流域和华南等五大棉区。 

(二)品级检验

    棉花品级是棉花质量的一个综合性指标，也是工商交接验收的重要依据，它反映了棉花的内在质量。

品级依据：根据成熟度、色泽特征和轧工质量评定棉花品级。    

品级标准：细绒棉的锯齿棉和皮辊棉按国家分级标准分别定为七级。一级最好，三级为标准级，七级以下为级外棉。一至五级为纺用棉，六级及以下为废纺原料或作为民用棉絮。   

品级标准分文字标准和实物标准。文字标准即各品级棉花所应达到的条件，皮辊棉和锯齿棉各有规定。

根据品级条件，产生实物标准。实物标准是装入棉花品级标准盒中的各品级最差的棉花实物，皮辊棉和锯齿棉各有七盒，均为各品级下限，是评定棉花品级的依据。（见图） 

棉花评级时，规定在室内北窗射入的正常光线下或符合符合规定的人工光线下，手持棉样在实物标准前面与之对照，以实物标准结合品级条件决定棉样品级。凡是标准以上或上一级标准以下的棉样，均应评为本级。

（三）手扯长度检验

    手扯长度是用手扯尺量的方法所测得的原棉中根数最多的纤维长度。 国家标准规定，手扯长度以1mm为间距，分为七档，见下表。其中27mm为标准长度，五级棉花长于27mm，按27mm计算；六、七级均按25mm计算。

手扯尺量法是取有代表性棉样10g左右，双手平分，抽取纤维束，靠手反复整理成没有疵点和游离纤维的、一端齐或两头齐的平直棉束，放在黑绒板上，观察棉束两头对黑绒板的覆盖情况，尺量两头不露黑绒板位置线间的距离即得手扯长度。

（四）原棉标志

    为了交接和使用上的方便，每批原棉在品级和手扯长度决定后，规定把它们以代号形式刷在棉包上，称为原棉标志（或唛头代号）。它是综合表示原棉色泽类型、轧棉方式、品级、长度、成熟度（马克隆值）的代号标志。    

原棉标志中以品级代号居左，长度代号居中，马克隆值居右，皮辊棉在下方加横线，黄棉在前面加Y，灰棉在前面加G。 

五、棉纤维性能与检验

（一）长度

1、棉纤维长度的不均一性    任何一批原棉，从中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，这叫棉纤维长度的不均一性。它可以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出来。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。（如图） 

 2、棉纤维长度的指标与检验    一组棉纤维长度指标一般包括集中性指标和离散性指标两个方面。集中性指标如主体长度、品质长度等；离散性指标如短绒率、基数、均匀度等。因测试方法不同，各项指标的含义也不尽相同。常用的测试方法有下列几种。 

   (2) 梳片式分组测定法    采用Y121型梳片式长度仪。它利用一组钢针梳片将试样整理成一端平齐的棉束，然后由长到短地将棉束的纤维按长度分成若干组，分别称其重量，计算求得各项长度分布指标，包括上四分位长度（自最长纤维至试样总重的1/4处的长度）、主体长度、平均长度、整齐度及短纤维率等。 

(3)光电式不分组测定法    具有代表性的是美国思彬莱（Spinlab）公司（现已被瑞士乌斯特公司购买）生产的530型纤维照影仪。它是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。然后从距离梳夹根部3.8mm处开始，以光线向须丛梢部进行光电扫描来测定纤维长度的。测定的结果是以跨距长度来表示。 

    所谓跨距长度（S.L），是指光电扫描梳夹外面的纤维须丛时，以距离梳夹根部3.8mm处（即光电扫描处）的纤维根数作为百分之百，如果扫描到相对于此处纤维根数某一百分数时，光电扫描线到梳夹根部的距离。例如：2.5%S.L.、50%S.L.分别为相对根数是2.5%和50%处离梳夹的距离。2.5%处的跨距长度与主体长度比较接近，50%处的跨距长度与2.5%的跨距长度之比称之为棉纤维长度整齐度。通过仪器还可以获得照影机曲线，如图。

（二）成熟度

1、棉纤维成熟度的概念 指纤维胞壁加厚的程度和纤维中纤维素充满的程度。胞壁愈厚，纤维素淀积的愈多，成熟度愈高。成熟度与棉花品种、生长条件有关，特别是生长条件的影响较大。棉纤维成熟度不同，纤维形态就不同。成熟度高，则中腔小、胞壁厚而腔宽与壁厚的比值小。棉纤维的各项性能几乎都与成熟度有关。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。如果成熟度过高或过低，由于纤维偏粗或偏细，反而成纱强度不高。因此可以断言，成熟度是反映棉纤维质量的一项重要的综合指标。 

2、棉纤维成熟度的指标与检验    

表示棉纤维成熟度的指标有成熟度系数、成熟纤维百分率和成熟度比等。 

成熟度系数是根据棉纤维腔宽与壁厚比值的大小（与纤维形态有关，见图）所定出的相应数值，即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。 

成熟度系数与腔宽壁厚比值对照表

成熟度比是指棉纤维细胞壁的实际增厚度（指棉纤维细胞壁的实际横截面积对相同周长的圆面积之比）与选定为0.577的标准增厚度之比。成熟度比越大，说明纤维越成熟。成熟度比低于0.8的纤维为未成熟纤维。   

成熟纤维百分率是指在一个试验试样中，成熟纤维根数占纤维总根数的百分率。成熟纤维是指发育良好而胞壁厚的纤维，经氢氧化钠溶液膨胀后纤维呈无转曲状。不成熟纤维是指发育不良而胞壁薄的纤维，经氢氧化钠溶液膨胀后纤维呈螺旋状或扁平状，纤维胞壁薄且透明。    棉纤维成熟度的测定方法较多，常用的有中腔胞壁对比法、偏光仪法等。 

（三）细度

    细度除与棉花品种和生长条件有关外，与成熟度也有密切的关系。过成熟的纤维较粗，未成熟的纤维较细。中段称重法是棉纤维细度检验的基本方法。用Y171纤维切断器在一束棉纤维中部切取定长（10mm）的一段，称其重量，记数其根数，然后计算出棉纤维细度的平均值。这种方法要求在标准试验条件下进行。同品种的棉纤维细度也可采用气流仪法检验。 

 （四）马克隆值

1、马克隆值（Micronaire）是由马克隆气流仪测出来的棉纤维的一项重要性能指标，在棉花贸易和棉纺工艺中有着十分重要的作用。    

国家标准（GB/T92）对马克隆值作了确切的定义，马克隆值是一定量棉纤维在规定条件下透气性的量度，以马克隆刻度表示， 

马克隆刻度是建立在已由国际协议确定了其马克隆值的成套“国际校准棉花标准”基础之上的。将马克隆刻度标在气流仪上即可测试棉纤维的马克隆值。这里，马克隆值没有计量单位，称为马克隆值单位。根据马克隆值的测定原理，棉纤维的透气性和纤维比表面积有关，马克隆值同时反映棉纤维的细度和成熟度的综合性指标。对同品种的棉纤维，马克隆值的大小既反映纤维成熟度的高低，也反映纤维细度的粗细。   2、马克隆值的检验    棉纤维马克隆值的检验仪器很多，纺织厂常用Y145C型气流仪等（如图） 

USTER  MICRONAIRE-77型            Y145C型

      3、棉纤维马克隆值与棉纺设备的除杂效率、棉纱外观品质、棉纱强力和可纺性有着密切的关系。用马克隆值低的棉纤维纺纱时，棉纱强力和可纺支数较高，但清梳落棉较多，棉纱疵点也较多，外观较差。用马克隆值高的棉纤维纺纱时，清梳落棉较少，成纱后棉纱条干较均匀棉纱疵点较少，外观好，但会因纤维抱合力下降引起棉纱断头率增加，使棉纱强力和可纺支数下降。因此，马克隆值过高或过低的棉纤维其可纺性能都较差，只有马克隆值适中的棉纤维才能获得较全面的纺纱经济效益。国际上通常把3.5--4.9单位的马克隆值称为优质马克隆值范围。马克隆值被美国等国家作为棉花结价的依据之一。在棉花贸易中，对超过或低于幼稚马克隆值范围（或与棉花交易协议上标明的马克隆值不一致）的棉纤维，按马克隆值价差作减价处理或进行经济赔偿。

（五）强力与比强度

    棉纤维强力不仅与纤维的粗细有关，而且与棉花的种类、品种有关。细绒棉单纤维强力约为3.0--4.5cN，长绒棉单纤维强力约为4--5cN。一般粗纤维强力高，细纤维强力低。纤维强力也具有不均一性。棉纤维的强力、比强度可以采用单纤维检验，也可以采用束纤维检验，但都应在标准温湿度条件下进行。 

（六）疵点

    原棉疵点是由于生长发育不良和轧工不良而形成的对纺纱有害的物质。一般在纺纱工艺中有害疵点不易清除，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。 

1、原棉疵点的种类及产生原因

    （1）棉结和索丝    棉结是棉纤维纠缠而成的结点，一般在染色后形成深色或浅色细点。索丝又称棉索，是多根棉纤维紧密纠缠呈条索状，用手难以纵向扯开的纤维束。棉结和索丝主要是在锯齿轧花过程中形成的。如轧花机械和工艺状态不良，有倒齿或缺齿；皮棉通道不光滑，有毛刺等原因。如果籽棉含水过高、成熟度差、纤维弹性差、刚性弱，在遭受机械打击或锯齿钧拉的过程中，彼此很容易粘连、纠缠扭结在一起，形成棉结和索丝。    （2）带纤维籽屑和软籽表皮革    成熟度较差或含水过高的籽棉，其棉籽表皮容易与籽壳分离，若轧花机工艺不良，籽棉在进行加工时受机械的磨擦作用较大，就会产生较多的带纤维籽屑和软籽表皮。带有纤维的碎小籽屑、面积在2mm2以下者称带纤维籽屑。软籽表皮是未成熟棉籽上的表皮，软薄呈黄褐色，一般带有底绒。 

（3）有孕籽    是未受精的棉籽，色白呈扁圆形，附有少最较短的纤维。它是在棉花生长发育阶段受自然条件的影响而形成的。不孕籽在轧花时难于全部清除而混入皮棉中。   （4）僵片    是从受到病虫害或未成熟的带僵棉籽上轧下的僵棉片，或连有碎籽壳。   （5）黄根    是由于轧工不良而混入皮棉中的棉籽上的黄褐色底绒，长度一般在3--6mm，呈斑点状，故也叫黄斑。 

  2、原棉疵点的检验

    以疵点重量百分率和100g试样疵点粒数为指标。采取手拣的办法，首先从试样中用镊子将各种疵点一一拣出，分别计数和称取重量。然后分别计算100g试样中上述各项疵点的粒数和重量百分率。再将各项疵点的每100g粒数及重量百分率分别相加，即得锯齿棉或皮辊棉疵点的每100g总粒数和总重量百分率。 

 二、木棉

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