紡織材料學(xué)第二章

第二章：天然纖維素纖維2/1/20231紡織與材料學(xué)院紡織工程系第二章：天然纖維素纖維內(nèi)容提要：天然纖維素纖維（棉、麻）的分類；形態(tài)結(jié)構(gòu)特征；主要性能的概念、指標(biāo)，檢驗方法。

重點難點：重點的形態(tài)結(jié)構(gòu)和指標(biāo)。指標(biāo)體系及表述是難點。

解決方法：建立清晰的概念，講課速度放慢一些，對在后面章節(jié)還會出現(xiàn)的長度、細度、強度等的概念和指標(biāo)可采用螺旋上升的方法教學(xué)。成熟度要講透。

2/1/20232紡織與材料學(xué)院紡織工程系第一節(jié)：原棉第二節(jié)：麻2/1/20233紡織與材料學(xué)院紡織工程系第一節(jié)原棉

原棉——供紡織廠作紡紗原料等用的皮棉。

皮棉——籽棉經(jīng)軋棉機加工，除去棉籽所得的纖維。

籽棉——從棉鈴中拾取的帶籽的棉瓣。

衣分（率）——皮棉重量占籽棉重量的百分率。

剝桃棉——從非自然開裂的棉鈴中剝?nèi)〉拿藁ā?/p>

棉花——棉植物種子上的纖維，籽棉和皮棉的統(tǒng)稱。（有時亦做為棉植物，棉植物開的花的名稱）

2/1/20234紡織與材料學(xué)院紡織工程系一、原棉的種類

棉花在植物學(xué)上為：被子植物門，雙子葉植物綱，錦葵目，錦葵科，棉屬。棉屬植物很多，但在紡織上有經(jīng)濟價值的裁培種目前只有四種。是一年生草本植物，多年生木本植物的木棉，目前主要用作紡織填料，救生圈、衣類的浮力材料。

2/1/20235紡織與材料學(xué)院紡織工程系（一）按棉花的品種分

1、亞洲棉（亦叫中棉）：是中國利用較早的天然纖維之一，已有2000多年，因纖維粗而短，又稱粗絨棉，為一年生草本植物。種植面積很少，基本作為種子源保留。

2、非洲棉（草棉）：也是粗絨棉，主體長度16~25mm，平均寬度20~25mm，細度0.25~0.4tex。

2/1/20236紡織與材料學(xué)院紡織工程系3、陸地棉：纖維長而細，又稱細絨棉，它產(chǎn)量較高，纖維長，品質(zhì)好，是世界上的主要裁培種，我國的種植量占棉田總面積的95%。主體長度23~33mm，平均寬度18~20μm，細度0.15~0.2tex。

4、海島棉：纖維特別細長，又稱長絨棉。是棉纖維中品質(zhì)最好的，可紡很細的紗，生產(chǎn)高檔織物或特種工業(yè)用紗。為世界次要裁培種，主體長度30~60mm，平均寬度14~17μm，細度0.12~0.14tex。

2/1/20237紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）按棉花的初步加工分

1、皮輥棉：用皮輥式軋棉機加工的皮棉。特點：皮棉是片狀，含雜含短絨較多，長度整齊度較差，黃根較多，但纖維長度損傷少，軋工疵點少。

2、鋸齒棉：用鋸齒式軋棉機加工的質(zhì)棉。特點：皮棉呈松散狀，含雜含短絨羅少，長度較整齊。但損傷較長纖維，軋工疵點較多，含有棉結(jié)（束絲），帶纖維籽屑。

鋸齒軋棉機產(chǎn)量高，細絨棉多用此方法

2/1/20238紡織與材料學(xué)院紡織工程系（三）按原棉的色澤分

1、白棉：正常成熟，為紡用棉

2、黃棉：霜黃棉。少量使用。

3、灰棉：雨灰棉，棉鈴開裂時由于日照不足或雨淋，潮濕，霜等原因造成。很少用。

2/1/20239紡織與材料學(xué)院紡織工程系二、棉纖維的形成，形態(tài)和結(jié)構(gòu)

（一）棉纖維的形成

棉纖維是棉屬植物種子表面生成的絨毛——種子纖維，它是胚珠表皮細胞經(jīng)伸長加厚而成的，一根棉纖維就是一個植物單細胞。它的生長特點是：先伸長長度，然后充實加厚細胞壁。整個棉纖維的形成過程可分為三個時期。

1、伸長期：

2、加厚期：

3、轉(zhuǎn)曲期：（用畫圖的方法，介紹生長特點，為下面的形態(tài)、結(jié)構(gòu)內(nèi)容做好鋪墊）

2/1/202310紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）形態(tài)特征

1、縱向：具有天然轉(zhuǎn)曲，可見中腔。成熟度不同，形態(tài)和可紡性不同。見P24圖1-3

2、截面：棉纖維沿長度方向截面的形狀和面積都有很大變化。見P24表1-4，P25圖1-4。纖維截面形狀隨成熟程度不同而不同，正常成熟的棉纖維橫截面呈腰園形，并可見中腔，未成熟的纖維橫截面呈扁環(huán)狀，胞壁薄，中腔長，過成熟的纖維截面呈近圓形，中腔園而小。

2/1/202311紡織與材料學(xué)院紡織工程系總體形態(tài)特征如下圖：

2/1/202312紡織與材料學(xué)院紡織工程系（三）結(jié)構(gòu)

由于棉纖維生長過程中，纖維素每天淀積一層，所以，纖維由外向內(nèi)許多同心層組成。大體可分為三個部分：見P25圖1-5。

1、初生層：棉纖的外層，即在伸長期所長成的初生胞壁和外表皮。外表皮是一層蠟質(zhì)與果膠。初生層胞壁呈原纖網(wǎng)狀螺旋結(jié)構(gòu)。厚約0.1-0.2μm。

2、次生層：位于初生層的下面，占棉纖維的絕大部分，是棉纖維的主體。呈原纖變向螺旋結(jié)構(gòu)

2/1/202313紡織與材料學(xué)院紡織工程系3、中腔：棉纖維停止生長后遺貿(mào)下來的空隙。在壁內(nèi)面了附有原生質(zhì)干燥后的固整殘留物。

在棉纖維橫截面上，次生胞壁在各部位處的結(jié)構(gòu)顯著不同，主要表現(xiàn)為堆砌密度的差異。如下圖所示：

這種結(jié)構(gòu)上的纖維素對稱型密度不勻堆砌狀態(tài)稱之為：雙邊結(jié)構(gòu)，即兩個最密點連成的直線兩邊密度是一大一小。A區(qū)最密，B區(qū)比C區(qū)密

2/1/202314紡織與材料學(xué)院紡織工程系三、原棉的性能與檢驗

原棉的性能要通過檢驗才能知曉，從而確定原棉的質(zhì)量。對商業(yè)貿(mào)易來講，是按質(zhì)論價的需要，對紡織廠來說，是為了充分掌握原棉的性能，達到合理使用原料，提高成紗質(zhì)量（制定工藝參數(shù)）和產(chǎn)量，實現(xiàn)“優(yōu)棉優(yōu)價、優(yōu)棉優(yōu)用、粗糧細做、合理搭配、增強效益”的目的。人們通過多年的不斷探索，不斷實踐，總結(jié)出了一套手感目測，儀器檢驗，單嘜試紡三者相結(jié)合的綜合檢驗方法，以全面了解原棉性能。三結(jié)合的具體內(nèi)容：業(yè)務(wù)檢驗、物理性能（常規(guī)）檢驗、逐包檢查及單嘜試紡。

2/1/202315紡織與材料學(xué)院紡織工程系（一）商業(yè)檢驗（業(yè)務(wù)檢驗）

四項內(nèi)容：品級、長度、水分、雜質(zhì)疵點，檢驗突出一個‘快’字。

1、品級檢驗：按成熟度、色澤特征、軋工質(zhì)量將細絨棉分為七級，1級最好，1-5級為紡用棉。細絨棉分五級，一級最好。實物標(biāo)準是最低標(biāo)準。

2、長度檢驗：用手扯法來測定，以手扯長度為計價的依據(jù)，每2mm為一價格差。（誤差由國家長度標(biāo)準棉來校準）

3、水分檢驗：常用電阻式測濕儀快速測定。公定含水率10%。

2/1/202316紡織與材料學(xué)院紡織工程系4、雜質(zhì)疵點：收購以時常用手工和目測法估算，或用纖維雜質(zhì)分析機測定。

雜質(zhì)——夾雜的非纖維性物質(zhì)，如：泥紗，枝葉，棉籽，破籽，蟲屎等。

疵點——原棉中含有的有害紡紗的纖維性物質(zhì)，如，索絲，棉結(jié)，軟籽表皮，帶纖維籽屑，黃根等。

2/1/202317紡織與材料學(xué)院紡織工程系在準確分析時，常用以下指標(biāo)：

原棉含雜率=

標(biāo)準規(guī)定的公定含雜率：皮輥棉為3%，鋸齒棉2.5%。（%）[反映制成率和質(zhì)量]2/1/202318紡織與材料學(xué)院紡織工程系疵點用手揀的方法。取10~20g代表性棉樣，分類揀出各類疵點，計算含有粒數(shù)和重量百分數(shù)。

疵點率=

疵點數(shù)=疵點的詳細分類見：教材第63頁×100（%）（粒/100g）

2/1/202319紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）物理性能檢驗（常規(guī)檢驗）用專門的儀器進行檢驗，在實驗室內(nèi)進行

1、長度：

（1）概念：①伸直長度：伸直纖維兩端間的距離

②自然長度：自然伸展時兩端間的距離。相當(dāng)于手扯長度。

2/1/202320紡織與材料學(xué)院紡織工程系

這種分布反映了原棉的長短及整齊度的高低。而長短與整齊度決定著成紗質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)效率的高低及工藝參數(shù)的制定。簡述其關(guān)系

（2）長度分布與工藝的關(guān)系2/1/202321紡織與材料學(xué)院紡織工程系（3）長度指標(biāo)的測定：

長度測量意義重大，但為了反映整批原棉的長度全貌，用一個指標(biāo)是不行的，只能多個指標(biāo)綜合表達，某一指標(biāo)只代表某一長度特征。不同的測量方法各項長度指標(biāo)的含義也不同，目前普遍使用的長度指標(biāo)有以下幾個。此處只介紹概念，具體計算在實驗課解決。

①主體長度；②平均長度（注意“權(quán)”的介紹）；③品質(zhì)長度（為什么叫品質(zhì)長度）；

④短絨率；⑤均方差；⑥變異系數(shù)。

2/1/202322紡織與材料學(xué)院紡織工程系測量長度的儀器和方法很多，可根據(jù)不同需要，不同場合來選用，這里簡單介紹幾種：（原理，所測結(jié)果）

A、遂根測量——基礎(chǔ)方法

B、羅拉式長度分析儀（朱可夫長度儀）

C、梳片式長度分析儀

D、光電長度儀（手扯長度儀，照影機）

E、YG081纖維長度分析儀（電容式）

2/1/202323紡織與材料學(xué)院紡織工程系2、細度：

（1）概念：纖維的直徑或截面面積的大小。

（2）細度與成紗質(zhì)量

（3）細度指標(biāo)：

由于直徑無法正確表達棉纖維的粗細，而截面面積的測量費時費力，制做樣片也較難，所以在實際工作中，我們常采用間接指標(biāo)來達：由于歷史的原因，形成了許多指標(biāo)，我國目前規(guī)定細度法定計量單位為特克斯。

2/1/202324紡織與材料學(xué)院紡織工程系特克斯：單位長度（1000米）纖維的質(zhì)量數(shù)（克）(分特克斯，符號含義)

（特克斯）

旦尼爾：(旦)

2/1/202325紡織與材料學(xué)院紡織工程系公制支數(shù)：

（公支）

馬克隆尼值M：用馬克隆尼氣流儀測得的綜合表達棉纖維細度與成熟度的指標(biāo)。值越大，纖維越粗。

2/1/202326紡織與材料學(xué)院紡織工程系（4）細度測定：（原理、指標(biāo)）

①中段切斷稱重法（注意教材第25頁圖1-4的介紹）

②氣流儀法

③其它方法：

A：測長稱重法（單根）B顯微放大投影法（寬度、截面積）

2/1/202327紡織與材料學(xué)院紡織工程系3、成熟度：

（1）概念：棉纖維細胞壁的加厚程度。越厚，成熟越高，這是棉纖維所獨有的一個物理性能指標(biāo)，是一個反映內(nèi)在質(zhì)量的綜合指標(biāo)。棉纖維的幾乎所有性能都與它有密切關(guān)系。見教材第23頁圖1-2。

成熟程度與品種、生長條件的關(guān)系，成熟度的高低與紡紗工藝、成品質(zhì)量的關(guān)系，請同學(xué)們自學(xué)。

2/1/202328紡織與材料學(xué)院紡織工程系（2）成熟度的表達

①成熟度系數(shù)：

②平均成熟度系數(shù)

③未成熟纖維（百分率、含量）（令M=0～5，線性回歸后得此式）2/1/202329紡織與材料學(xué)院紡織工程系（3）成熟度的測量

①中腔胞壁對比法：最基本的測試方法。（見教材第51頁圖1-17）

②偏振興法：

A、偏光顯微鏡法：用干涉的顏色判別

B、偏光成熟度儀：成熟度不同偏振光透過率不同，得平均成熟度等數(shù)。

③氣流儀法

④18%NaOH膨脹法

2/1/202330紡織與材料學(xué)院紡織工程系4、強度：

（1）概念：強力：纖維拉伸到斷裂所需的外力。強度：拉斷單位細度纖維所需的外力。

（采用多根測量和束方式測量的原因、差異）

（2）指標(biāo)：（單纖維）斷裂長度。單位是千米，但表示的是纖維的相對強弱。定義：自身重力等于纖維斷裂強力時纖維所具的長度。（千米）

2/1/202331紡織與材料學(xué)院紡織工程系（3）測量：

①擺錘式（Y162）束纖維強力機（注意：實測值、真實值、斷裂不同時性，學(xué)習(xí)一種思維方式）

②卜氏強度機

③斯特洛強力儀

④單纖維強力儀

2/1/202332紡織與材料學(xué)院紡織工程系5、天然轉(zhuǎn)曲：

棉纖維的外形特征之一，轉(zhuǎn)曲的存在，使抱合力增大，有利于紡紗，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。形成的原因主要在于：棉纖維生長發(fā)育過程中微原纖集體性沿纖維軸向的螺旋變向所致。

其指標(biāo)的應(yīng)用和測量在企業(yè)中很少見。

2/1/202333紡織與材料學(xué)院紡織工程系6、綜合檢驗與可紡性能：

在紡織廠為了切實掌握原棉性能，搞好混配棉、工藝設(shè)計和操作管理，普遍采用手感目測、儀器檢驗，單嘜試紡結(jié)合的方法。

（1）手感目測：可結(jié)合評定和手扯花度來進行，通過人體感覺器官進行原棉性能檢驗，是一種快速面廣的檢驗方式，但建立于長期經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。如用手扯、手捏、手摸、耳聽、鼻聞等。主要評價：長度及整齊度，強度，彈性，成熟度，色澤，抱合力，柔軟性，雜質(zhì)疵點及其他質(zhì)量問題等。

可在實驗車間現(xiàn)場進行（逐包檢驗）

它檢驗面廣，快速代表性強，但人的主觀影響大，一般無具體數(shù)據(jù)。

2/1/202334紡織與材料學(xué)院紡織工程系（2）儀器檢驗：實驗室專門儀器進行單項性測試，如長度、細度……，結(jié)果準確，可靠、穩(wěn)定（重觀性好），人為因素少。但代表性較差，費時，且需專門儀器和經(jīng)過訓(xùn)練的技術(shù)人員。

（3）單嘜試紡

其結(jié)果可直接利用，可測得其它方法不能或無法檢驗的內(nèi)容，試驗成本高，費時費力，一般只在新品種投產(chǎn)時才做，現(xiàn)在有小型試紡機，可加工棉花50g。三個方法各有長短，三者相結(jié)，可全面了解原棉特性。

2/1/202335紡織與材料學(xué)院紡織工程系7、其他性能：

（1）物理性能

①光學(xué)性能

②熱學(xué)性能

③電學(xué)性能

④密度

⑤服用性能：優(yōu)點：吸濕好，透氣，保暖，抗溶，染色好……。

缺點：耐用差，抗皺免燙差，外觀保持性差，易發(fā)霉，彈性差……。

2/1/202336紡織與材料學(xué)院紡織工程系（2）化學(xué)性能：

①水的作用：不溶于水，但會膨脹，縱：1-2%，橫40-45%

②酸的作用：酸會使纖維素水解，或發(fā)生酯化反應(yīng)，對棉纖維的破壞能力，隨強解，濃度，時間，溫度的變化而變化。不耐酸。

2/1/202337紡織與材料學(xué)院紡織工程系③堿的作用：纖維在堿中很穩(wěn)定，不會被破壞，當(dāng)鈉濃度達10%以上，才發(fā)生膨脹，此時若施加強力，則纖維會出現(xiàn)絲光一絲光外觀，但當(dāng)有氧或空氣存在時，堿會使纖維發(fā)生氧化反應(yīng)，而逐步降解破壞?？衫脡A的這些特殊作用機理對棉纖維進行變性處理：如提高強度，吸濕少，染色少，光澤和尺寸穩(wěn)定性。

2/1/202338紡織與材料學(xué)院紡織工程系④氧化劑的作用：氧化劑會使纖維素發(fā)生降解破壞，特別在堿性條件下更嚴重。

⑤微生物的作用：在潮濕條件下，微生物極易繁殖，他們會分泌出纖維酶和酸，使纖維變質(zhì)變色而破壞。

⑥有機溶劑的作用：不溶于一般溶劑，但會與有些有機酸發(fā)生酯化，酢化反應(yīng)。具體見教材第30～31頁的反應(yīng)式。

2/1/202339紡織與材料學(xué)院紡織工程系第二節(jié)：麻纖維一、麻纖維的種類

它有韌皮纖維和葉纖維兩大類，所以麻纖維是韌皮纖維和葉纖維的總稱。

韌皮纖維：雙子葉植物莖的韌皮層內(nèi)部叢生成束的纖維。如：

苧麻、亞麻、黃麻、大麻、苘麻、蕁麻、羅布麻等

2/1/202340紡織與材料學(xué)院紡織工程系葉纖維：單子葉植物的葉鞘和葉身內(nèi)的維管束纖維，如劍麻、蕉麻、菠蘿麻等。

屬于麻類的植物品種相當(dāng)多，用于紡織的有十多種。韌皮纖維中的苧麻、亞麻是優(yōu)良的麻種，其纖維沒木質(zhì)化，強度高，伸長小，柔軟細長，可紡性能好，是織造夏季衣料的良好材料。用它們織成的織物挺括，吸汗，不貼身，透氣，涼爽。

黃麻、大麻、洋麻等纖維較粗，且短，適宜于包裝材料：麻袋、麻繩等。

2/1/202341紡織與材料學(xué)院紡織工程系對于葉纖維來講，經(jīng)濟上有實用價值的品種主要為：劍麻和蕉麻，這類纖維比較粗硬，也稱硬質(zhì)纖維，因纖維細胞壁已木質(zhì)化，長度較長，伸長小，強度好，耐腐蝕，耐海水浸泡，常用于做航船和礦井用的繩纜，也可編粗麻袋或包裝用布，合成纖維的出現(xiàn)，麻制纜繩正逐漸被取代，此類纖維在紡織上幾乎不用，所以這里就不做進一步的介紹了。

2/1/202342紡織與材料學(xué)院紡織工程系麻纖維的使用在我國已有幾千年的歷史，最在公元前4000年前就開始采用苧麻纖維作為紡織原料（中國草），埃及人利用亞麻纖維纖維已有8000年的歷史，麻的應(yīng)用要比棉早得多，而且麻紡設(shè)備與毛紡設(shè)備比較接近。

二、麻纖維的化學(xué)組成：

麻與棉同是天然纖維素，所以化學(xué)組成差不多，只是各種成份的比例不一樣而己。

2/1/202343紡織與材料學(xué)院紡織工程系麻纖維的化學(xué)組成（%）成份麻別苧麻亞麻黃麻纖維素65-7570-8057-60半纖維素14-1612-1514-17木質(zhì)素0.8-1.52.5-510-13果膠4-51.4-5.71.0-1.2水溶物4-8

脂、蠟質(zhì)0.5-1.01.2-1.80.3-0.6灰分2-50.8-1.20.5-1.5半纖維素：木糖或甘露糖等組成的多糖的總稱（多縮戊糖）

2/1/202344紡織與材料學(xué)院紡織工程系三、麻纖維的形態(tài)特征

這里主要介紹一定苧麻、亞麻、黃麻這三個大量使用的麻纖維

（一）橫截形態(tài)特征