棉纖維主要組成物質(zhì)是纖維素,其余為纖維素伴生物。棉纖維素及其伴生物的含量取決于棉纖維的成熟程度。完全成熟的棉纖維其纖維素的含量約占棉纖維總重的94%;左右,伴生物含量較少。
按棉花的品種分類
⑴細(xì)絨棉:又稱陸地棉。纖維線密度和長度中等,一般長度為25~35mm,線密度為2.12~1.56 dtex(4700~6400公支)左右,強(qiáng)力在4.5cN左右。中國種植的棉花大多屬于此類。
⑵長絨棉:又稱海島棉。纖維細(xì)而長,一般長度在33mm以上,線密度在1.54~1.18dtex(6500~8500公支)左右,強(qiáng)力在4.5cN以上。它的品質(zhì)優(yōu)良,主要用于編制細(xì)于10tex的優(yōu)等棉紗。中國種植較少,除新疆長絨棉以外,進(jìn)口的主要有埃及棉、蘇丹棉等。
此外,還有纖維粗短的粗絨棉,已趨淘汰。
按棉花的初加工分類
從棉花中采得的是籽棉,無法直接進(jìn)行紡織加工,必須先進(jìn)行初加工,即將籽棉中的棉籽除去,得到皮棉。該初加工又稱軋花。籽棉經(jīng)軋花后,所得皮棉的重量占原來籽棉重量的百分率稱衣分率。衣分率一般為30~40%。按初加工方法不同,棉花可分為鋸齒棉和皮輥棉。
⑴鋸齒棉:采用鋸齒軋棉機(jī)加工得到的皮棉稱鋸齒棉。鋸齒棉含雜、含短絨少,纖維長度較整齊,產(chǎn)量高。但纖維長度偏短,軋工疵點(diǎn)多.細(xì)絨棉大都采用鋸齒軋棉。
⑵皮輥棉:采用皮輥棉機(jī)加工得到的皮棉稱皮輥棉。皮輥棉含雜、含短絨多,纖維長度整齊度差,產(chǎn)量低。但纖維長度操作小,軋工疵點(diǎn)少,但有黃根。皮 軋棉適宜長絨棉、低級(jí)棉等。
按原棉的色澤分類
⒈白棉 正常成熟、正常吐絮的棉花,不管原棉的色澤呈潔白、乳白或淡黃色,都稱白棉。棉紡廠使用的原棉,絕大部分為白棉。
⒉黃棉 ;棉花生長晚期,棉鈴經(jīng)霜凍傷后枯死,鈴殼上的色素染到纖維上,使原棉顏色發(fā)黃。黃棉一般屬低級(jí)棉,棉紡廠僅有少量應(yīng)用。
⒊灰棉 ;生長在多雨地區(qū)的棉纖維,在生長發(fā)育過程中或吐絮后,如遇雨量多、日照少、溫度低,纖維成熟就會(huì)受到影響,原棉呈現(xiàn)灰白色,這種原棉稱為灰棉?;颐迯?qiáng)度低、質(zhì)量差,棉紡廠很少使用。
⒋彩棉 ;彩棉是指天然具有色彩的棉花,是在原來的有色棉基礎(chǔ)上,用遠(yuǎn)緣雜交、轉(zhuǎn)基因等生物技術(shù)培育而成。天然彩色棉花仍然保持棉纖維原有的松軟、舒適、透氣等優(yōu)點(diǎn),制成的棉織品可減少少許印染工序和加工成本,能適量避免對(duì)環(huán)境的污染,但色相缺失,色牢度不夠,仍在進(jìn)行穩(wěn)定遺傳的觀察之中。
2形態(tài)特征
在顯微鏡下觀察可發(fā)現(xiàn),棉纖維縱向呈扁平的轉(zhuǎn)曲帶狀,封閉的一端尖細(xì),生長在棉籽上的一端較粗且敞口。棉纖維的橫斷面由許多同心層組成,主要有初生層、次生層、中腔三個(gè)部分。
⒈初生層 是棉纖維的外層,即纖維細(xì)胞的初生部分。初生層的外皮是一層蠟質(zhì)與果膠,表面有深深的細(xì)絲狀皺紋。初生層很薄,纖維素含量不多。纖維素在初生層中呈螺旋形網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
⒉次生層 棉纖維的初生層下面是一薄層次生細(xì)胞,由微原纖緊密堆砌而成。微原纖與纖維軸呈螺旋狀排列,傾斜角在25度至30度。在這一層中,幾乎沒有縫隙和孔洞。次生層是棉纖維在加厚期淀積形成的部分,幾乎都是纖維素。由于每日溫差的原因,大多數(shù)棉纖維逐日淀積一層纖維素,故可形成棉纖維的日輪。纖維素在次生層中的淀積并不均勻,但均以束狀小纖維的形態(tài)與纖維軸傾斜呈螺旋形,并沿纖維長度方向形成轉(zhuǎn)向,這是棉纖維具有天然轉(zhuǎn)曲的原因。次生層的發(fā)育情況取決于棉纖維的生長條件、成熟情況,它能決定棉纖維主要的物理性質(zhì)。
⒊中腔 棉纖維生長停止后,胞壁內(nèi)遺留下來的空隙稱為中腔。同一品種的棉纖維,中段初生細(xì)胞周長大致相等。當(dāng)次生胞壁厚時(shí),中腔就??;次生壁薄時(shí),中腔就大。當(dāng)棉鈴成熟而示裂開時(shí),棉纖維截面呈圓形,中腔亦成圓形,中腔截面相當(dāng)于纖維截面積的1/2或1/3.當(dāng)棉鈴自然裂開后,由于棉纖維內(nèi)水分蒸發(fā),纖維胞壁干涸,棉纖維截面就呈腰圓形,中腔截面也隨之壓扁,壓扁后的中腔截面僅為纖維總面料的10%左右。
3組成性質(zhì)
棉纖維的主要成份是纖維素,纖維素是天然高分子化合物,纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式由α葡萄糖為基本結(jié)構(gòu)單元重復(fù)構(gòu)成,其元素組成為碳44.44%、氫6.17%、氧49.39%。棉纖維的聚合度在6000~11000間。此外,棉纖維還附有5%左右的其他物質(zhì),稱為伴生物,伴生物對(duì)紡紗工藝與漂練、印染加工均有影響。棉纖維的表面含有脂蠟質(zhì),俗稱棉蠟,棉蠟對(duì)棉纖維具有保護(hù)作用,是棉纖維具有良好紡紗性能的原因之一,但在高溫時(shí),棉蠟容易熔融。所以棉布容易繞羅拉、繞膠輥。經(jīng)脫脂處理,原棉吸濕性增加,吸水能力可達(dá)本身重量的23~24倍。
長度
棉纖維的長度主要取決于棉花的品種、生長條件和初加工。通常細(xì)絨棉的手扯長度平均為23~33mm,長絨棉為33~45mm。棉纖維的長度與紡紗工藝及紗線的質(zhì)量關(guān)系十分密切。一般長度越長、長度整齊度越高、短絨越少,可紡的紗越細(xì)、條干越均勻、強(qiáng)度越高,且表面光潔、毛羽少;棉纖維長度越短,紡出紗的極限線密度越高。各種長度棉纖維的紡紗線密度一般都有一個(gè)極限值。
棉纖維長度是指纖維伸直時(shí)兩端間的距離,是棉纖維的重要物理性質(zhì)之一。棉纖維的長度主要由棉花品種、生長條件、初加工等因素決定。棉纖維長度與成紗質(zhì)量和紡紗工藝關(guān)系密切。棉纖維長度長,整齊度好,短絨少,則成紗強(qiáng)力高,條干均勻,紗線表面光潔,毛羽少。
棉纖維的長度是不均勻的,一般用主體長度、品質(zhì)長度、均勻度、短絨率等指標(biāo)來表示棉纖維的長度及分布。主體長度是指棉纖維中含量最多的纖維的長度。品質(zhì)長度是指比主體長度長的那部分纖維的平均長度,它在紡紗工藝中,用來確定羅拉隔距。短絨率是指長度短于某一長度界限的纖維重量占纖維總量的百分率。一般當(dāng)短絨率超過15%時(shí),成紗強(qiáng)力和條干會(huì)明顯變差。此外,還有手扯長度、跨距長度等長度指標(biāo)。
線密度
棉纖維的線密度是指纖維的粗細(xì)程度,是棉纖維的重要品質(zhì)指標(biāo)之一,它與棉纖維的成熟程度、強(qiáng)力大小密切相關(guān)。棉纖維線密度還是決定紡紗特?cái)?shù)與成紗品質(zhì)的主要因素之一,并與織物手感、光澤等有關(guān)。纖維較細(xì),則成紗強(qiáng)力高,紗線條干好,可紡較細(xì)的紗。
成熟度
棉纖維的成熟度是指纖維細(xì)胞壁的加厚程度,即棉纖維生長成熟的程度,它與纖維的各項(xiàng)物理性能密切相關(guān)。正常成熟的棉纖維,截面粗、強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)曲多、彈性好、有絲光、纖維間抱合力大、成紗強(qiáng)力也高。所以,可以將成熟度看成棉纖維內(nèi)在質(zhì)量的一個(gè)綜合性指標(biāo)。
棉纖維的成熟度差異很大,即使正常吐絮后采摘的同一批棉花中,也會(huì)含成熟的與不成熟的纖維。通常講的纖維成熟度,是指一批原棉的平均成熟度。
棉纖維成熟度的高低與紡紗工藝、成品質(zhì)量關(guān)系十分密切,一般來說:
⑴成熟度高的棉纖維能經(jīng)受打擊,易清除雜質(zhì),不易產(chǎn)生棉結(jié)與索絲。
⑵成熟度高的棉纖維吸濕較低,彈性較好,加捻效率較低。
⑶成熟度高的棉纖維在加工過程中飛花和落棉少,成品制成率高。
⑷成熟度中等的棉纖維,由于纖維較細(xì),因而成紗強(qiáng)度高;成熟度過低的棉纖維成紗強(qiáng)度不高;成熟度過高的棉纖維偏粗,成紗強(qiáng)度亦低,但成熟度高的棉纖維在加工成織物后,耐磨性較好。
⑸成熟度高的棉纖維吸色性好,織物染色均勻。薄壁纖維吸色性差,容易在深色織物上顯現(xiàn)白星,影響外觀。
成熟度用成熟度系數(shù)表示,是指棉纖維中段截面恢復(fù)成圓形后相應(yīng)于雙層壁厚與外徑之比的標(biāo)定值。實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)采用中腔胞壁比值法測定,即用可見中腔寬對(duì)可見一側(cè)壁厚的比值來確定。
正常成熟陸地棉的成熟度系數(shù)一般在1.5~2.0,低級(jí)棉的成熟度系數(shù)在1.4以下。從紡紗工藝與成紗品質(zhì)來考慮,成熟度系數(shù)在1.7~1.8時(shí)較為理想。海島棉的成熟度系數(shù)較陸地棉高,通常都在2.0左右。如果種植海島棉的地區(qū)氣溫偏低,則海島棉的成熟度系數(shù)將顯著降低,成熟不良。
強(qiáng)度和彈性
棉纖維的強(qiáng)度是纖維具有紡紗性能和使用價(jià)值的必要條件之一,纖維強(qiáng)度高,則成紗強(qiáng)度也高。棉纖維的強(qiáng)度常采用斷裂強(qiáng)力和斷裂長度表示。細(xì)絨棉的強(qiáng)力為3.5~4.5cN,斷裂長度為21~25km;長絨棉的強(qiáng)力為4~6cN,斷裂長度為30km.由于單根棉纖維的強(qiáng)力差異較大,所以一般測定棉束纖維強(qiáng)力,然后再換算成單纖維的強(qiáng)度指標(biāo)。棉纖維的斷裂伸長率為3%~7%,彈性較差。
吸濕性
棉纖維是多孔性物質(zhì),且其纖維素大分子上存在許多親水性基因(—OH),所以其吸濕性較好,一般大氣條件下,棉纖維的回潮率可達(dá)8.5%左右。
耐酸堿性
棉纖維耐無機(jī)酸能力弱。棉纖維對(duì)堿的抵抗能力較大,但會(huì)引起橫向膨化??衫孟A溶液對(duì)棉布進(jìn)行“絲光”。
此外,棉纖維中還夾著雜質(zhì)和疵點(diǎn),雜質(zhì)有泥沙、樹葉、鈴殼等,疵點(diǎn)有棉結(jié)、索絲等。它們即影響紡織的用棉量,也影響加工和紗部質(zhì)量,所以必須進(jìn)行檢驗(yàn),嚴(yán)格控制。
化學(xué)穩(wěn)定性
由于棉纖維的主要組成物質(zhì)是纖維素,所以它較耐堿而不耐酸。燒堿可使棉纖維劇烈膨化,直徑變大,長度縮短,以致引起棉制品的強(qiáng)烈收縮。此時(shí),若施加張力,限制其收縮,棉制品表面會(huì)變得平整光亮且大大改善染色性能,此加工稱為絲光;若不加張力任其收縮,稱為堿縮。針織物經(jīng)堿縮后會(huì)變得緊密而富有彈性,而且保形性好。酸能使棉纖維強(qiáng)度變差,尤其是強(qiáng)酸濃酸應(yīng)忌用,它可溶于70%以上濃硫酸中,濃鹽酸、濃硝酸對(duì)其強(qiáng)度也有嚴(yán)重影響。
天然卷曲
在顯微鏡中觀察成熟的棉纖維時(shí),可以看到在扁平的帶狀纖維上有許多螺旋形的扭曲,這種扭曲是棉纖維在生長過程中自然形成的,稱為“天然轉(zhuǎn)曲”。天然轉(zhuǎn)曲是棉纖維的形態(tài)特征,可用天然轉(zhuǎn)曲這一特點(diǎn)將棉與其他纖維區(qū)別開。天然轉(zhuǎn)曲一般以單位長度(1cm)中扭轉(zhuǎn)180度的個(gè)數(shù)表示。
一根棉纖維上的轉(zhuǎn)曲數(shù)有多有少,一般成熟正常的棉纖維轉(zhuǎn)曲最多,薄壁纖維轉(zhuǎn)曲很少,過成熟纖維外觀呈棒狀,轉(zhuǎn)曲也少。不同品種的棉花,轉(zhuǎn)曲數(shù)也有差異,一般長絨棉的轉(zhuǎn)曲多,細(xì)絨棉的轉(zhuǎn)曲少。細(xì)絨棉的轉(zhuǎn)曲數(shù)約為39~65個(gè)/cm。棉纖維的轉(zhuǎn)曲方向可沿纖維長度不斷改變,有時(shí)左旋,有時(shí)右旋,稱為轉(zhuǎn)曲的反向,反向數(shù)約為10~17次/cm。天然轉(zhuǎn)曲使棉纖維具有良好的抱合性能與可紡性能,天然轉(zhuǎn)曲越多的棉纖維品質(zhì)越好。
轉(zhuǎn)曲的形成是由于棉纖維生長發(fā)育過程中微原纖沿纖維軸向呈螺旋形排列的結(jié)果。棉鈴開裂前,纖維內(nèi)含有較多水分,纖維不出現(xiàn)轉(zhuǎn)曲;只有當(dāng)棉纖維干涸以后,螺旋排列的微原纖才會(huì)由于內(nèi)應(yīng)力的作用形成轉(zhuǎn)曲。煮沸以后的棉纖維內(nèi)部固有的結(jié)構(gòu)決定了轉(zhuǎn)曲的數(shù)目、方向和位置。棉纖維的轉(zhuǎn)曲較多時(shí),纖維間的抱合作用大,在加工中不易產(chǎn)生破棉網(wǎng)、破卷等現(xiàn)象,有利于纖維的紡紗工藝與成品質(zhì)量,但轉(zhuǎn)曲反向次數(shù)過多會(huì)使棉纖維的強(qiáng)度下降。單位長度中反向次數(shù)多的棉纖維強(qiáng)度較低,反向次數(shù)少的棉纖維強(qiáng)度較高。