1、2022年8月16日星期二纺织材料学第二章纺织材料学第二章第二章：天然纤维素纤维第二章：天然纤维素纤维内容提要：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：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。8/16/2022第一节：原棉第一节：原棉第二节：麻第二节：麻8/16/2022第一节第一节 原棉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
2、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）8/16/2022一、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。8/16/2022（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
3、种子源保留。2、非洲棉（草棉）：也是粗绒棉，主体长度1625mm，平均宽度2025mm，细度0.250.4tex。8/16/20223、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2333mm，平均宽度1820m，细度0.150.2tex。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3060mm，平均宽度1417m，细度0.120.14tex。8/16/2022（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
4、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 8/16/2022（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。8/16/2022二、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
5、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）8/16/2022（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1-32、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。8/16/2022总体形态特征如下图：8/16/2
6、022（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0.1-0.2m。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 8/16/20223、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：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
7、，即两个最密点连成的直线两边密度是一大一小。A区最密，B区比C区密 8/16/2022三、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。8/16/2022（一）商业检验（业务检验）四项内容：品级、
8、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%。8/16/20224、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。8/16/2022在准确分析时，常用
9、以下指标：原棉含杂率=标准规定的公定含杂率：皮辊棉为3%，锯齿棉2.5%。（%）反映制成率和质量8/16/2022疵点用手拣的方法。取1020g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=疵点数=疵点的详细分类见：教材第63页100（%）（粒/100g）8/16/2022（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：伸直长度：伸直纤维两端间的距 离 自然长度：自然伸展时两端间的 距离。相当于手扯长度。8/16/2022 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
10、关系 （2）长度分布与工艺的关系8/16/2022（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。主体长度；平均长度（注意“权”的介绍）；品质长度（为什么叫品质长度）；短绒率；均方差；变异系数。8/16/2022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
11、（手扯长度仪，照影机）E、YG081纤维长度分析仪（电容式）8/16/20222、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。8/16/2022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)8/16/2022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。8/16/
12、2022（4）细度测定：（原理、指标）中段切断称重法（注意教材第25页图1-4的介绍）气流仪法其它方法：A：测长称重法（单根）B显微放大投影法（宽度、截面积）8/16/20223、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。8/16/2022（2）成熟度的表达成熟度系数：平均成熟度系数未成熟纤维（百分率、含量）（令M=05，线性回归后得此式）8/16/2022（3）成
13、熟度的测量中腔胞壁对比法：最基本的测试方法。（见教材第51页图1-17）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。气流仪法18%NaOH膨胀法 8/16/20224、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）8/16/2022（3）测量：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）卜
14、氏强度机斯特洛强力仪单纤维强力仪 8/16/20225、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。8/16/20226、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
15、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。8/16/2022（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。8/16/20227、其他性能：（1）物理性能光学性能热学性能电
16、学性能密度服用性能：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。8/16/2022（2）化学性能：水的作用：不溶于水，但会膨胀，纵：1-2%，横40-45%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。8/16/2022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
17、寸稳定性。8/16/2022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。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。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3031页的反应式。8/16/2022第二节：麻纤维第二节：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 8/16/2022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
18、。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。8/16/2022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。8
19、/16/2022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。8/16/2022麻纤维的化学组成（%）成份麻别苎麻亚麻 黄麻纤维素65-75 70-8057-60半纤维素14-1612-1514-17木质素0.8-1.52.5-510-13果胶 4-51.4-5.71.0-1.2水溶物4-8 脂、蜡质0.5-1.01.2-1.80.3-0.6灰分2-5
20、0.8-1.20.5-1.5半纤维素：木糖或甘露糖等组成的多糖的总称（多缩戊糖）8/16/2022三、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）8/16/2022（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。8/16/2022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：8/16/2022四、麻纤维的物理机械性质成份单位 麻别苎麻亚麻黄麻密度克/厘米31.511.531.461.21单纤维长度毫米20250172524单纤维细度微米4012171518公支 110022003500 单纤维强度克/旦7.6 断裂伸长率%3.8324工艺纤维强度 分斤/克25 3040 工艺纤维细度公支11002200400800200450工艺纤维长度厘米45751003508/16/2022
