天然纤维素纤维1

1一些概念: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。天然纤维素纤维2一、棉纤维的组成和形态结构（一）生长1.分类生长环境——棉纤维的形态结构多样品种:•陆地棉（细绒棉）：主要栽培种，我国95%为陆地棉。长23~33mm，宽18~20μm，细度0.15~0.2tex。•海岛棉：又称长绒棉。品质最好，为世界次要栽培品种，长30~60mm，宽14~17μm，细度0.12~0.14tex.3棉桃4棉花56•亚洲棉：粗短，又称粗绒棉。作为种子源保留。•非洲棉：也是粗绒棉，长16~25mm，宽20~25微米，细度0.25~0.4tex。长、短、粗、细相差很大。•一般来说,长度越长，细度越细，品质越好。7按棉花初步加工分：1、皮辊棉：用皮辊式轧棉机加工的皮棉。2、锯齿棉：用锯齿式轧棉机加工的皮棉。产量高，细绒棉多用此方法。按原棉的色泽分：1、白棉：正常成熟，为纺用棉。2、黄棉：霜黄棉。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。82.生长阶段棉纤维从棉籽表皮上细胞突起成长。每根棉纤维就是一个细胞.生长三阶段：延长生长生长期：第15～25天形态：薄壁圆形小管内部充满原生质胞壁增厚加厚期：第30～50天形态：胞壁增厚胞腔缩小原生质转变为纤维素成熟收缩脱水收缩纵向扭曲圆形变成腰子形天然彩色棉的特点与应用国外已成功培育出棕、绿、蓝、黄、红等彩色棉；国内经十年的选育、引进，也培育出棕、绿、黄、红、灰、紫等品系，其中以棕色系和绿色系为主。纤维长度、细度、成熟度等已符合纺织技术要求；产量和颜色稳定性已符合规模播种要求，形成一定种植生产能力。彩色棉与白棉主要物理性能比较1011（二）棉纤维的形态结构初生层与棉纤维的表面性质密切相关，例如棉蜡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炼以除去，保证染色均匀。初生层：即棉纤维在伸长期形成的纤维细胞的初生部分。外皮是一层极薄的蜡质与果胶，表面有细丝状皱纹。12成熟棉纤维的横截面棉纤维瘪缩前、后横截面变化示意图13p6-2——P6-61.棉纤维横截面腰子形或耳状初生胞壁较薄次生胞壁较厚（纤维素主体）中空胞腔沿长度方向截面形状和面积有很大变化。142.纵向形态扁平带状，有天然扭曲，6-10捻/毫米。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。163.棉纤维形态结构模型6-2角皮层：是棉纤维极薄的最外层初生胞壁：厚约0.1～0.2微米，较薄。二者在精练、漂白过程中将被破坏或去除。次生胞壁：作用：棉纤维的主体，占90%组成：纤维素形态：纵向：原纤网状组织横向：日轮(25～40层)胞腔：形态：中空特性：不易染色，强度低棉纤维成熟度越高，胞腔越小，品质越好。17在棉纤维横截面上，次生胞壁在各部位主要表现为堆砌密度差异。如下图所示A区最密，B区比C区密。18（三）棉纤维组成纤维素外，大约还含有6～10%天然杂质：19(四）棉纤维的微观结构大分子结构，超分子结构和形态结构，前两者合称为微观结构。1、棉纤维的大分子结构成熟棉纤维绝大部分由纤维素(天然高分子化合物)组成。其分子式为(C6H10O5)n，结构式如图1所示。20图1纤维素大分子结构式纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖剩基(葡萄糖酐)，彼此以1-4甙键(氧桥)联结而形成的。所以，纤维素大分子的基本链节(基本单元或单基)是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称氧六环。纤维素大分子的空间结构，如图2所示。21图2纤维素大分子空间结构示意图氧六环的空间结构属于椅式结构。每个氧六环(不包括两端)上含有三个游离醇羟基，其中2、3位碳原子上是两个仲醇羟基(=CHOH)，6位碳原子上是一个伯醇羟基(一CH2OH).22纤维素大分子的官能团是羟基和甙链。羟基是亲水性基团，使棉纤维具有一定的吸湿能力；而甙键对酸敏感，所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。2、棉纤维的超分子结构又称聚集态结构。大分子之间依靠分子结合力形成多级的超分子结构。各种单基组成的各种聚合度的直线链状大分子；几根直线链状大分子互相平行，成为结晶态的很细的大分子束，即直径约为1~3纳米的基原纤；若干根基原纤平行排列结合在一起成为直径约为4~10纳米的微原纤；若干根微原纤基本平行地排列结合成直径约为10~30纳米的原纤；由原纤基本平行地堆砌成直径约为0.1~1.5微米的巨原纤；再由巨原纤堆砌成整根纤维。23棉纤维的微观结构认为是由数十个纤维素大分子聚集形成横向尺寸约6纳米的微原纤；由微原纤聚集成横向尺寸约10~25纳米的原纤；再由原纤排列成日轮层；然后形成棉纤维。一般把纤维内大分子链主轴与纤维轴平行的程度叫取向度，正常情况下，细绒棉的倾斜角为30°左右；长绒棉25°左右；粗绒棉35°左右。通常倾斜角度越小，取向度越高，纤维强度越高，断裂伸长率越低。纤维的力学性质、光学性质、溶胀性等都因取向而呈各向异性。24纤维中大分子的排列比较复杂:纤维内某些区域由于大分子的横向吸引使大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少,称为结晶区。另一些区域大分子排列比较紊乱，堆砌比较疏松，称为非结晶区或无定形区。在一根棉纤维中，同时存在着结晶区和无定形区。结晶部分占整根纤维的百分比称为结晶度。(重量结晶度；体积结晶度)。棉纤维结晶度约为70%，即棉纤维内大约有30%的无定形区。棉纤维内结晶结构的最小单元即单元晶格(晶胞)。不同种类的纤维素纤维其晶胞尺寸是不相同的。25图3棉、麻纤维的晶胞结构示意图棉纤维和麻纤维单元晶格的尺寸为a=0.835纳米(8.35Å)，b=1.03纳米(10.3Å),c=0.795纳米(7.95Å)，β=84°，称为纤维素Ⅰ晶胞，如图3所示。。粘胶纤维及丝光处理后的丝光棉纤维其单元晶格的尺寸为a=0.814纳米(8.14Å)，b=1.03纳米(10.3Å),c=0.914纳米(9.14Å)，β=62°，称为纤维素Ⅱ晶胞，如图4所示图4丝光棉、粘胶纤维晶胞结构示意图263原棉性能检验：业务检验、物理性能（常规）检验、逐包检查及单唛试纺。（1）商业检验（业务检验）要求‘快’。1、品级检验：按成熟度、色泽、轧工质量分为七级，1级最好，1-5级为纺用棉。2、长度检验：以手扯长度为计价依据，每2mm为一价格差。3、水分检验：电阻式测湿仪快速测定。公定含水率10%。4、杂质疵点：手工和目测，或用纤维杂质分析机测定。棉花评级时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对照，以实物标准结合品级条件决定棉样品级。28杂质——夹杂的非纤维性物质，如：泥纱，枝叶，棉籽，破籽等。疵点——原棉中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。原棉含杂率=（%）[反映制成率和质量]疵点：取10~20g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=×100（%）29（2）物理性能检验（常规检验）A、长度：①伸直长度：伸直纤维两端间的距离②自然长度：自然伸展时两端间距离。这种分布反映原棉长短及整齐度。（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。31B、细度：（1）概念：纤维直径或截面面积。（2）细度指标：特克斯：单位长度（1000米）纤维的质量数（克）(分特克斯，符号含义)。32C、强度：强度：拉断单位细度纤维所需外力。（单纤维）断裂长度：自重等于纤维断裂强力时纤维的长度。（千米）33D、天然转曲：使抱合力增大，利于纺纱，提高产品质量。E、综合检验与可纺性能：目的：搞好混配棉、工艺设计和操作管理。（1）手感目测：扯、捏、摸、听、鼻闻等。主要评价：长度及整齐度，强度，弹性，成熟度，色泽，抱合力，柔软性，杂质疵点及其他质量问题等。（2）仪器检验：专门仪器，如长度、细度……，（3）单唛试纺小型试纺机，可加工棉花50g。344.纤维素纤维的一些性质•纤维素的降解（退化）反应分子链断裂，聚合度下降，纤维损伤；降解对纤维不利、应该避免。（1）酸对纤维素的作用35•（2）反应机理：甙键的水解反应酸是水解的催化剂——在反应过程中，酸的浓度保持不变反应历程：36•（3）.酸降解对纤维素纤维的影响聚合度降低分子量下降水解产物称为水解纤维素完全水解产物是葡萄糖。37（4）.酸损伤的测定聚合度铜值强度(5).酸降解的一般规律酸性越强，降解越大纤维素纤维对弱有机酸有一定稳定性温度越高，降解越大高温强酸最危险！纤维素对有机酸、低浓低温无机酸有一定稳定性，可小心使用；使用强酸后要充分洗净，不能带酸烘干！385.纤维素氧化(1).氧化产物剧烈氧化：CO2和H2O缓和氧化：氧化纤维素产物一般是混合物(2).氧化特点氧化主要发生在中间醇羟基和末端的甙羟基上，表面上看分子链未断裂，有可能发生“潜在损伤”394041•(3).“潜在损伤”氧化后纤维直接测定强力时无明显下降；用铜铵溶液（碱性）测定时，分子量降低；氧化后的纤维经碱煮处理再测其强力，强力下降。•“潜在损伤”机理——β分裂4243•6、碱对纤维素纤维的作用（1）一般碱作用甙键：耐碱性很强在碱性条件下，纤维素纤维不易发生降解羟基：•CellOH+NaOH—→CellONa(碱纤维素)+H2O•碱一般不会影响纤维素大分子链结构纤维素的耐碱性好！！纤维素染整加工尽量在碱性条件下进行（2）浓碱对纤维素的丝光作用使纤维发生剧烈溶胀改变纤维的超分子结构和形态结构改变纤维的一些物理机械性能44•（3）纤维素的碱氧化作用高温碱性条件下，纤维素会发生损伤原因：高温下，氧气将纤维素氧化，碱有催化作用.氧化纤维素在碱性条件下发生β分裂意义：高温碱性条件时，必须将空气排除或避免与空气接触。实例：棉煮练时要先排出空气再升温45二、棉纤维的主要性质p1401、棉纤维的细度一般长绒棉较细，线密度为1.11～1.43dtex，细绒棉，约1.43～2.22dtex。线密度小，有利于提高成纱强力和条干均匀度，可纺线密度低的纱。2．棉纤维的长度细绒棉手扯长度平均23～33mm，长绒棉为33～45mm。一般长度越长，长度整齐度越高，短绒越少，可纺的纱越细、条干越均匀、强度越高，且表面光洁、毛羽少。3．棉纤维的强力细绒棉强力约为3.5～4.5CN。一般粗纤维的强力高，细纤维的强力低（指相对强力）。棉纤维强力与棉花类别、品种等有关。例如，长绒棉纤维细度很细，但强力却不比细绒棉低，长绒棉的单纤维强力一般在4～6CN，比同等粗细的细绒棉高出很多。棉纤维物理化学性能强度(g/D)干燥时3.0～4.9潮湿时3.0～6.4吸水能力(95％RH)24～27耐热性100℃止耐热性良好105℃所含水份蒸发120℃5hr变黄色160℃开始起脱水作用168℃分解伸度(％)干燥时3～7潮湿时－弹性复原(％)：2％伸长745％伸长45耐旋光性强度降低，有变黄色倾向比重1.54耐酸性遇热的稀酸即分解，冷的浓酸亦分解，但对冷的弱酸不受影响。有机酸类无损于棉。水分率(％)：20℃65％RH7耐碱性氢氧化钠可使膨润，但不受损伤464．棉纤维的化学稳定性耐碱而不耐酸。烧碱可使棉纤维剧烈膨化，直径变大，长度缩短，——丝光，若不加张力任其收缩，称为碱缩。针织物经碱缩后会变得紧密而富有弹性，而且保形性好，不易走样。①水：不溶，膨胀，纵：1-2%，横40-45%②酸：使纤维素水解，或发生酯化反应，对棉纤维破坏。不耐酸。③碱：稳定，当钠