棉花基础.docx

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棉花基础

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一、棉纺厂常用的种类与品质

（一）按棉花的品种分

棉花属葵科的棉属，在棉属中又分成许多种。

１、陆地棉

又称细绒棉，因最早在美洲大陆种植而得名，是世界上四个棉花栽培种中最多的品种，占世界棉花总产量的85%以上。

我国陆地棉栽培面积占棉田总数的98%以上。

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。

著名的埃及长绒棉，原属海岛棉系统，品质优良，产量亦高。

现在新疆、上海、和广州地区少量种植。

长绒棉品质优良，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，近年来大部为陆地棉取代。

４、非洲棉

又称草棉，原产非洲，品质与亚洲棉接近，因纤维粗短，已逐渐淘汰。

细绒棉、长绒棉、粗绒棉纤维的性质见表

（二）按棉花的初步加工分

棉花的初加工过程是指籽棉上纤维与棉籽分离的过程，亦称轧棉。

皮辊轧花机加工的皮棉称为皮辊棉；用锯齿轧花机加工的皮棉称为锯齿棉。

１、锯齿轧花一般附有排杂、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。

由于锯齿轧花产量高，一般纺纱用棉大多用锯齿棉。

２、皮辊轧花一般无排杂措施，皮棉含杂较高，由于轧棉时对纤维和棉籽作用缓和，适宜加工长绒棉、低级棉、留种棉。

（三）按原棉的色泽分

１、白棉正常成熟、正常吐絮的棉花，色泽呈洁白、乳白事或淡黄色，都称白棉。

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。

棉纺厂仅有少量应用。

３、灰棉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。

二、棉纤维的生长发育与形态特征

（一）棉纤维的生长与发育

一根棉纤维是一个植物单细胞，它是从胚珠（就是将来的棉籽）的表皮细胞，经过伸长和加厚而形成的。

１、伸长期：

棉花开花后，胚珠表皮细胞开始隆起伸长。

胚珠受精后初生细胞继续生长，同时细胞宽度继续加大，一直达到一定长度。

这一段时期称谓伸长期，为期约２５-３０天。

在伸长期内，主要长长度而胞壁极薄，最后形成有中腔的细长管状物。

２、加厚期：

当纤维初生细胞伸长到一定长度时，就进入加厚期。

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，形成一根两端较细、中间较粗的棉纤维。

加厚期也约为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。

这一时期就称为转曲期。

４、在开花第三天后从胚珠表皮细胞层所发生的纤维初生细胞，往往不久即停止发育，最后成为附在种籽表面的“短绒”

５、胚珠内的卵细胞没有受精，胚珠上的初生细胞就逐渐停止生长，胚珠死亡，成为“不孕籽”。

６、栽培种的遗传基因决定纤维的形态尺寸与结构，生长环境将影响遗传基因的实现，例如，水分充足、白天温度３２度左右，夜间温度２０度左右时，最有利于棉纤维次生胞壁的沉积。

（二）棉纤维的形状特征

１、棉纤维为不同厚薄的管状细胞，截面呈圆形，顶端封闭；中部较粗，两端较细，纤维长度与宽度之比为１０００-３０００。

２、纤维素是以螺旋状原纤形态一层一层地沉积，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纤维的长度方向反复改变，因而当棉铃裂开，纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成所谓“天然转曲”。

转曲方向时左时右，称谓天然转曲的“反向”。

因此，正常成熟的棉纤维，纵向呈转曲的带状，截面呈腰圆形，转曲在纤维中部较多,梢部最少。

成熟低的棉纤维，则纵向呈薄带状，没有或很少转曲，截面扁平。

３、棉纤维的截面结构

⑴、初生层：

是棉纤维的外层，即纤维细胞的初生部分。

初生层的外皮是一层蜡质与果胶，表面有深深的细丝状皱纹。

皱纹的深度和皱纹的间距约为０.５微米，长度为１０微米多。

一般薄壁纤维的皱纹较深，厚壁纤维的皱纹则较平滑。

在外皮之下才是纤维的初生细胞，初生胞壁由风头网状的原纤组成。

初生胞壁与外皮构成棉纤维的外膜，这层外膜与棉纤维的表面性质密切相关。

棉纤维中段初生胞壁外直径随棉花品种不同而异，陆地棉在１８微米左右，海岛棉为１５微米左右。

初生胞壁厚度很薄，约为０.１－０.２微米，重量只占纤维重量的2.5％－2.7％。

棉纤维初生胞壁中的纤维素呈原纤螺旋状结构，与纤维轴倾斜约７０度。

螺旋方向有左旋也有右旋，但沿纤维长度方向并不改变。

⑵、次生层：

棉纤维的初生层下面是一薄层次生胞壁Ｓ1,厚度不到０.１微米，由微原纤紧密堆砌而成。

微原纤与纤维轴呈螺旋状排列，倾斜角在２５度-３０度。

在这一层中，几乎没有缝隙和孔洞。

Ｓ1的下面是另一层次生层Ｓ2，厚约１-４微米。

由基本同心的环状层叠合构成棉纤维的主体，全部为纤维素组成，微原纤与纤维轴的平均螺旋角约为２５度，一根纤维上反向可在５０次以上，不同品种原棉的反向数也可不同。

微原纤为网状结构，相互镶嵌，在微原纤和原纤之间形成空隙，使棉纤维具有多孔性。

次生胞壁的第三层Ｓ3，厚度与Ｓ1接近，不到０.１微米，有与Ｓ2相似的微原纤特征

其内是第四层，还含有非纤维物质及棉纤维细胞干涸后残留的细胞质，细胞核的固体物质包括蛋白质和有机酸等。

初生层和次生层贯穿着一系列的亚微观尺寸的空穴和毛细管。

⑶、中腔：

棉纤维生长停止后，胞壁内遗留下来的空隙称谓中腔。

当次生胞壁厚时，中腔就小：

次生胞壁薄时，中腔就大。

压扁后的中腔截面仅为纤维截面总面积的当１０％左右。

４、棉纤维的双边结构：

棉纤维干涸后压扁扭转成为转曲，截面呈腰圆形，次生胞壁的各个部位在断面结构上有显著不同，这种现象称谓棉纤维的双边结构。

三、棉纤维的化学组成与化学性质

（一）棉纤维的化学组成

1成熟棉纤维的主要成分是纤维素，纤维素是天然高分子化合物，纤维素的化学结构式C6N10O5的构造单元重复构成，即其元素组成为：

碳44.44％、氢6.17％、氧49.39％。

纤维素化学结构的分子式为（C6N10O5）n，n为聚合度，棉纤维的ｎ在６０００-１１０００之间，三个ＯＨ基团分别处在２、３、６三个碳原子上，各构造单元之间依*１－４苷键连接，相邻单基彼此扭转１８０度，因此支配纤维素大分子构象的单体单元为葡萄糖酐，长度为１０.３Å，即纤维素化学结构的恒等周期。

2棉纤维还附有５％左右的其他物质，称谓棉纤维的伴生物伴生物对纺纱工艺与漂练、印染有影响。

棉蜡对棉纤维具有保护作用，是棉纤维具有良好纺纱性能的原因之一，但在高温时，棉蜡容易熔融，以致影响纺纱工艺。

棉布在染整加工前，必须经煮炼以去除棉蜡。

原棉经脱脂处理，吸湿性明显增加。

棉纤维中腔内留有原生质细胞核的残余。

残余物质的颜色随棉花品种而不同，这些颜色决定棉纤维的本色。

（二）棉纤维的主要化学性质

１、酸对棉纤维的作用

酸对纤维素大分子中苷键的水解起催化作用，使聚合度降低。

酸对纤维素作用首先在无定形部分和晶区表面，随着反应的加深，也可使晶区发生从外至里的反应，最后纤维完全解体而水解为葡萄糖。

经部分水解的纤维素称水解纤维素，它是一个不同聚合度的混合物。

纤维素对酸的作用一般比较敏感，但不同酸或同一种酸在不同条件下的作用不完全相同，例如其他条件相同时，强的无机酸如硫酸、盐酸的作用最为剧烈，磷酸较弱，硼酸更弱，有机酸对棉纤维的作用比较缓和，酸的浓度越高，作用越剧烈。

酸在与纤维素作用时，也会形成纤维素的酸根酯，常用于透明印花。

２、碱及液氨对棉纤维的作用

当纤维上有碱存在时，碱将起纤维氧化的催化作用。

纤维素在浓碱下的降解作用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，以免纤维受损。

但利用１８％-２５％的氢氧化钠对棉布进行丝光处理时，如控制恰当，可以达到改善纤维性能的目的，例如提高棉纤维强度、提高吸收染料、水分的能力，改善织物的光泽和尺寸稳定性。

丝光处理提高分子的取向度、降低纤维的结晶度、天然转曲减少，光泽提高。

四、我国棉花生产与品质评定

（一）棉区分布与棉花品质

１、长江流域棉区

多为中熟陆地棉品种。

纤维长度长，棉花亩产高，但由于收摘季节潮湿、多雨，棉花色泽贪偏暗，品级偏低。

２、黄河流域棉区

以中熟陆地棉为主，纤维色泽较长江流域种植的好，品级较高，但成熟度稍低。

是我国棉花产量最高的地区。

３、北部特早熟棉区，由于气温低是我国无霜期短，只能种植早熟陆地棉，棉花产量较低，纤维偏短；但由于全年阴雨天少，日照充分，原棉品级较高，色泽较好。

４、西北内陆棉区

是我国最干旱的地区，种植棉花全*人工灌溉。

南疆地区与吐鲁番盆地夏季气温高、日照充足，有利棉花生长，特别适宜种植长绒棉。

新疆的棉花品质高，质量好，是有希望发展的棉花产区。

５、华南棉区

植棉历史悠久，但这一地区种植的棉花病虫害多，棉花产量不高，质量较差。

（二）棉花品质评定

1、在籽棉收购与皮棉工商交接中，需要对棉花品质进行综合评定，我国棉花的业务检验包括长度、品级、含水含杂四项内容。

其中以长度与品级确定棉花的价格，以含水、含杂确定棉花重量。

2、棉花收购时的长度以手扯长度确定，以后２mm为组距，如２３、２５、２７、２９、３１mm等，长度越长，品行品质越好，价格越高。

3、棉花品级按现行国家标准规定，根据成熟程度、色泽特征、轧工质量将细绒棉分为七级，七级以下为级外棉、棉纺原料一般用一至五级，称为纺用棉。

品级评定采用品级条件与实物标准相结合的方法，实物标准分籽棉、锯齿棉与皮辊棉标准，实物标准需每年更新，以保持年度与标准间的稳定与一致。

4、由于我国棉区分布很广，各棉区自然条件差异较大，多雨地区的棉花色暗，光泽差，人工灌溉地区的棉花，色白、光泽好，因此，根据外观进行分级时，同品级棉花的内在质量差异很大，因此在制造标榜时，必须测定棉花的内在质量以控制各级棉花的质量标准。

5、棉花收购中含水用电阻测湿仪快速测定，含杂则用目光估计，或用纤维杂质分析机测定。

五、原棉性能与检验

（一）长度

１、棉纤维的长度与长度分布

影响棉纤维长度的因素很多，主要有棉花品种，棉花生长条件和初步加工。

皮辊棉由于纤维损伤小，长度相对较长，但短绒率高。

锯齿棉则长度偏短，短绒率低，加工条件不良时，纤维长度更短。

如果将不同长度的纤维进行称重，可作出纤维长度－重量分布曲线，如下图。

棉纤维的长度－重量曲线一般都是右偏曲线。

２、棉纤维长度与纱线质量及纺纱工艺的关系

棉纤维长度与纱线质量的关系十分密切．

⑴、在其他条件相同时,纤维越长,成纱强度越高。

在细纱中，如果纤维与纤维的接触长度长，当纱线受外力作用时，纤维就不易滑脱。

这时使纱线拉断的因素是以纤维拉断为主，滑脱次之，故成纱强度得到提高。

如果纤维强度达到一定数值，则长度对成纱强度影响较小。

⑵、在保证成纱具有一定强度的前提下，棉纤维长度越长，纺出纱的极限细度越细；棉纤维长度越短，纺出纱的极限细度越粗。

长度在２９mm左右的细绒棉，最细可纺１０tex纱，如果要纺１０特以下的细纱，必须采用长绒棉。

长绒棉的最长纤维可纺到３tex。

⑶、纤维长度的整齐度对细纱强度的影响很大。

例如，原棉中短绒率高于１５％时，成纱强度将显著下降。

纤维长度愈长，长度整齐度越高时，细纱条干越好：

纤维长度很短,特别长度整齐度很差时，由于牵伸过程中大量短纤维成为浮游纤维，致使纱线条干恶化，成纱品质下降。

⑷、如果对成纱强度的要求一样，用比较长的纤维纺纱时，可取较低的捻系数。

在细纱中的纤维端露出较少，成纱表面光洁，毛羽也少。

⑸纤维长度与纺纱工艺的关系也十分密切。

从棉纺机台的结构、尺寸到各道工序的工艺参数，都必须与所用原料的长度密切配合。

３、棉纤维的长度指标

长度指标有：

①、主体长度：

是指一批棉样中含量最多的纤维的长度。

在工商交接中，一般都用主体长度作为纤维的长度指标。

②、平均长度：

是指纤维长度的平均值。

一般都用重量加权的平均长度

③、品质长度：

是指棉纺工艺上确定工艺参数时采用的棉纤维长度指标，又称右半部平均长度，即比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度。

品质长度较主体长度长２.５-３.５mm左右。

④、短绒率：

是指纤维长度短于某一长度界限的纤维重量与所试纤维总重量之比。

短绒率是表示棉纤维长度整齐度的一项指标。

（二）、细度

１、棉纤维的截面形态与粗细

纤维的细度一般指纤维截面面积的大小。

由于棉纤维的品种与生长条件不同，其截面形态与大小的差异很大。

海岛棉系统的长绒棉，纤维周长小，表现出截面面积小细度较细、品质优良。

陆地棉系统的细绒棉，则周长较长绒棉大，表现出截面面积较大，细度较粗。

成熟度差的原棉，则表现出纤维胞壁很薄截面很小，这种由于成熟差而较细的纤维，品质不良，纺纱价值不高。

如果将一根棉纤维的截面周长作圆周长画圆，则此圆的直径可作纤维的理论直径.

如图１－１５所示，设Ｄ为理论直径，Ｃ为周长，则用同法求出中腔直径d,计算棉纤维截面面积Ｓ，则

式中δ为胞壁厚度。

棉纤维干涸后截面压扁，胞壁越厚者压扁程度愈小,纤维愈窄；胞壁愈薄者，纤维压扁程度越大，纤维愈宽。

２、纤维细度成纱质量及纺纱工艺的关系

⑴、其他条件不变时，纤维越细，成纱强度越高。

⑵、为保证成纱具有一定强度，细纤维可纺较细的纱。

⑶、纤维越细时，纱的条干不匀率越低。

⑷、纤维越细时，刚性越差，细纤维不宜做起绒织物的起绒纱。

⑸、纤维越细，加工过程中容易扭结或折断，清棉、梳棉处理不当时容易产生大量短纤维，在并条高速牵伸时也易形成大量棉结。

纤维平均细度变细时，由于细纤维的牵伸效率低，会使成品定量偏高。

Ｎm为纤维的细度，Ｎ为成纱的细度。

３、棉纤维的细度指标

有直接的与间接的两种。

直接指标通常用截面积大小来表示；间接表示细度的指标有多种，如特克斯、分特克斯、旦、线密度、公制支数等。

我国细度法定计量为特克斯。

（三）、棉纤维的成熟度

纤维细胞壁的增厚程度，胞壁愈厚，成熟愈好，成熟度与棉花品种、生长条件有关，特别受生长条件的影响。

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。

通常讲的纤维成熟度，是指一批原棉的平均成熟度。

⑴、成熟度高的纤维，不易产生棉结与索丝。

⑵、成熟度高的纤维，吸湿较低，弹性较好，加捻效率高

⑶、成熟度高的纤维，在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高。

⑷、成熟度中等的纤维，由于纤维较细，因而成纱强度高；但成熟度高提棉纤维，耐磨性较好。

⑸、成熟度高的棉纤维吸色性好，织物染色均匀。

加一级红补偿器使光程差增加５５０nm，使干涉色的变化，非常明显。

只有当纤维的双折射率相同时；纤维周长差异不大时，光程差才能真正反映胞壁厚度即成熟度的高低，因此利用偏振光检验棉纤维成熟度，只能在品种的性能差异不很大时才适用。

（四）、强度

棉纤维在纺纱过程是要不断受到外力的作用，纤维具备一定的强度是纤维具有纺纱性能的必要条件之一。

如果其它条件一样，纤维强度高者纺成纱的强度亦高，纤维强度低者纺成纱的强度亦低。

（五）、天然转曲

一根成熟棉纤维在显微镜中观察时，可以看到象扁平的带子上有着许多螺旋形的扭曲，这种扭曲是棉纤维在生长过程中自然形成的。

天然转曲一般以单位长度（１cm）中扭转１８０度的个数表示。

⑴、一般成熟正常的棉纤维转曲最多，薄壁纤维转曲很少，过成熟纤维转曲也少。

⑵、长绒棉的转曲多，细绒棉的转曲少。

⑶、细绒棉的转曲数约为每厘米３９－６５次。

沿长度方向不断改变转向，有时左旋，有时右旋，这称为转曲的反向，反向数约为每厘米１０－１７次。

⑷、棉纤维具有天然转曲是使棉纤维具有良好的抱合性能与可纺性能的原因之一，天然转曲越多的棉纤维品质越好。

⑸、煮沸以后的棉纤维，胞壁膨胀，转曲反而近乎消失。

将纤维重新干燥后，转曲又回复原状。

这说明棉纤维内部固有的结构决定了转曲的数目、方向和位置。

天然转曲可以用单位长度中的转曲数或转曲角来表示。

⑹、单位长度中反向次数多的棉纤维强度较低，反向次数少的棉纤维则强度较高。

反向处本身不一定是棉纤维弱环所在，但微原纤的反向确引起了棉纤维的弱环。

（六）原棉的水分、杂质与疵点

原棉含有水分、杂质与疵点，对原棉的重量与性质均有影响。

因此，在原棉交接验收及质量检验中都要测定原棉的水分、杂质与疵点。

１、原棉水分

用回潮率表示。

回潮率表示原棉所含的重量对纤维干重的百分率。

原棉回潮率不同时，称见重量相应变化，回潮愈高，称见重量愈重，商业贸易是必须根据回潮率计算标准重量。

我国原棉的回潮率一般在８％－１３％。

原棉回潮率过高，在贮存过程中易于霉烂变质，在轧棉或清棉、梳棉过程中易于扭结，除杂效率也低。

因此回潮率过高的棉花，在轧棉或开清棉前需要经过干燥处理。

２、杂质与疵点、

杂质是原棉中夹杂的非纤维物质，包括泥沙、枝叶、铃壳、不孕籽、棉籽、籽棉及虫屎、虫浆等。

疵点是原棉中存在的有害于纺纱的纤维性物质，包括索丝、棉结、软籽表皮、黄根、带纤维籽屑等。

杂质与疵点的存在，既影响纺纱的用棉量，也影响纺纱工艺与纱布质量，特别是细小疵点对纱布质量影响很大。

大杂质易落，小杂质难除。

３、杂质的检验：

机检杂质重量＋手检杂质重量

原棉含杂率＝──────────────×１００（％）

棉样重量

根据国家标准，原棉标准含杂率皮辊棉为３％，锯齿棉为２.５％。

实际含杂率不足事超过标准时，原棉重量应按照标准含杂率进行调整。

（七）、原棉纤维性能的综合检验

原棉的纤维性能，是纤维各项性能的综合反映。

原棉性能常规检验的各项指标，均在一定程度上反映了纤维品质的某些方面。

目前在棉纺厂，普遍使用手感目测、仪器检验和单唛试纺的检验方法，切实掌握原棉性能，搞好混棉配棉、工艺设计与操作管理。

１、手感目测检验，可结合原棉品级检验与手扯长度进行。

手感目测法的项目包括：

纤维长度整齐度，原棉的卷曲弹性与压缩弹性，纤维强度，抱合力，柔软性，杂质疵点含量等。

手感目测检验的优点为取样多，速度快，代表性强；但要求检验人员有丰富的经验，熟练的技术，以减少人为误差。

２、仪器检验：

包括长度、细度、强度、成熟度、含水、含杂等的检验。

所有仪器与试验条件必须严格统一，使试验数据有代表性，试验有重演性。

仪器检验的数据比较可*和稳定，但试验数量少，花费时间长。

３、单唛试纺：

单唛试纺采用单一批量的原棉在小型纺纱机台或车间大机上进行纺纱试验，从纺纱细度，成纱强度、条干、结杂以及纺纱过程中产生的问题来最后评定该批原棉的纤维性能，作为原棉混配与工艺措施的参考。

上机试纺可以测定单项指标检验所无法包括的纤维性能，目前最小的单唛试纺机，可以加工５０ｇ的试样。

由于以上三种检验方法都有一定的优缺点，所以三者必须结合起来，进行综合评定，才能比较全面地掌握该批原棉的可纺性与成品质量。

通常棉纺厂对每批原棉都进行手感目测和仪器检验。

单唛试纺由于比较费时，在正常生产中就不一定对每批原棉都进行，得在新棉上市或棉花产地、品种改变时，则必须逐批进行试纺，对进厂原棉的品质做到心中有数。

纺织企业中对棉纤维细度、成熟度和未成熟纤维含量%（IFC%）的分类如下：

成熟度

未成熟纤维含量%（IFC%）

成熟度比（MaturityRatio）

描述

未成熟纤维含量%（IFC%）

描述

低于0.7

不正常

4～8

低（非常成熟）

0.7～0.8

不成熟

8～14

平均水平（成熟）

0.8～1.0

成熟

14～18

高（不成熟）

1.0以上

非常成熟

细度（mtex）

描述

低于125

非常细

125到175

细

175到200

平均

200到250

粗

250以上

非常粗

目前，中国虽已加入世贸组织，但不容忽视的是，近年来一些发达国家以颁布纺织品、服装环保法令，确立绿色标志、环境价值含量等方式设置了种种绿色贸易壁垒，给中国纺织和服装产品出口业带来不小的冲击。

为此，国家环保总局、国家质量监督检验检疫总局等有关专家联合组成了中国环境标志产品认证委员会。

根据国家环保总局发布的《环境标志产品技术要求》，中国纺织服装将大力推行环境标志产品认证，实施对象主要是天然纤维纺织品。

近年来我国有机棉的问世解决了一系列的污染问题，有机棉产品将成为中国打破国际绿色贸易壁垒、开辟出口绿色通道、增加出口创汇的一个亮点。