新疆大学：《纺织材料学》课程教学资源（教案讲义）第3章植物纤维.doc_大学文库

结合实验课学习，掌握主要性质的测试方法，熟悉有关国家标准。第一节种子纤维（棉、木棉）一、棉花的基本性状棉花原产热带、亚热带，本是一种多年生木本植物，当棉花逐渐地从热带传到温带以至北纬40~50°的地区时，由于气候的影响和人们长期的选择和培育，形成了今天我们常见的一年生半木本性小树，春季播种，当年开花结果，严寒来临，生命终止，完成生育周期。棉花喜温好光。棉花一生中，对温度要求较高，而且要适宜。发育期间最适宜的温度为25~30℃，低于20℃生长缓慢，高于36℃生长受抑制或停止。不同生育期对温度要求也不同：种子发芽需要10℃以上的气温，气温愈高这过程愈短：幼苗期形成真叶，要求气温达到15~20℃，花蕾期气温宜在25~ 30℃，低于20℃难以形成花蕾，同时日夜温差不宜过大：成熟期所需气温降低，日夜温差宜大，使生长缓和，养分集中于长桃，促进早熟。棉花耐肥耐早性较强。棉花需要一定的营养，对土壤中的各种元素反应很强。土壤中缺氮，会使叶片呈黄绿色，缺铁会使叶片几乎呈白色雾，缺钾叶片光泽不正常，海岛棉的叶片会卷缩。棉花对土质的反应也很明显，在贫瘦或粘性大的士壤上，一般生长不旺，产量不高。棉花比较能耐碱，耐盐，抗酸性不强，但碱性太重和盐渍度太大的土壤，也不适宜栽培棉花。棉花由于具有根深叶茂的特点，所以比较耐早，但也需要一定量的水分。棉花是可塑性很强的作物。棉花植株既纵向生长又横向生长，即主茎向上长，枝、叶、蕾、花、桃横向生长，并且是层列分布。因此，棉花的个体生长的空间和生长力的伸缩性是很大的。大田栽培的棉花，我们可以看到，即使同一品种，有的田块株高1.5米左右，果枝在20个以上，果节在70个以上：有的田块株高仅0.3米左右，果枝不到10个，果节仅20~30个。又如单株培育，植株长得像小树，结桃百余，而一般大田，每株平均有15个桃，己属丰产。由此可见，棉花具有很强的可塑性，栽培环境条件对棉花的生长影响很大。棉花是营养生长与生殖生长共进时间长的作物。棉花与禾本科作物不同，营养生长与生殖生长重叠时间较长，占全生育期三分之二以上。其间一方面不断地长根、茎、枝、叶，一方面又不断地现蕾、开花、结桃、吐絮。稳健的营养生长是生殖生长的物质基础，若营养生长衰弱或过旺，都会抑制生殖生长的正常进行，生殖生长的失常，又会影响营养生长，二者互相影响，互相制约，既矛盾又统一。由于营养生长和生殖生长对外界条件的要求和在体内水分、营养分配与累积均不

结合实验课学习，掌握主要性质的测试方法，熟悉有关国家标准。第一节种子纤维（棉、木棉）一、棉花的基本性状棉花原产热带、亚热带，本是一种多年生木本植物，当棉花逐渐地从热带传到温带以至北纬 40 ～ 50 °的地区时，由于气候的影响和人们长期的选择和培育，形成了今天我们常见的一年生半木本性小树，春季播种，当年开花结果，严寒来临，生命终止，完成生育周期。棉花喜温好光。棉花一生中，对温度要求较高，而且要适宜。发育期间最适宜的温度为 25 ～ 30 ℃，低于 20 ℃生长缓慢，高于 36 ℃生长受抑制或停止。不同生育期对温度要求也不同：种子发芽需要 10 ℃以上的气温，气温愈高这一过程愈短；幼苗期形成真叶，要求气温达到 15 ～ 20 ℃，花蕾期气温宜在 25 ～ 30 ℃，低于 20 ℃难以形成花蕾，同时日夜温差不宜过大；成熟期所需气温降低，日夜温差宜大，使生长缓和，养分集中于长桃，促进早熟。棉花耐肥耐旱性较强。棉花需要一定的营养，对土壤中的各种元素反应很强。土壤中缺氮，会使叶片呈黄绿色，缺铁会使叶片几乎呈白色雾，缺钾叶片光泽不正常，海岛棉的叶片会卷缩。棉花对土质的反应也很明显，在贫瘦或粘性大的土壤上，一般生长不旺，产量不高。棉花比较能耐碱，耐盐，抗酸性不强，但碱性太重和盐渍度太大的土壤，也不适宜栽培棉花。棉花由于具有根深叶茂的特点，所以比较耐旱，但也需要一定量的水分。棉花是可塑性很强的作物。棉花植株既纵向生长又横向生长，即主茎向上长，枝、叶、蕾、花、桃横向生长，并且是层列分布。因此，棉花的个体生长的空间和生长力的伸缩性是很大的。大田栽培的棉花，我们可以看到，即使同一品种，有的田块株高 1.5 米左右，果枝在 20 个以上，果节在 70 个以上；有的田块株高仅 0.3 米左右，果枝不到 10 个，果节仅 20 ～ 30 个。又如单株培育，植株长得像小树，结桃百余，而一般大田，每株平均有 15 个桃，已属丰产。由此可见，棉花具有很强的可塑性，栽培环境条件对棉花的生长影响很大。棉花是营养生长与生殖生长共进时间长的作物。棉花与禾本科作物不同，营养生长与生殖生长重叠时间较长，占全生育期三分之二以上。其间一方面不断地长根、茎、枝、叶，一方面又不断地现蕾、开花、结桃、吐絮。稳健的营养生长是生殖生长的物质基础，若营养生长衰弱或过旺，都会抑制生殖生长的正常进行，生殖生长的失常，又会影响营养生长，二者互相影响，互相制约，既矛盾又统一。由于营养生长和生殖生长对外界条件的要求和在体内水分、营养分配与累积均不

相同，给栽培技术带来了一定的复杂性，表现形式是多种多样的：有前期早发，后期疯长，蕾、桃脱落严重，贪青晚熟，产量低：有的前期旺长，后期早衰，结桃不多；有的前期迟发，后期早衰或贪青等等。所有这些现象，都是营养生长与生殖生长不协调造成的。只有做到前期稳长，早熟不早衰，才能获得优质高产。二、棉花的生长发育过程棉花大多是一年生植物。棉花的一生按生育周期，要经历种子发芽、出苗、主基和枝叶的生长、现蕾、开花、结铃、吐絮等几个时期。这些时期按其生长发育规律可分为五个不同而连续的生育阶段。第一阶段为播种到出苗：第二阶段为出苗到现蕾：第三阶段为现蕾到开花：第四阶段为开花到吐絮：第五阶段为吐絮成熟。棉花各生育期所需时间随品种、特性环境条件及栽培方法而长短不一。一般来讲，我国约在四，五月间开始播种，播种一、二星期后就发芽，以后生长发育很快，最后形成棉株。棉株上的花蕾约在七、八月间陆续开花，开花期可延续一个月以上。花朵受精后就萎谢，花瓣脱落，开始结铃。棉铃由小到大，约45一65天后成熟。这时棉铃外壳变硬，裂开后棉絮外露，称为叶絮。叶絮后就可开始收痛好棉。根据收摘时期的早识，有早期棉、中期棉和晚期棉之分。棉株生长到一定阶段，果枝上就长出花蕾。花蕾内部有一个子房，将来长成棉铃。子房内部有许多胚珠，将来长成种子。每个胚珠的表皮，有很多长条形的细胞，其上发生突起，这种突起的细胞以后成为棉纤维的初生胞壁。每一根棉纤维是一个植物单细胞（有一个细胞核），经过突起、延伸和发展而成。棉纤维是与棉铃、种子同时生长的。当花冠张开之后，胚珠受精之前，它的表皮细胞就发生突起。但胚珠一定要得到受精，才能长成种子，其突起的细胞，一部分长成棉纤维，另一部分成为绒毛即棉短绒（对种子起保护作用）。有些棉花的种子没有绒毛，即光籽，这可能与品种特性有关。未受精的胚珠，只能成为不孕籽，其突起的细胞可以长到10~20毫米，成为不孕籽纤维。一般陆地棉每粒种子上生长的棉纤维数量，大约为10000一15000根，每个棉铃内生长的种子和不孕籽，共约20~40粒，不孕籽的粒数，常占种子数的10~30%。棉纤维的发育是与棉铃的发育同时进行的。棉纤维的发育特点是先伸长，然后充实加厚细胞壁。整个棉纤维的形成过程，可以分为三个时期。 1.棉纤维伸长期棉花开花后，胚珠表皮细胞开始隆起伸长，胚珠受精后初生细胞继续伸长，同时细胞宽度加大，一直达到一定的长度。这一时期称为棉纤维的伸长期，约需25~30天。棉纤维一般在25天左右就可以伸长到应有的长度，见表1一1。表1-1 棉花开花后棉纤维平均长度的变化

相同，给栽培技术带来了一定的复杂性，表现形式是多种多样的：有前期早发，后期疯长，蕾、桃脱落严重，贪青晚熟，产量低；有的前期旺长，后期早衰，结桃不多；有的前期迟发，后期早衰或贪青等等。所有这些现象，都是营养生长与生殖生长不协调造成的。只有做到前期稳长，早熟不早衰，才能获得优质高产。二、棉花的生长发育过程棉花大多是一年生植物。棉花的一生按生育周期，要经历种子发芽、出苗、主基和枝叶的生长、现蕾、开花、结铃、吐絮等几个时期。这些时期按其生长发育规律可分为五个不同而连续的生育阶段。第一阶段为播种到出苗；第二阶段为出苗到现蕾；第三阶段为现蕾到开花；第四阶段为开花到吐絮；第五阶段为吐絮成熟。棉花各生育期所需时间随品种、特性、环境条件及栽培方法而长短不一。一般来讲，我国约在四，五月间开始播种，播种一、二星期后就发芽，以后生长发育很快，最后形成棉株。棉株上的花蕾约在七、八月间陆续开花，开花期可延续一个月以上。花朵受精后就萎谢，花瓣脱落，开始结铃。棉铃由小到大，约 45～65 天后成熟。这时棉铃外壳变硬，裂开后棉絮外露，称为吐絮。吐絮后就可开始收摘籽棉。根据收摘时期的早迟，有早期棉、中期棉和晚期棉之分。棉株生长到一定阶段，果枝上就长出花蕾。花蕾内部有一个子房，将来长成棉铃。子房内部有许多胚珠，将来长成种子。每个胚珠的表皮，有很多长条形的细胞，其上发生突起，这种突起的细胞以后成为棉纤维的初生胞壁。每一根棉纤维是一个植物单细胞(有一个细胞核)，经过突起、延伸和发展而成。棉纤维是与棉铃、种子同时生长的。当花冠张开之后，胚珠受精之前，它的表皮细胞就发生突起。但胚珠一定要得到受精，才能长成种子，其突起的细胞，一部分长成棉纤维，另一部分成为绒毛即棉短绒（对种子起保护作用）。有些棉花的种子没有绒毛，即光籽，这可能与品种特性有关。未受精的胚珠，只能成为不孕籽，其突起的细胞可以长到 10～20 毫米，成为不孕籽纤维。一般陆地棉每粒种子上生长的棉纤维数量，大约为 10000～15000 根，每个棉铃内生长的种子和不孕籽，共约 20～40 粒，不孕籽的粒数，常占种子数的 10～30％。棉纤维的发育是与棉铃的发育同时进行的。棉纤维的发育特点是先伸长，然后充实加厚细胞壁。整个棉纤维的形成过程，可以分为三个时期。 1．棉纤维伸长期棉花开花后，胚珠表皮细胞开始隆起伸长，胚珠受精后初生细胞继续伸长，同时细胞宽度加大，一直达到一定的长度。这一时期称为棉纤维的伸长期，约需 25～30 天。棉纤维一般在 25 天左右就可以伸长到应有的长度，见表 1－1。表 1－1 棉花开花后棉纤维平均长度的变化

开花后天数 691251822450天到成热☐ 米) ■29 棉纤维在伸长期，几乎不向横的方向发育，只在纵向延伸。由于生长条件不同，伸长速度不完全一致，所以，每粒种子上的纤维长度并不一样长。当纤维达到各自的最长限度时停止延伸，结束伸长期。但在构造上仍只有一层初生细胞壁，内部很少加厚，成为薄壁细管状，壁厚约0.3微米，中腔很大，充满着原生质：这种纤维，极少纤维素，毫无纺纱价值。在正常情况下，胚珠表皮细胞层中的细胞成为初生细胞，并不限于同一天内而是在开花受精后10天内陆续发生，早发生的初生细胞发育良好，长度较长，成为具有纺纱价值的棉纤维。开花第三天以后从胚珠表皮细胞层所发生的初生细胞，往往不久即停止发育，因此短而密集，附在种子表面，成为短纤维，或称棉短绒。如果这个胚珠内的卵细胞没有受精，纤维初生细胞就逐渐停止生长，胚珠死亡，成为不孕籽。原来在这个胚珠上开始伸长的表皮细胞，则成为附在不孕籽上的短纤维 2。棉纤维加厚期当纤维初生细胞伸长到一定长度时，就讲入加厚期。这时纤维长度很少再增加，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日增厚，最后形成一根两端较细，中间较粗的棉纤维。加厚期约为25-30天。纤维的加厚生长与环境温度关系较大。纤维素的沉积是在温度较高的时候进行的，在20一30℃的范围内，温度愈高，加厚愈快。如果夜间温度低于20℃，则纤维素沉积就会受到影响，15℃以下纤维加厚就会停止。由于白天和黑夜气温相差很大，纤维素沉积时快时慢，因此在胞壁内形成明显的层次，层次的数目与纤维细胞壁的加厚天数相当，从而形成棉纤维的生长日轮。可见，棉纤维次生胞壁形成时，纤维素沉积具有昼夜周期性。如果在棉纤维加厚时期保持不变的适宜温度，就不会形成生长日轮。棉纤维的成熟系数是指棉纤维中段截面回复圆形后相应于双层壁厚与外径之比。随着胞壁厚度的增加，纤维的中腔、阔度（外直径）差逐渐缩小，纤维的强力、断裂长度、单位长度重量则逐渐增加。因此，纤维的成熟系数和强度说明了棉花品质的好坏。纤维的成热系数高，标志着胞壁厚，中腔小，强力高，颜色亮而发光，品级就高：成热系数低，胞壁薄，中腔大，强力弱，颜色光亮不佳，品级就低。一般早、中期棉花2、3级较多，尾期棉花5,6,7级较多，产生这种差异的主要原因就是纤维的成熟度差异较大。棉纤维平均成熟系数可达2.2以上，单纤维平均强力可达50厘牛或更高些。纤维成熟系数的高低，或者说胞壁加厚的程度，依赖于植株各部分的营养供给（同一品种的大朵棉的纤维成熟度和强力较高）

开花后天数 3 6 9 12 15 18 2l 24 50 天到成熟棉纤维平均长度(毫米) 0.25 2 9 11 16 23 29 30 30 棉纤维在伸长期，几乎不向横的方向发育，只在纵向延伸。由于生长条件不同，伸长速度不完全一致，所以，每粒种子上的纤维长度并不一样长。当纤维达到各自的最长限度时停止延伸，结束伸长期。但在构造上仍只有一层初生细胞壁，内部很少加厚，成为薄壁细管状，壁厚约 0.3 微米，中腔很大，充满着原生质。这种纤维，极少纤维素，毫无纺纱价值。在正常情况下，胚珠表皮细胞层中的细胞成为初生细胞，并不限于同一天内，而是在开花受精后 l0 天内陆续发生，早发生的初生细胞发育良好，长度较长，成为具有纺纱价值的棉纤维。开花第三天以后从胚珠表皮细胞层所发生的初生细胞，往往不久即停止发育，因此短而密集，附在种子表面，成为短纤维，或称棉短绒。如果这个胚珠内的卵细胞没有受精，纤维初生细胞就逐渐停止生长，胚珠死亡，成为不孕籽。原来在这个胚珠上开始伸长的表皮细胞，则成为附在不孕籽上的短纤维。 2．棉纤维加厚期当纤维初生细胞伸长到一定长度时，就进入加厚期。这时纤维长度很少再增加，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日增厚，最后形成一根两端较细，中间较粗的棉纤维。加厚期约为 25-30 天。纤维的加厚生长与环境温度关系较大。纤维素的沉积是在温度较高的时候进行的，在 20～30℃的范围内，温度愈高，加厚愈快。如果夜间温度低于 20℃，则纤维素沉积就会受到影响，15℃以下纤维加厚就会停止。由于白天和黑夜气温相差很大，纤维素沉积时快时慢，因此在胞壁内形成明显的层次，层次的数目与纤维细胞壁的加厚天数相当，从而形成棉纤维的生长日轮。可见，棉纤维次生胞壁形成时，纤维素沉积具有昼夜周期性。如果在棉纤维加厚时期保持不变的适宜温度，就不会形成生长日轮。棉纤维的成熟系数是指棉纤维中段截面回复圆形后相应于双层壁厚与外径之比。随着胞壁厚度的增加，纤维的中腔、阔度(外直径)差逐渐缩小，纤维的强力、断裂长度、单位长度重量则逐渐增加。因此，纤维的成熟系数和强度说明了棉花品质的好坏。纤维的成熟系数高，标志着胞壁厚，中腔小，强力高，颜色亮而发光，品级就高；成热系数低，胞壁薄，中腔大，强力弱，颜色光亮不佳，品级就低。一般早、中期棉花 2、3 级较多，尾期棉花 5，6，7 级较多，产生这种差异的主要原因就是纤维的成熟度差异较大。棉纤维平均成熟系数可达 2.2 以上，单纤维平均强力可达 50 厘牛或更高一些。纤维成熟系数的高低，或者说胞壁加厚的程度，依赖于植株各部分的营养供给(同一品种的大朵棉的纤维成熟度和强力较高)

3.棉纤维转曲期（成熟期）转曲期：棉铃开裂吐絮，棉纤维纤维内水分蒸发棉纤维加厚期结束后，棉铃壳逐渐脱水干燥，成熟的棉纤维膨胀，使棉铃裂开吐絮，吐絮后纤维与空气接触，纤维内水分蒸发，由于纤维细胞壁沉积纤维素时是以螺旋状原纤形态层层分布的，并且螺旋方向时左时右，所以在纤维干涸收缩时胞壁发生扭转，形成不规则的天然转曲。这一时期约为15一20天。形成天然转曲的时期一般在棉铃开始呈现裂缝后的3~4天。未成熟的棉纤维细胞壁薄，几乎没有转曲：过成熟纤维虽然单纤维强力高，但天然转曲少，棉花品质并不好：棉铃吐絮前后纤维横截面见图1一1。棉铃充分开裂后，若棉朵长期挂在那里不收摘，会因日照氧化和风吹雨打降低质量，损失产量。棉铃充分开裂后，纤维发育成熟，种子也同时发育成熟。种子发育成熟的过程，就是质量改变的过程。种子重量的增加，初期速度较快，以后较慢。种子核仁所含油质，初期增加很少，开花后25天含1.5~2%，以后迅速增加，到完全成熟时，可达20%左右。一般陆地棉完全成熟的种子，不易刮掉棉短绒，籽壳呈黑色或棕色，浸入水中能很快下沉，可以做种用，不成熟的种子，容易刮掉棉短绒，籽壳呈黄褐色或嫩黄色，浸水下沉较慢或不沉入水底，不能做种用。这是选种方法之一。并可根据种子的这种特征，鉴别籽棉成熟度的高低，以确定品级高低棉铃合起来么 ⊙ 棉铃打开 C 死纤维没有成热的纤维普通纤维过成热奸维图1-1棉纤维的横截面 100粒籽棉的棉纤维重量（克）叫做衣指。100粒棉籽的重量（克）称为籽指。籽指和衣指都是考核品种优良与否的指标。衣指高，衣分高，单产高，标志品种优良；籽指高，生命力强，生活力强，标志种性好。三、棉纤维的结构与性能 (一)棉纤维的形态结构

3．棉纤维转曲期（成熟期）转曲期：棉铃开裂吐絮，棉纤维纤维内水分蒸发棉纤维加厚期结束后，棉铃壳逐渐脱水干燥，成熟的棉纤维膨胀，使棉铃裂开吐絮，吐絮后纤维与空气接触，纤维内水分蒸发，由于纤维细胞壁沉积纤维素时是以螺旋状原纤形态层层分布的，并且螺旋方向时左时右，所以在纤维干涸收缩时胞壁发生扭转，形成不规则的天然转曲。这一时期约为 15～20 天。形成天然转曲的时期一般在棉铃开始呈现裂缝后的 3～4 天。未成熟的棉纤维细胞壁薄，几乎没有转曲；过成熟纤维虽然单纤维强力高，但天然转曲少，棉花品质并不好。棉铃吐絮前后纤维横截面见图 1－1。棉铃充分开裂后，若棉朵长期挂在那里不收摘，会因日照氧化和风吹雨打，降低质量，损失产量。棉铃充分开裂后，纤维发育成熟，种子也同时发育成熟。种子发育成熟的过程，就是质量改变的过程。种子重量的增加，初期速度较快，以后较慢。种子核仁所含油质，初期增加很少，开花后 25 天含 1.5～2％，以后迅速增加，到完全成熟时，可达 20％左右。一般陆地棉完全成熟的种子，不易刮掉棉短绒，籽壳呈黑色或棕色，浸入水中能很快下沉，可以做种用，不成熟的种子，容易刮掉棉短绒，籽壳呈黄褐色或嫩黄色，浸水下沉较慢或不沉入水底，不能做种用。这是选种方法之一。并可根据种子的这种特征，鉴别籽棉成熟度的高低，以确定品级高低。 100 粒籽棉的棉纤维重量(克)叫做衣指。100 粒棉籽的重量(克)称为籽指。籽指和衣指都是考核品种优良与否的指标。衣指高，衣分高，单产高，标志品种优良；籽指高，生命力强，生活力强，标志种性好。三、棉纤维的结构与性能（一）棉纤维的形态结构图 1-1 棉纤维的横截面

棉纤维是一种细而长的物体。每根成熟的棉纤维，大致可分为基部，中部和顶端三部分。一般顶端封闭，中部略粗，两端略细，纤维长度与宽度之比约为 1000~3000倍。正常成熟的棉纤维，外观上具有天然转曲，即它的纵面呈不规则的而且沿纤维长度不断改变转向的螺旋形扭曲。天然转曲是棉纤维所特有的纵向形态特征，在纤维鉴别中可以从天然转曲这一特征将棉与其他纤维区别开来。天然转曲一般以棉纤维单位长度(1厘米)中扭转半周，即180°的个数表示。细绒棉的转曲数约为39一65个/厘米，比正常成熟的长绒棉少。不成熟的薄壁纤维外观呈扁带状，转曲很少，过成熟的纤维外观呈棒状，转曲也少。天然转曲使棉纤维具有一定的抱合力，有利于纺纱工艺过程的正常进行和成纱质量的提高。但转曲反向次数多的棉纤维强度较低。棉纤维的横截面由许多同心层组成，目前己可区分出六个层次，主要的有初生层，次生层、面结构示意图中脑三个部分，见图1一4 初生层是在棉纤维伸长期形成的，它的外皮是一层极薄的蜡质与果胶，表面有螺旋状条纹，螺旋角大约30°，条纹的深度和间距约为0.5微米，长度在10 微米以上。在外皮之下才是纤维的初生胞壁，由网状的原纤组成，其厚度很薄约为0.1~一0.2微米、初生层与棉纤维表面性质密切相关。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练以除去棉蜡，保证染色均匀。次生层是棉纤维在加厚期沉积而成的部分，几乎都是纤维素，是棉纤维的主体层，又可分为三个层次，如图1一4所示的S1、S2、S3层。纤维素在次生层中沉积并不均匀，以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，螺旋角约为20°~ 30°，并沿纤维长度方向有时左时右的转向。次生层决定了棉纤维的主要物理性质。棉纤维生长停止后遗留下来的内部空隙就是中腔。同一品种的棉纤维外周长大致相等，次生层厚时中腔就小，次生层薄时中腔就大。中腔内留有少数原生质和细胞核残余，对棉纤维颜色有影响。 (二)棉纤维的化学性能主要组成物质是纤维素(C,H0)约占94%，此外，含有多缩戊糖、蜡质、蛋白质、脂肪、水溶性物质、灰分等伴生物。在棉纤维生长过程中，其化学组成是不断变化的，见表1一2。表1-2 细绒棉纤维在牛长过程中化学组成的变化

棉纤维是一种细而长的物体。每根成熟的棉纤维，大致可分为基部，中部和顶端三部分。一般顶端封闭，中部略粗，两端略细，纤维长度与宽度之比约为 1000～3000 倍。正常成熟的棉纤维，外观上具有天然转曲，即它的纵面呈不规则的而且沿纤维长度不断改变转向的螺旋形扭曲。天然转曲是棉纤维所特有的纵向形态特征，在纤维鉴别中可以从天然转曲这一特征将棉与其他纤维区别开来。天然转曲一般以棉纤维单位长度(1 厘米)中扭转半周，即 180°的个数表示。细绒棉的转曲数约为 39～65 个/厘米，比正常成熟的长绒棉少。不成熟的薄壁纤维外观呈扁带状，转曲很少，过成熟的纤维外观呈棒状，转曲也少。天然转曲使棉纤维具有一定的抱合力，有利于纺纱工艺过程的正常进行和成纱质量的提高。但转曲反向次数多的棉纤维强度较低。棉纤维的横截面由许多同心层组成，目前已可区分出六个层次，主要的有初生层，次生层、中腔三个部分，见图 1－4。初生层是在棉纤维伸长期形成的，它的外皮是一层极薄的蜡质与果胶，表面有螺旋状条纹，螺旋角大约 30°，条纹的深度和间距约为 0.5 微米，长度在 10 微米以上。在外皮之下才是纤维的初生胞壁，由网状的原纤组成，其厚度很薄，约为 0.1～0.2 微米、初生层与棉纤维表面性质密切相关。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练以除去棉蜡，保证染色均匀。次生层是棉纤维在加厚期沉积而成的部分，几乎都是纤维素，是棉纤维的主体层，又可分为三个层次，如图 1－4 所示的 S1、S2、S3 层。纤维素在次生层中沉积并不均匀，以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，螺旋角约为 20°～ 30°，并沿纤维长度方向有时左时右的转向。次生层决定了棉纤维的主要物理性质。棉纤维生长停止后遗留下来的内部空隙就是中腔。同一品种的棉纤维外周长大致相等，次生层厚时中腔就小，次生层薄时中腔就大。中腔内留有少数原生质和细胞核残余，对棉纤维颜色有影响。（二）棉纤维的化学性能主要组成物质是纤维素（C6H10O5）约占 94%，此外，含有多缩戊糖、蜡质、蛋白质、脂肪、水溶性物质、灰分等伴生物。在棉纤维生长过程中，其化学组成是不断变化的，见表 1－2。表 1－2 细绒棉纤维在生长过程中化学组成的变化图 1-4 棉纤维截面结构示意图

组成物组成物质含量 0 发5 水溶性物压 40.8 119 4.3 3.09 1.8 .12 纤维素是一种碳水化合物，是在棉花生长过程中由二氧化碳和水经过光合作用而形成的。纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由个葡萄糖剩基，彼此以1-4代键（氧桥）联结而形成的。这个为大分子的聚合度。棉纤维素的聚合度为10000一15000，即它是由10000~一15000个萄萄腰剩基连成一个大分子。纤维素大分子的官能团是羟基(-O)和武键(-0-)。羟基是亲水性基团，使棉纤维具有一定的吸湿能力，而武键对酸敏感，所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。此外，棉纤维素大分子的氧六环之间距离较短，大分子间羟基的作用又较多，故纤维素大分子的柔曲性较差，是属于较僵硬的大分子，棉纤维表现为比较刚硬，初始模量很高，回弹性质有限 1.水和染料的作用棉纤维虽然具有大量的亲水性基团，但它并不溶于水，仅能有限度地膨化。这主要是由于纤维素大分子间存在着较强的氢键和范德华力。当棉纤维被水湿润而膨化后，水只能进入纤维内部的无定形区。棉纤维在水中横截面积增长可达 45~50%,但其长度方向仅增长1~2%，呈各向异性。长时间的蒸汽作用会使纤维强度变弱，并且由于蒸汽中存在着氧气，会使纤维素氧化。当棉纤维用染料进行染色时，通常采用染料的水溶液来进行。其中水分除了用作染料的溶剂外，同时又是纤维的优良膨化剂。由于纤维被水膨化，染料分子才能很好地讲入大分子间的空隙，与大分子结合起来，使棉纤维若色。棉纤维的染色性能很强，一般染料均可染色，成熟好的棉纤维染色均匀，成熟不好的棉纤维染色则差。 2.酸和碱的作用纤维素大分子键中有甙键存在，由于式键对酸特别敏感，对碱的作用都相当稳定，所以棉纤维耐碱而不耐酸。棉纤维在酸的水溶液中或高温水作用下可被水解，在水解过程中形成很多中间产物，称为中间纤维素。强无机酸如硫酸，盐酸，硝酸等，对纤维素的作用特别强烈，磷酸较弱，有机酸如甲酸，乙酸等对棉纤维作用也较弱。一些酸性盐类，如疏酸铝，它的水溶液呈酸性反应，也能引起棉纤维素水解切断分子长链而呈现脆损。酸对棉纤维的作用，随着温度，浓度和时间的增加，破坏程度也加快

纤维素是一种碳水化合物，是在棉花生长过程中由二氧化碳和水经过光合作用而形成的。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，彼此以 1-4 甙键(氧桥)联结而形成的。这个 n 为大分子的聚合度。棉纤维素的聚合度为 10000～15000，即它是由 10000～15000 个葡萄糖剩基连成一个大分子。纤维素大分子的官能团是羟基(-OH)和甙键(-O-)。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。此外，棉纤维素大分子的氧六环之间距离较短，大分子间羟基的作用又较多，故纤维素大分子的柔曲性较差，是属于较僵硬的大分子，棉纤维表现为比较刚硬，初始模量很高，回弹性质有限。 1．水和染料的作用棉纤维虽然具有大量的亲水性基团，但它并不溶于水，仅能有限度地膨化。这主要是由于纤维素大分子间存在着较强的氢键和范德华力。当棉纤维被水湿润而膨化后，水只能进入纤维内部的无定形区。棉纤维在水中横截面积增长可达 45～50％，但其长度方向仅增长 1～2％，呈各向异性。长时间的蒸汽作用会使纤维强度变弱，并且由于蒸汽中存在着氧气，会使纤维素氧化。当棉纤维用染料进行染色时，通常采用染料的水溶液来进行。其中水分除了用作染料的溶剂外，同时又是纤维的优良膨化剂。由于纤维被水膨化，染料分子才能很好地进入大分子间的空隙，与大分子结合起来，使棉纤维着色。棉纤维的染色性能很强，一般染料均可染色，成熟好的棉纤维染色均匀，成熟不好的棉纤维染色则差。 2．酸和碱的作用纤维素大分子键中有甙键存在，由于甙键对酸特别敏感，对碱的作用都相当稳定，所以棉纤维耐碱而不耐酸。棉纤维在酸的水溶液中或高温水作用下可被水解，在水解过程中形成很多中间产物，称为中间纤维素。强无机酸如硫酸，盐酸，硝酸等，对纤维素的作用特别强烈，磷酸较弱，有机酸如甲酸，乙酸等对棉纤维作用也较弱。一些酸性盐类，如硫酸铝，它的水溶液呈酸性反应，也能引起棉纤维素水解切断分子长链而呈现脆损。酸对棉纤维的作用，随着温度，浓度和时间的增加，破坏程度也加快。含量组成物质组成物质含量（%） 25 天 35 天 45 天 60 天 80 天纤维素 40.2 77.9 78.6 85.8 93.9 多缩戊糖 2.9 1.5 1.1 1.07 1.02 蛋白质 5.8 3.4 2.5 1.5 0.9 脂肪与蜡质 4.1 2.3 1.6 1.01 0.6 水溶性物质 40.8 11.9 — 9.8 3.3 灰分 4.3 3.09 2.6 1.8 1.12

棉纤维在常温下用9%以下的碱液处理时，不发生破坏作用。若用17~18% 的碱溶液处理30~90秒钟后，可引起棉纤维横向膨化，呈现丝样的光泽，将碱液洗去后，光泽仍然保持，化学组成基本不变。可利用这种特性对纺织品进行丝光处理。但在高温浓碱溶液下处理，特别是有空气存在时，则碱表现为一种催化剂，加速空气中的氧对纤维素的氧化反应，棉纤维受到破坏。 3.耐溶剂和氧化剂作用棉纤维不溶于一般有机溶剂，如乙醇、乙醚、苯、丙酮、汽油、四氯乙烯等。棉纤维在氧化剂的作用下容易氧化。在炼漂过程中，经常使用的次氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠等漂白剂都是氧化剂。纤维素的氧化主要发生在大分子的氧六环的三个羟基上，但是氧化也可以发生在纤维素大分子末端的潜在醛基上。不同的氧化剂对纤维素的氧化也不同。如亚氯酸钠是选择性的，它只氧化纤维素大分子末端的潜在醛基，不影响大分子的武键，不会降低纤维的强力，而次氯酸钠和过氧化氢是非选择性的，对纤维素的氧化很复杂，处理不好会破坏大分子链以至化学键的断裂。 4.热和光的作用棉纤维与合成纤维不同，没有明显的热塑性，例如软化点，熔点等。热对棉纤维的作用有两种情况，一种是热裂解温度以上的热裂解，即纤维随着温度的升高，在热的作用下，大分子在最弱的键上发生裂解，通常是热裂解和化学裂解（氧化，水解等)同时发生。另一种是热裂解温度以下的热作用，此时用耐热性和热稳定性来表示纤维承受热作用的程度。耐热性是指纤维随温度升高而强度降低的程度。热稳定性是指纤维在一定温度下，强度随时间而降低的程度。一般耐热性好的纤维，热稳定性并不一定好。在天然纤维中，棉纤维的耐热性比较好，但其热稳定性比较差。棉纤维比较耐光。但在强光作用或长时间光照下，纤维素大分子会受损伤。这一方面是因为光线中短波长的紫外线能量大，能破坏纤维素大分子的甙键，另一方面是光、氧气和水分子一起作用，使纤维素产生光氧化 5.微生物的作用棉纤维吸湿性较强，在潮湿的情况下容易孽生微生物，分泌出纤维素酶和酸，使纤维变色，发霉，变质。因此，棉花贮藏以保持较低的含水率和干燥的环境为宜

棉纤维在常温下用 9％以下的碱液处理时，不发生破坏作用。若用 17～18％的碱溶液处理 30～90 秒钟后，可引起棉纤维横向膨化，呈现丝样的光泽，将碱液洗去后，光泽仍然保持，化学组成基本不变。可利用这种特性对纺织品进行丝光处理。但在高温浓碱溶液下处理，特别是有空气存在时，则碱表现为一种催化剂，加速空气中的氧对纤维素的氧化反应，棉纤维受到破坏。 3．耐溶剂和氧化剂作用棉纤维不溶于一般有机溶剂，如乙醇、乙醚、苯、丙酮、汽油、四氯乙烯等。棉纤维在氧化剂的作用下容易氧化。在炼漂过程中，经常使用的次氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠等漂白剂都是氧化剂。纤维素的氧化主要发生在大分子的氧六环的三个羟基上，但是氧化也可以发生在纤维素大分子末端的潜在醛基上。不同的氧化剂对纤维素的氧化也不同。如亚氯酸钠是选择性的，它只氧化纤维素大分子末端的潜在醛基，不影响大分子的甙键，不会降低纤维的强力，而次氯酸钠和过氧化氢是非选择性的，对纤维素的氧化很复杂，处理不好会破坏大分子链以至化学键的断裂。 4．热和光的作用棉纤维与合成纤维不同，没有明显的热塑性，例如软化点，熔点等。热对棉纤维的作用有两种情况，一种是热裂解温度以上的热裂解，即纤维随着温度的升高，在热的作用下，大分子在最弱的键上发生裂解，通常是热裂解和化学裂解(氧化，水解等)同时发生。另一种是热裂解温度以下的热作用，此时用耐热性和热稳定性来表示纤维承受热作用的程度。耐热性是指纤维随温度升高而强度降低的程度。热稳定性是指纤维在一定温度下，强度随时间而降低的程度。一般耐热性好的纤维，热稳定性并不一定好。在天然纤维中，棉纤维的耐热性比较好，但其热稳定性比较差。棉纤维比较耐光。但在强光作用或长时间光照下，纤维素大分子会受损伤。这一方面是因为光线中短波长的紫外线能量大，能破坏纤维素大分子的甙键，另一方面是光、氧气和水分子一起作用，使纤维素产生光氧化。 5．微生物的作用棉纤维吸湿性较强，在潮湿的情况下容易孽生微生物，分泌出纤维素酶和酸，使纤维变色，发霉，变质。因此，棉花贮藏以保持较低的含水率和干燥的环境为宜

1.细绒棉细绒棉一般指陆地棉种中各品系的棉花。纤维长度一般25~一32毫米，细度 1.5~2分特(6500~5000公支)，强力2.9~4.4厘牛。在正常情况下，籽棉棉瓣肥大膨松，呈灰褐色，表面覆有灰白色短绒：纤维膨松、柔软有弹性，色白、洁白或乳白，富有丝光。目前，此类别约占我国棉纤维总产量的98%，占世界棉纤维总产量的85%。可用于纯纺或混纺10~100特(60~6英支)细纱。细绒棉用皮辊轧花机和锯齿轧花机都可进行加工，不易损伤纤维的性能。 2.长绒棉指海岛棉各品种和海陆杂交棉。纤维细长柔软，弹力较小，品质代良，色白乳白或淡黄色，富有丝光。纤维长度在33毫米以上，一般为35~37毫米，细度 1.2一1.4(8500一7000公支)，单纤维强力3.9一4.9厘牛。棉瓣较小，部分棉瓣上有皱纹，棉籽较小，呈黑色无短绒光籽，或带有部分绿色短绒。此类别目前产量较低，我国只有新疆部分地区种植。可用于纺4~10特(120~60英支)的高档纱或特种纱。加工时，只能用皮辊机加工，不适宜锯齿机加工。因长绒棉长度细长，若用锯齿机加工，易损伤纤维的长度和整齐度。 3.粗绒棉指中棉（亚洲棉）和草棉（非洲棉或小棉）各品系的棉花。粗绒棉一般棉瓣紧密、滞硬，形状较小。纤维粗短而富有弹性，色白或呆白，少丝光。纤维长度般在23毫米以下，细度2.5~4分特(4000~2500公支)，强力较大，单纤维强力4.4~6.9厘牛。此类棉纤维因长度短、纤维粗硬，棉籽为白色或黑色，籽壳坚硬。使用价值和单位产量较低，在国内已基本淘汰。 (二)棉花的类型棉花，无论是细绒棉、粗绒棉、长绒棉，又都分为白棉、黄棉和灰棉类型，另外，同一类别的棉纤维根据某些性状的不同，又可划分为几种类型。 1.白、黄、灰棉类型根据棉纤维颜色的不同，可将棉花分为白棉、黄棉和灰棉三种类型正常成熟的棉花称为白棉，纤维呈白色或乳白色，精亮有丝光。晚期棉花因受霜侵袭或其他原因，不能正常发育，成熟度差，纤维呈黄白色，称为黄棉或叫霜后棉。白棉与黄棉因成熟度、杂质、水分和棉籽大小不同，纤维的附着力有异。在进行加工时，配车规格应不同，否则会产生较多的落地棉和拉断纤维。棉纤维

1．细绒棉细绒棉一般指陆地棉种中各品系的棉花。纤维长度一般 25～32 毫米，细度 1.5～2 分特（6500～5000 公支），强力 2.9～4.4 厘牛。在正常情况下，籽棉棉瓣肥大膨松，呈灰褐色，表面覆有灰白色短绒；纤维膨松、柔软有弹性，色白、洁白或乳白，富有丝光。目前，此类别约占我国棉纤维总产量的 98％，占世界棉纤维总产量的 85％。可用于纯纺或混纺 10～100 特(60～6 英支)细纱。细绒棉用皮辊轧花机和锯齿轧花机都可进行加工，不易损伤纤维的性能。 2．长绒棉指海岛棉各品种和海陆杂交棉。纤维细长柔软，弹力较小，品质优良，色白，乳白或淡黄色，富有丝光。纤维长度在 33 毫米以上，一般为 35～37 毫米，细度 1.2～1.4（8500～7000 公支），单纤维强力 3.9～4.9 厘牛。棉瓣较小，部分棉瓣上有皱纹，棉籽较小，呈黑色无短绒光籽，或带有部分绿色短绒。此类别目前产量较低，我国只有新疆部分地区种植。可用于纺 4～10 特(120～60 英支)的高档纱或特种纱。加工时，只能用皮辊机加工，不适宜锯齿机加工。因长绒棉长度细长，若用锯齿机加工，易损伤纤维的长度和整齐度。 3．粗绒棉指中棉(亚洲棉)和草棉(非洲棉或小棉)各品系的棉花。粗绒棉一般棉瓣紧密、滞硬，形状较小。纤维粗短而富有弹性，色白或呆白，少丝光。纤维长度一般在 23 毫米以下，细度 2.5～4 分特（4000～2500 公支），强力较大，单纤维强力 4.4～6.9 厘牛。此类棉纤维因长度短、纤维粗硬，棉籽为白色或黑色，籽壳坚硬。使用价值和单位产量较低，在国内已基本淘汰。（二）棉花的类型棉花，无论是细绒棉、粗绒棉、长绒棉，又都分为白棉、黄棉和灰棉类型，另外，同一类别的棉纤维根据某些性状的不同，又可划分为几种类型。 1．白、黄、灰棉类型根据棉纤维颜色的不同，可将棉花分为白棉、黄棉和灰棉三种类型。正常成熟的棉花称为白棉，纤维呈白色或乳白色，精亮有丝光。晚期棉花因受霜侵袭或其他原因，不能正常发育，成熟度差，纤维呈黄白色，称为黄棉或叫霜后棉。白棉与黄棉因成熟度、杂质、水分和棉籽大小不同，纤维的附着力有异。在进行加工时，配车规格应不同，否则会产生较多的落地棉和拉断纤维。棉纤维

新疆大学：《纺织材料学》课程教学资源（教案讲义）第3章 植物纤维

新疆大学：《纺织材料学》课程教学资源（教案讲义）第3章植物纤维