植物纤维概论.ppt

,第二章 植物纤维 天然纤维素纤维,第一节 棉纤维第二节 麻纤维,内容提要：棉纤维的分类；形态特征及其主要性能特点；各类麻纤维的形态特征及主要性能特点；主要性能指标及检验方法；,3,棉纤维来自于棉花的种子，属于种子纤维，其生长及获取过程如下:,原棉（皮棉）,籽棉,采摘,第一节 棉纤维(cotton fiber),棉铃或棉桃,吐絮,4,几个基本概念籽棉从棉铃中拾取的带籽的棉瓣。原棉亦称皮棉，纺纱原料。籽棉经轧棉机加工，除去棉籽所得的纤维。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）衣分（率）皮棉重量占籽棉重量的百分率（30%40%）。剥桃棉从非自然开裂的棉铃中剥取的棉花。,1.按品种分类（1）细绒棉（陆地棉）：原产于美洲大陆，占总种植面积98%以上，产量高。长度：23-32mm；细度：；单纤强度：根。纺厂的主要原料（2）长绒棉（海岛棉）：原产于美洲西印度群岛，又细又长又结实的棉花，我国新疆盛产长绒棉。长度：33-75mm；细度：；强度：根。是高档棉纺产品的原料。（3）粗绒棉（亚洲棉）：原产于印度，纤维粗短只能纺粗特纱，产量低，纺织价值低，以趋淘汰。长度：15-24mm；细度：；强度：根。（4）草棉（非洲棉）：纤维粗短，停止种植。,（一）棉纤维的分类,(1N=100cN),2.按初加工方法分 初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦称轧棉（y min）。（1）籽棉：带有棉籽的棉花。（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率（3040）。（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉（利用高速旋转的圆盘锯片通过肋条间隙钩拉棉花纤维，使之与棉子分离的机械。）纺纱用棉多为锯齿棉。（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉（橡胶辊将棉纤维扯下来，通过一片固定的刀片来分离纤维与棉籽。）,锯齿棉和皮辊棉的特点：,3.按色泽分（1）白色棉：有白棉（纺织原料，正常成熟）、黄棉（霜冻影响）、灰棉（雨水、气温影响）。（2）彩色棉：天然生长的非白色棉花，有称有色棉。产品不用染色，无污染。,（二）棉纤维的生长发育与形态特征,1、棉纤维的生长发育 整个棉纤维的形成过程可分为三个时期:伸长期、加厚期、转曲期。（1）伸长期：主要增长长度而胞壁极薄，形成有中腔的细长薄壁管状物。（16-25天）（2）加厚期：细胞壁由外向里逐日螺旋淀积纤维素，最后留有中腔，与成熟度有关。（35-55天）（3）转曲期：棉纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成不规则的螺旋形，称为天然转曲。一定条件下形成“短绒”、“不孕籽”。影响棉纤维长度的因素：,品种、生长条件、后加工。,2.棉纤维的形状特征,（1）纵向形态：具有天然转曲的扁平带状。,纵向形态（正常成熟）,“天然转曲”的成因：纤维素以螺旋状原纤形态一层一层沉积，螺旋方向有左也有右，在纤维的长度方向反复改变，当纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成“天然转曲”。天然转曲使棉纤维具有一定的抱合力，有利于纺纱工艺的进行和成纱质量的提高。,薄带状、没有或很少转曲,呈棒状，转曲少见,成熟度低的棉:,过成熟的棉:,（2）横向形态：腰圆形有中腔。,棉纤维的横向形态,正常成熟,截面形态及扁、中腔较大,截面呈圆形、中腔很小的,未成熟的棉：,过成熟的棉：,（3）截面结构,棉纤维的截面由外至内主要由表皮层、初生层、次生层和中腔四个部分组成。,棉纤维结构示意图,表皮层：影响表面性质,（1）棉蜡、果胶和脂肪组成。（2）具有防水和润滑作用，使棉纤维具有良好的适宜于纺纱的表面性能，但棉腊会影响染整加工，应在染整加工前将其去除。,初生层：约束和保护作用,纤维的初生细胞壁，由网状原纤组成。对棉纤维整体起约束和保护作用。,次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质,（1）棉纤维在加厚期淀积而成的部分，几乎都是纤维素。（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉纤维的日轮。（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲有关。（纤维素以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形,在纤维长度方向上有左有右，使得棉纤维有天然转曲。）,日轮,中腔：影响颜色、保暖性等,（1）纤维停止生长后，胞壁内遗留下来的空隙。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。（2）含有少量原生质和细胞核残余，对棉纤维的颜色有影响。,19,（三）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，这种现象称为棉纤维的双边结构。主要表现为堆砌密度的差异，如下图所示。,A区最密，B区比C区密,（四）棉纤维的组成及化学性质,1.组成主要成份：纤维素（葡萄糖剩基以苷键反转180相连），约95%。伴生物：蜡质、糖份、果胶、灰分，占5%左右,纤维素分子式：,纤维素的化学结构：,n：6000-15000,2.化学性质,（1）水的作用：不溶于水，但会膨胀。纵向：1%-2%；横向：40%-45%（织物变厚导致缩水）。（2）碱的作用：在碱中较稳定，不会被破坏。丝光：通常是指棉制品（纱、布）在张紧状态下经浓碱液(NaOH或液氨)处理，以获得持久的光泽，并提高对染料吸附能力的加工过程。,丝光后结构变化：天然转曲消失成为棒状；无定形区有所增加，结晶区有所下降；取向度提高。丝光后性能变化：光泽、染色性改善；强力增大，尺寸稳定性增加；化学性能活泼。单丝光：用纯棉纱织成布后，将布进行丝光后处理。双丝光：纱线经丝光后织成布，再将布进行丝光处理。,丝光棉横向,丝光棉纵向,（3）酸的作用：不耐酸（遇强酸水解或发生酯化反应）,利用该性质可生产涤棉烂花布。涤棉烂花布：涤棉包芯纱织物通过与有花纹的酸滚筒接后制得的半透明织物。,（4）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。（氧化性漂白的条件控制）（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。,（五）棉制品的特性1.具有较好的吸湿透气性，回潮率10左右；2.不是很怕阳光，但过度暴晒会使棉制品产生氧化现象；3.耐虫蛀不耐霉菌，最怕潮湿；4.虽然穿着舒适，但容易起皱，所以大多数洗后需要熨烫。,业务检验 工商交接时进行的检验，或称商业检验。检验项目有品级、（手扯）长度、含水、含杂。（1）品级细绒棉1-7级，3级为标准级，1-5级为纺用棉，7级以下为级外棉。长绒棉1-5级品级评定依据：成熟度、色泽特征、轧工质量评定方法：实物标准结合文字标准（品级条件）,（六）棉纤维的业务检验（品质评定）,实物标准(每年更新),文字标准,（2）（手扯）长度 用手扯法来测定：按照规定的工作法，反复拉扯棉束，把梳理好的棉纤维放在黑绒板上，用钢板尺测量。以1mm分档：25mm,26,31mm（28mm为长度标准级）,（3）含水 棉花收购中用电阻测湿仪快速测定。（4）含杂 棉花中夹杂的非纤维性物质，如泥沙，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。用目光估计，或用纤维杂质分析机测定。,2.唛头代号（原棉质量标识）,唛头代号按类型、品级、长度、马克隆值的顺序标示（六、七级原棉不标马克隆值级）。类型：黄棉“Y”，灰棉“G”，白棉不作标示；品级：“1”、“7”；长度：“25”、“31”；马克隆值：用A、B、C标示；轧工：皮辊棉在质量标识下加“_”，锯齿棉不标。例：229A 2表示2级棉，29表示手扯长度为29mm，马克隆值A级，该棉为锯齿棉白棉。,（七）棉纤维的性能检验,用专门的仪器进行检验，在实验室内进行。对纺织厂来说，是为了充分掌握原棉的性能，以合理使用原料。包括以下几方面：1.长度2.细度3.成熟度4.强度5.天然转曲6.原棉的水分、杂质与疵点7.综合检验,1.长度（1）长度分布 随机取出一束纤维试样，其中各根纤维的长度都是不相等的、长短不齐的。可用棉纤维的自然长度排列图和长度-重量分布曲线直观地表达。如果将一束试样从长到短逐根排列，并使各根纤维的一端在一条直线上，就可得到棉纤维的自然长度排列图。,自然长度排列图（拜氏图）,将不同长度的纤维称重，可作出纤维长度-重量分布曲线，其一般为右偏曲线。,（2）纤维长度与纱线质量的关系,与成纱强度：在一定范围内，长，成纱强度大；整齐度高，强度大；与成纱细度：长，极限细度细（保证强度）；与成纱毛羽：长，毛羽少；与成纱条干：长、整齐度高，条干好。,（3）长度指标与检验（单位mm）手扯长度Lh：按一定手法，整理而得的纤维束的长度。工商交接中按该长度进行结算。主体长度Lm：一批棉样中含量最多的纤维的长度，Lm Lh。根数Lm：纤维中根数最多的那部分纤维的长度 重量Lm：纤维中重量最重的那部分纤维的长度（即主体长度落在重量最大的一组中）。常采用重量主体长度。,平均长度：纤维长度的平均值。有重量加权平均长度Lg 和根数平均长度 Ln。品质长度Lp：又称右半部平均长度，比主体长度长的那部分纤维的重量加权平均长度。（用于确定工艺参数）短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率（表示长度整齐度的指标）。界限：细绒棉16mm，长绒棉20mm。,2.5跨距长度：数字式照影仪测试时，离纤维梳子即钳口线3.81mm（0.15in）处纤维相对根数设为100时从钳口线到纤维相对根数为2.5处的距离。整齐度=(L50%/L2.5%)100%,2.细度,分直接指标和间接指标。（P25）（1）直接指标：用直径、截面积及宽度等来表达。截面接近圆形时，常用这些指标，单位（m）。非圆形的面纤维，可用理论直径来表示。,D：理论直径；周长；,测量方法：显微镜切片法。,（2）间接指标特克斯（定长制）：1000米长的纤维所具有的质量克数 公式：长绒棉：；细绒棉：公制支数（定重制）：1g纤维所具有的长度m数。公式：长绒棉：6500公支以上；细绒棉：5000公支左右 特克斯和公制支数的换算：,马克隆值 M（Micronaire）用马克隆气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标。本身无量纲，相当于单位长度（英寸）的重量（微克）。值越大，纤维越粗。,M在范围内的棉花具有正常的纺纱价值（优质马克隆值），过高的马克隆值，纺纱时的落棉量较少、棉纱条干均匀、纱疵少、棉纱外观等级高，但棉纱抱合力下降、断头率增加，棉纱强力和可纺支数下降；过低的马克隆值，棉纱强力和可纺支数较高，但纺纱时的落棉量较多、棉纱外观等级低。美国农业部1966年做为分级指标，目前是欧美棉花市场的品质指标。我国2000年新棉花标准中增设了马克隆值，按马克隆值的大小分A、B、C三级（A级最好）。马克隆值A级（）、B级（）、C级（3.4级以下，5.0级以上）。,中段切断称重法 步骤：梳理切断(Lc=10mm)称重(Gc,mg)数根数(nc)计算纤维细度(公制支数)细度公式：气流仪法 比表面积S0：单位体积的表面积。原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容器两端有网眼板，可以通过空气，当两端有一定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的比表面积平方成反比。读数标定：结合中断称重法。气流仪工作动画。,NmL/G=10nc/Gc,（3）测试方法,（4）细度与成纱质量、纺纱工艺的关系成纱强度及极限细度 其它条件相同时，纤维越细，成纱强度越高；可纺纱的极限细度愈细。成纱条干 纤维越细，成纱条干越均匀。纺纱工艺 纤维越细，加工时易扭结、折断而产生棉结、短纤维。纤维越细时，刚性越差，细纤维不宜做起绒织物的起绒纱。,3.成熟度,棉纤维细胞壁的加厚程度。胞壁愈厚，愈成熟。（1）指标 成熟度系数是根据棉纤维腔宽与壁厚比值的大小所定出的相应数值，系数值越大越成熟。,将棉纤维成熟程度分为18组后所规定的18个数值，最不成熟的棉纤维成熟度系数定为零，最成熟的棉纤维成熟度系数定为5，用以表示棉纤维成熟度的高低。棉纤维成熟度系数与腔宽壁厚比值间的对应关系见下表。,一般正常成熟的细绒棉成熟度系数为1.52.0左右，长绒棉成熟度系数2.0左右，从纺纱角度考虑成熟度系数为1.7 1.8较为理想。（2）测试方法A.中腔胞壁对比法：最基本的测试方法B.偏振光法偏光显微镜法：用干涉的颜色判别偏光成熟度仪：成熟度不同偏振光透过率不同，得平均成熟度等数。C.NaOH膨胀法（显微镜法）：18%NaOHD.气流仪法,（3）成熟度与纤维、纱线的关系,正常成熟的棉纤维，截面粗、强度高、弹性好、有丝光、有较多的天然转曲。成熟差的棉纤维细度较细，强力较差，加工中经不起打击，容易纠缠成棉结，染色性差。未成熟与过成熟的棉纤维天然转曲少，过成熟的棉纤维扁粗，对成纱强力不利。,4.强度,（1）指标强力P（绝对强度）：拉断一根纤维所需的力，单位cN或N。细绒棉根，长绒棉4-6cN/根。比强度P0（相对强度）：拉断单位细度纤维所需的外力，单位N/tex或cN/tex、cN/dtex。断裂长度L：自身重力与断裂强力相等时的长度，单位是千米，但表示的是纤维的相对强度。棉纤维的湿强大于干强。,例：细绒棉0.2tex，断裂强力4.0cN，计算断裂长度（20.4Km）,细绒棉L：21 25Km，长绒棉L：30Km,L,P0的单位为cN/dtex；,（2）测试 A.单纤维测试：逐根测试纤维的拉断强力，然后计算各项指标。B.束纤维测试（速度快）卜氏（Pressley）束纤维强力仪 斯特洛（Stelometer）强力仪,5.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。其指标的应用和测量在企业中很少见。（1）指标：转曲数，每1cm中扭转180度的个数（2）测试：显微镜或投影仪，一定长度纤维上转 180度的次数，再换算成每厘米的转曲个数。（转曲存在反向）（3）转曲多、抱合力大、品质好。,（1）原棉水分 以含水率或回潮率表示(多用回潮率)。含水率M 纺织材料中所含的水分重量对纺织材料湿重的百分比。回潮率W 纺织材料中所含的水分重量对纺织材料干重的百分比。,Ga纺织材料湿重；G0纺织材料干重。,6.水分、杂质与疵点,（2）含杂与疵点 杂质：原棉中夹杂的非纤维性物质，如泥沙，枝叶，棉籽，破籽，虫屎等。疵点：原棉中存在的有害于纺纱的纤维性物质，如索丝、棉结等。在准确分析时，常用下列指标：标准含杂率：皮辊棉为3%，锯齿棉2.5%。实际含杂不足或超过标准时，应按标准进行调整。,7.原棉纺纱性能综合检验,手感目测、仪器检验、单唛试纺相结合（三结合）。（1）手感目测 通过手扯、手捏、手摸等人体感觉器官进行原棉性能检验。检验项目：长度及整齐度，强度，弹性，成熟度，色泽，抱合力，柔软性，杂质疵点等。优点：取样多、速度快、代表性强、可在车间现场进行。缺点：对检验人员要求较高、人的主观影响大，一般无具体数据。,（2）仪器检验 用实验室专门仪器进行单项性质测试。检验项目：长度、细度、强度、成熟度、含水、含杂等。优点：数据比较可靠、稳定（重现性好）。缺点：试验数量少、花费时间长、需专门仪器和经过训练的技术人员。,（3）单唛试纺 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纺纱性能。优点：可以测定单项指标不能或无法检验的内容；缺点：试验成本高，费时费力。,（4）HVI900系统 HVI于80年代在美国问世，推出HVI800、900系列，HVI1000是2004年Uster公司推出的新机型，它结合了世界科技新技术，是一种大容量、多指标、快速、准确的综合性棉花全自动检测仪器。其由一名操作员操作，系统自动进行纤维取样，每一次测试可获得纤维长度、长度整齐度、短纤维指数、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值、光反射率、黄度、杂质粒数、杂质面积百分比等十多项指标的测试结果，只需2030s时间。,61,第二节麻纤维,一、麻纤维的种类 二、麻的初加工和化学组成三、麻纤维的特性和形态特征四、苎麻和亚麻的物理机械性质,62,一、麻纤维的种类 麻纤维是从各类麻植物取得的纤维的统称。1、韧皮纤维（软质纤维）：苎麻（中国草）、亚麻、黄麻、大麻、洋麻等。2、叶纤维（硬质纤维）：剑麻、蕉麻。苎麻和亚麻的品质较好，可用于高档纺织品。,63,（二）初加工,1.初加工目的：从韧皮或叶子中取出纤维,包括剥制、脱胶脱胶方法：微生物脱胶、化学脱胶。2.麻纤维的化学组成 麻是天然纤维素纤维。与棉的化学组成差不多,只是各种成份的比例不同。,64,麻类植物图,剑麻,菠萝麻,黄麻,亚麻,麻纤维的化学组成（%）,半纤维素：木糖或甘露糖等组成的多糖的总称（多缩戊糖）,66,1.苎麻纤维的形态结构 纤维细长，两端封闭，有胞腔。（1）横截面形态 椭圆形，有中腔，胞壁上有裂纹。,二、苎麻 又称中国草，我国产量占世界90以上。,苎麻横向形态,67,（2）纵向形态 圆筒形或扁平形，没有转曲，有的有明显的条纹。,苎麻纵向形态,苎麻纤维结晶度达70。取向度比棉大。,2.苎麻纤维的主要性能（1）纤维规格 20-250mm，最长600mm。宽度20-80m，线密度平均5dtex。纤维越长越粗。（2）强度和伸长 强度天然纤维中最高，伸长较低（常见天然纤维中最低）。平均强度6.73cN/dtex。伸长率3.77%。湿强高于干强20%-30%。（3）初始模量 初始模量大，刚硬，抱合力小，纱线毛羽多。（4）弹性 弹性差，加上纤维断裂功小，织物抗皱性和耐磨性差。,（5）光泽 脱胶后色白且光泽好。,脱胶后的苎麻纤维（称精干麻）,苎麻原麻,（6）吸湿性 吸、放湿性能非常好。苎麻织物3.5小时即可阴干。（7）耐酸碱性 耐碱不耐酸。（8）耐热性 耐热性好于棉，200度时纤维开始分解。（9）染色性 容易染色。,3.苎麻的应用,夏季服装面料（纯纺或混纺）、工艺品、袜子等。,三、亚麻 亚麻分纤维用、油用和油纤兼用三类。我国产量居世界第二位。,亚麻,73,1.亚麻纤维结构横向形态：多角形，有中腔。纵向形态：两端封闭，无转曲。,亚麻横截面,亚麻纵截面,74,2.亚麻纤维的主要性能（1）长度 单纤维长10-26mm，工艺纤维长400-800mm。工艺纤维：又称束纤维。亚麻、黄麻、洋麻等单纤维很短，不能采用单纤维纺纱，而是以许多植物单细胞藉胶质粘合集束的束纤维作为纺纱用纤维，称为工艺纤维。（2）细度 亚麻工艺纤维截面约10-20根单纤维。越细强度越高，断头率越低。,75,亚麻工艺纤维,76,（3）强度 断裂比强度4.4cN/dtex（小于苎麻）。（4）色泽 好：银白淡黄、灰色；差：暗褐、赤色。（5）吸湿性 较好。织物4.5h可阴干。（6）抗菌性 较好。,思考题,一、名词解释 1、丝光 2、皮辊棉 3、马克隆值 4、品质长度二、问答题、试述棉纤维的截面和纵面形态，并说明天然转曲的工艺意义。、棉纤维和麻纤维织物风格如何？主要性能如何？、什么是工艺纤维，举例说明哪些麻纤维采用工艺纤维纺纱，哪些采用单纤维纺纱？,要点：1.原棉分级的依据2.业务检验项目、唛头标识3.长度、细度、强力、成熟度、天然转曲的有关概念及其与成纱质量的关系4.回潮率和含水率的计算5.特克斯和公制支数的计算和相互换算6.断裂长度7.工艺纤维,