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纺织材料基础pdf
作者:大西洋客户端

  第 1 页 绪论 衣、食、住、行是人类生存 的四大要素,衣乃 四维之冠,在社会发展 的长河 中,人们 的穿着经历 了蔽体遮羞、保暖、美观、舒适和环保等几 个阶段。 我 国纺织工业源远流长,早在 年以前,我们的祖先就 能利用葛、麻等植物韧皮来制作服装。养蚕取丝是举世公认的伟大发 明之一,早在 多年前就传往东南亚, 多年前传到朝鲜和 日 本, 多年前传到中亚, 多年前传到欧洲希腊, 年前传到意大 利,意大利人正是受到养蚕吐丝的启发后发明了化学纤维的生产技术! 世纪 年代,我 国纺织工业开始实行机器化生产,但 由于清王 朝的腐朽没落和发达 国家经济的入侵,发展极为缓慢。中日甲午战争 后 ,英、美、德、日等 国家相继在我 国开设纺织工厂 。抗 日战争胜利后 , 四大家族接收了日本在我国的纺织企业,成立了中国纺织建设公司。 到解放前夕,全 国有棉纺纱锭 万 。 新 中国成立 以后,纺织工业得到了迅速发展,行业 门类齐全,布局 合理;不但解决了我 国 亿人 口的穿衣 问题,而且成为我国出口创汇 的支柱产业 。随着纺织技术的不断提高,纺织品的应用已由传统的服 装、装饰、产业 三 大领域 不 断 向国防、医疗、航 空航 天、环 保 等领 域渗 透,在人们的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。 一 、纺织 纤维及 分类 纺织纤维 直径细到几微米或几十微米,长度比直径大千百倍的细长柔软物 体 ,一般都称做纤维,如棉花、肌 肉、毛发等 。 第 2 页 可 以用来制造纺织品的纤维,称之为纺织纤维。为满足纺织加工 和使用过程 中的要求,纺织纤维必须具备 以下物理和化学性质。 具有一定的长度和整齐度。 具有一定的强度。 具有一定的弹性。 具有一定的抱合力和摩擦力。 具有一定的吸湿性。 )化学稳定性好,具有对光、热、酸、碱及有机溶剂等一定的抵抗能力。 纺织纤维 的分类 纺织纤维种类很多,习惯上按它的来源分为天然纤维和化学纤维 两大类(见下表 )。 纺织纤维 的种类 种子纤维:棉、木棉等 韧皮纤维:苎麻、亚麻、黄麻等 植物纤维 叶纤维:剑麻、蕉麻等 果实纤维:椰子纤维等 天然纤维 毛发纤维:羊毛、山羊绒、兔毛等 动物纤维 丝纤维:蚕丝等 矿物纤维:石棉 再生纤维素纤维:粘胶纤维、天丝纤维、铜氨纤维等 再生蛋白质纤维:大豆纤维、花生纤维等 醋酯纤维 再生纤维 特种有机化合物纤维:甲壳素纤维、海藻胶纤维等 无机纤维:玻璃纤维、金属纤维、碳纤维等 化学纤维 聚烯烃纤维:聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯 乙烯纤维、 聚乙烯缩甲醛纤维、聚丙烯腈纤维等 聚酰胺类纤维:聚酰胺 聚酰胺 聚酰胺 芳香 合成纤维 聚酰胺纤维等 聚酯类纤维:聚对苯二甲酸乙二酯纤维等 其他类:聚 甲醛纤维、聚氨酯纤维、聚四氟 乙烯纤维、芳 纶等功能纤维和智能纤维、纳米纤维等 第 3 页 天然纤维 。由自然界中直接取得的纤维。 ①植物纤维:从植物上取得的纤维。其主要组成为纤维素。又称 天然纤维素纤维。从植物种子表皮细胞生长的纤维,如棉、木棉等称 之为种子纤维;从植物 的韧皮取得 的纤维,如亚麻、苎麻等 ,称之为韧 皮纤维;从植物 的叶子或 叶鞘取得 的纤维,如剑麻、蕉麻等 ,称之为 叶 纤维;从植物 的果实取得 的纤维,如椰子纤维等,称之为果实纤维。 ②动物纤维:从动物身上或分泌物中取得的纤维,其主要组成物 质为蛋 白质,又称天然蛋白质纤维。由动物毛囊中生长的由角蛋白组 成 的纤维 ,如绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛等 ,称之为毛发纤维;由昆 虫腺分泌物取得 的纤维,如蚕丝,称之为丝纤维。 ③矿物纤维:从纤维状结构的矿物岩石取得的纤维 。主要 由硅酸 盐组成 ,又称天然无机 纤维 ,如石棉 ,它不燃烧 ,耐高温 ,绝热性好 ,在 工业上常作为 防火、保温、绝热等材料 。 )化学纤维。用天然的或合成的高聚物为原料,经过化学合成 或机械加工制造 出来 的纺织纤维。 ①再生纤维:以天然聚合物为原料,经过化学处理和机械加工制 成 的纤维 。它可分为再生纤维素纤维(如:粘胶 纤维、天丝纤维和铜氨 纤维 )、再生蛋 白质纤维(如:大豆纤维、花生纤维和牛奶纤维等 )、醋酯 纤维、特种有机化合物纤维(如:甲壳素纤维、海藻胶纤维等 )和无机纤 维(如:玻璃纤维、金属纤维和碳 纤维等 )。 ②合成纤维:利用 自然界中简单的化合物,通过一系列繁复的化 学合成,最后聚合成为高分子化合物,再喷纺拉丝而成 的纤维,主要有 聚酯纤维(如涤纶等 )、聚酰胺纤维(锦纶 、锦 纶 等 )、聚烯烃类纤维 (如:腈纶、丙纶等 )以及耐腐蚀 的含氟纤维(氟纶 )和具有 良好弹性 的 聚氨酯纤维(氨纶 )等 。通过对合成纤维进行物理、化学改性 ,逐步生 产 出各种不 同于常规合成纤维 的如异形、超细、复合、着色、高收缩、中 空等差别化纤维以及应用纳米技术等生产的功能纤维,如阻燃纤维、 抗紫外线纤维、抗静电纤维和高强高模纤维等。 第 4 页 二 、纺织纤维 的基本结构 纺织纤维具有许多优 良的性能,不 同纤维性能之间存在着明显的 差异,其中一个很重要的因素就是它们有着不同的纤维内部结构。 纤维的大分子结构 高聚物大分子都是 由许多相 同或相似 的原子 团彼此 以共价键多 次反复连接而成的。这些相 同或相似的原子团我们称之为大分子的 基本链节 (或称为单基或基本单元)。纺织纤维的基本链节随纤维品 种而异,如:纤维素纤维的单基是 葡萄糖剩基;蛋 白质纤维大分子 的单基是 氨基酸剩基;涤纶的单基是对苯二甲酸乙二酯;丙纶的 单基是丙烯;维纶的单基是乙烯醇缩 甲醛。单基的化学结构、官能团 的种类决定 了纤维 的耐酸、耐碱、耐光 以及染色等化学性能,如:腈纶 的单基中含有氰基,所以它的耐光性好;大分子上亲水基团的多少和 强弱,影响着纤维的吸湿性,如羊毛纤维分子结构中含有大量的亲水 基团,所以它的吸湿性能较好;卤素基的存在有助于提高纤维的难燃 性,如氯纶;分子极性的强弱影响着纤维的电学性质。 一个大分子中单基重复的次数 称为聚合度 。大分子 的相对分 子质量 取决于单基 的相对分子质量与聚合度 的乘积 。纺织纤维的 聚合度是较大的,特别是天然纤维的聚合度更高。如棉纤维的聚合度 为数千甚至上万。化学纤维为了适应纺丝条件,聚合度不宜过高,如 再生纤维素纤维聚合度约为 ,合成纤维则是数百或上千。而 且一根纤维 中各个大分子 的聚合度也不尽相 同,它们具有一定的分 布,这就是高聚物大分子的多分散性。 大分子的聚合度与纤维的力学性质,特别是拉伸强度关系密切。 聚合度达到临界聚合度时纤维开始具有强度,随着聚合度的增加,纤 维强度随着增加,当聚合度增加到一定程度后,纤维强度即不再增大 而趋于不变 。 纺织纤维大分子的主链结构分为碳链、杂链和梯形双螺旋结构。 第 5 页 碳链结构就是在纤维大分子主链上均 由碳原子 以共价键形式相连接 的,常见的如丙纶和腈纶等。该类纤维对化学试剂的稳定性较好,可 塑性 比较好 ,容 易成型加工,原料构成 比较简单 ,成本便宜;但一般不 耐热,易燃甚至易熔。杂链结构是指主链 中除了含有碳原子外,还含 有氧、氮、硫 等原子 ,它们 都 以共 价键 的形式连接在 主链 中,如棉、麻、 毛、丝、粘胶 纤维、涤纶、锦 纶等 大 多数 常用纺织纤维均属此类 。该类 纤维对酸碱及氧化剂 比较敏感,大分子上的酯键 、酰胺键易于水解 。 梯形和双螺旋形大分子就是纤维大分子的主链不是一条直线,而且像 “梯 子 ”和“双股螺旋 ”的结构 ,如碳纤维和石 纤维 。该类 纤维 强度 高、 耐高温 。 纺织纤维 的大分子大多为线型结构 。线型大分子 的形态是细长 的,宽度约为 ;长度可达数微米 。羊毛纤维的大分子之间常有二 硫键连接,呈网状结构,有某些特殊要求的化学纤维经改交联化处理 后,也可形成网状结构。 大分子链上的各原子能够围绕单键做一定程度的自由旋转,称为 大分子的内旋转。由于大分子的内旋转,分子链可 以在空间形成各种 不同的立体形态,称大分子的构象。纺织纤维大分子的构象一般都呈 一定程度的卷 曲状。 在纤维 中大分子并不存在完全 自由的内旋转 。长链分子在一定 条件下发生 内旋转的难易程度称为大分子的柔曲性。内旋转越容易, 大分子柔 曲性越好 。如主链原子价键旋转性好 ,侧基小而分布较对 称 ,侧基 间结合力较小时,则大分子链 比较柔软 。反之 ,大分子链 比较 僵硬 。大分子柔 曲性好 ,其构成纤维 的弹性较好 ,容 易变形,结构不 易 堆砌得十分紧密。 纺织纤维的超分子结构 纺织纤维的超分子结构又称聚集态结构 。它是指大于分子范围 的结构。主要包括大分子间的作用、凝聚状态和大分子的取向。 第 6 页 分子间的作用力。纺织纤维大分子和其他分子一样,在分子之 间距离不小于一定数值时相互之 间表现 出来 的主要是吸引力 。这种 吸引力使相邻 的大分子保持一定稳定性的相对位置或较牢固地结合。 大多数纺织纤维大分子之间是依靠范德华力和氢键结合的,此外还有 盐式键和化学键。 ①范德华力:它只存在于分子 间的一种力,其作用距离约为 ,作用能量在 之间,并随距离的增加而迅速减少。 氢键:它是大分子侧基上或部分主链上极性基团之间的静 电引 力 ,在一定条件 下能使相邻分子较稳定地结合 。其作用距离约为 ,作用能量在 之间。其结合力较强,它 的键能略大于范德华力。 ③盐式键:部分纤维的侧基在成对的某些专 门基团之间产生能级 跃迁原子转移 ,形成络合物类型的配价键性质的化学键 。如羊毛、蚕 丝大分子侧基上 的一 和 成对接近时,可 以形成盐式键 …… )。盐 式键 的键 能大 于氢键 。 ④化学键:少数纤维大分子之间含有的桥侧基 ,如羊毛纤维 中的 二 硫 键 将 两 个 大 分 子 主 链 用 化 学键 连 接 起 来 。其 作 用 距 离 约 为 ,作用能量在 之 间。化学键 的键能 大于盐式键 。 大分子 的聚集态 。纺织纤维大分子 的凝聚状态有着复杂 的结 构,通常将其简单地分为两类,即结晶态和非结晶态 。我们把纺织纤 维中大分子排列整齐有规律的状态称为结晶态,呈现结晶态的区域叫 结晶区。反之,纺织纤维中排列杂乱无章的区域称为非结晶态,呈现 非结晶态的区域 非结晶区。结晶区中的大分子排列比较整齐密实, 缝隙孔洞较少,分子之间互相接近的各个基团的结合力互相饱和,水 分子和染料分子难以进入 。而非结晶区中的大分子排列比较紊乱,堆 砌 比较疏松,有较多的缝隙和孔洞,密度较低,水分子和染料易于进 入 。纺织纤维 中结 晶区部分的质量 占整个纤维质量 的百分 比称为纤 第 7 页 维 的结 晶度 。纤维 的结 晶度越高,强度就越高,变形能力越小。 )分子 的取 向。纤维 内大分子链主轴与纤维轴 向的平行程度称 为纤维大分子排列的取向度 。取向度较高时,纤维的拉伸强度较高, 变形能力较小,其光学、力学等性能的各 向异性 比较 明显,如双折射率 较高,各向弹性模量差异较大。天然纤维的取向度与纤维的品种、生 长条件有关 。化学纤维的取 向度主要取决于制造过程 中对纤维 的拉 伸,拉伸倍数较大时,纤维 的取 向度就越高。 纺织纤维的形态结构 形态结构是借助各种测试手段直观地观察到的结构 。随着测试 手段的不断进步,观察的形态结构的尺寸也越来越小, 目前观察形态 结构的方法主要是光学显微镜和 电子显微镜 。形态结构主要包括 以 下几个方面 。 纤维纵 向形态 。如纤维表面状态:卷 曲、转 曲、长度等 。 截面形状 。如圆形截面、异形截面及其他不规则形状截面等。 截面结构 。如纤维的皮芯结构、复合结构、羊毛的双侧结构、 棉纤维 的 日轮等 。 )纤维中的缝隙和孔洞等。 形态结构对纤维 的力学性质、光泽、手感、保 暖性、吸湿性等都有 一定的影响。例如纤维中有缝隙和孔洞时,纤维的强度较低,吸湿性 较好 。异形纤维中的三角形、多角形等截面具有特殊的光泽,不易起 毛起球。中空纤维的保暖性好。卷曲度高的纤维手感蓬松、弹性好。 羊毛纤维 由于表面有鳞片而光泽柔和。 纺织纤维的结构层次 由大分子到纤维,其 间经历许多级的微观结构,可作如下区分。 大分子 。由各种单基组成 的不 同聚合度 的线型大分子 ,在纤 维中一般具有相对稳定的三维空间几何形状,有的大分子呈锯齿形, 第 8 页 有的呈波浪形,有的呈螺旋形。 基原纤 。由几根线型大分子相互平行,按一定距离、一定位 相、一定相对形状比较稳定地结合在一起。形成结晶结构的、细长的 大分子束,其直径为 )微原纤 。微原纤是 由若干根基原纤平行排列在一起成为较粗 的、基本上属于结晶态的大分子束。微原纤内的基原纤之间存在一些 缝隙和孔洞,也可能搀填一些其他分子的化合物。微原纤一方面靠相 邻基原纤之间的分子间结合力联结,另一方面也靠穿越两个基原纤的 大分子主链将两个基原纤联结起来 。微原纤 的横 向尺寸约为 原纤。原纤是 由若干根微原纤基本平行地排列结合在一起的 更粗的大分子束。原纤中存在着比微原纤中更大的缝隙、孔洞和非结 晶区,也可能存在一些其他分子的化合物。微原纤之间依靠相邻分子 的结合力和穿越的大分子主链来联结,横向尺寸 。在一根原 纤上可能出现许多段由非结晶区间隔开来的结晶区。 巨原纤。巨原纤是由原纤基本平行地堆砌成的、更粗的大分 子束。在原纤之间存在着比原纤中更大的缝隙、孔洞及非结晶区。原 纤之间主要靠穿越非结晶区的大分子主链和一些其他物质来联结。 一部分多细胞的天然纤维中,巨原纤可能就是一个细胞。 纤维。纤维 由巨原纤堆砌而成,在 巨原纤之间存在着比巨原 纤内更大的缝隙和孔洞,巨原纤之间的联结也更疏松一些,有的纤维 甚至主要靠其他物质如多细胞纤维的胞间物质来联结。 不同种类的纺织纤维,其结构层次并不相同。一般来说。经历层 次较多的纤维,其结构较为疏松;而经历层次较少的纤维,其结构较为 紧密 。 三 、纺织材料 的线密度指标 线密度是纺织纤维和纱线的重要指标。在其他条件相 同的情况 第 9 页 下,纤维越细 ,可纺纱 的线密度也越细 ,成纱强度也越高;细纤维制成 的织物较柔软,光泽较柔和。在纺纱工艺中,用较细的纤维纺纱可降 低断头率,提高生产效率,但纤维过细,易纠缠成结。 纤维和纱线的线密度指标有直接指标和间接指标两大类。 直接指标 纺织材料线密度 的直接指标有直径 、宽度和截面积 。截面直径是 纤维主要的线密度直接指标 ,它的单位用 表示 ,只有当截面接近圆 形时,用直径表示线密度才合适 。目前,纤维的常规试验中,羊毛采用 直径来表示其线密度 。 间接指标 纤维线密度 的间接指标有定长制和定重制 。它们是利用纤维长 度和质量 间的关系来 间接表示纤维的线密度。 定长制 。系指一定长度纤维的质量 。它的数值越大,表示纤 维越粗 。线密度的法定计算单位为特克斯 ( )和分特克斯。 特克斯是指 长纤维在公定回潮率时的质量克数,其计算式 为: 式 中: 纤维的线密度, 纤维的长度 , 纤维的质量 , 分特克斯是指 长纤维的质量克数 。它等于 特 ,其计 算 式 为 : 式 中: 纤维线密度 的分特数 。 第 10 页 另外,旦尼尔是纤维线密度的非法定计量单位,但纺织企业仍在 使用 ,它是指 长纤维在公定回潮率时的质量克数 ,它等于 特 。其计算式为: 式 中: 纤维的旦尼尔数。 定重制 。是指一定质量纤维的长度 。它的数值越大,表示纤 维越细 。其 中,以往 曾使用 的细度单位公制支数是指在公定 回潮率 时,每克纤维或纱线所具有的长度米数。其计算式为: 式 中: 纤维的公制支数。 线密度指标间的换算关系 间接指标 间的换算 。 )间接指标与直接指标间的换算。当纤维截面形状不规则、 无 中腔 时,可假设纤维为 圆柱体 ,截面直径为 ,纤维密度为 ,长度为 ,则纤维质量 和假设直径 为 : 根据上式,可求得以下各换算式: 第 11 页 当纤维截面形状不规则、有 中腔时,可假设纤维为 中空 圆柱体,以 原截面外形轮廓构成 的圆环形截面 的计算直径为 ,长度为 ,质量为 )的空心纤维,则其单位体积 的质量 )和 纤维的计算直径 间的关系为: 习题 名词解释: 纤维、纺 织 纤维、天然 纤维、再 生 纤维、合 成 纤维、化 学 纤维、单 基、 聚合度、大分子 的柔 曲性、结 晶度、取 向度、特 克斯、旦尼尔、公制支数 纤维必须具备哪几方面的性能,才能纺纱织布 ? 《纺织材料学》主要研究什么 ? 说明纤维 内部结构对纤维的性能有何影响? 分子间的作用力有哪些 ?它们 的大小顺序如何 ? 从 内部结构来解释 :为什么粘胶纤维的强度小于棉 ,伸长度大 于棉 ,吸湿能力优于棉 ?为何腈纶具有优 良的耐光性 ? 推导特克斯、旦尼尔 、公制支数之间的换算式。 只粘胶丝饼的质量为 ,烘干后称得干重为 求粘胶丝饼 的回潮率及其公定质量 ? 第 12 页 第一章天然纤维 天然纤维的主要品种有棉、毛、丝和麻等纤维。 第一节棉纤维 一、原棉概况 人类利用棉花的历史相当久远,早在公元前二千多年,人类就开 始采集野生的棉纤维用来御寒,后来棉花逐渐被推广种植。 世纪下 半叶纺织机械的发明,使棉纤维取代毛纤维等成为全世界最主要的纺 织原料 。目前已占全世界纺织纤维总产量的 左右 ,而我 国棉纤维 的产量约 占纺织纤维的 以上 。 棉花 的种植范围很广,从北纬 。到南纬 之间的温带地 区都可 种植 。中 国、美 国是棉花 的主要 生产 大 国,印度、巴基 斯坦、巴西、埃及 和苏丹等也是重要的产棉 国。 棉花的生产与棉纤维的形成 棉花大多为一年生植物。我国约在四五月份开始播种, 月前后 枯死,生长期约 天。棉花播种 天后发芽,以后继续生 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。花瓣脱落后开始结果,结的果称为棉桃或 棉铃。棉铃 内分为 个室,每室 内有 粒棉籽 。棉铃 由小逐渐 长大 ,约 天后种子和纤维成熟 。这时棉铃外壳变硬 ,干燥开 裂,露出棉纤维,称为吐絮。吐絮后就可 以开始收摘籽棉。根据收摘 时期的早迟,有早期棉、中期棉、晚期棉之分。其中中期棉质量最好。 第 13 页 棉纤维是 由胚珠 (即将来的棉籽)表皮壁上的细胞伸长加厚而成 的。一个细胞就长成一根棉纤维,它的一端生于棉籽表面,另一端呈 封闭状。棉籽上长满了棉纤维,这就称为籽棉。棉纤维的生长可分为 伸长期、加厚期和转 曲期。 伸长期 。开花期 中,胚珠表皮细胞就开始 隆起伸长 ,形成纤维 的原始细胞,胚珠受精后,纤维的原始细胞继续伸长,同时细胞宽度加 大 ,形成一定长度 的、有 中腔 的、细长 的薄壁管状物 。这一 时期为期约 天,在此期间,细胞壁的增厚很小,直至伸长到纤维的最后长 度 。 )加厚期。当纤维初生细胞伸长到一定长度时,就进入加厚期。 这时纤维长度不再增加,外周长也基本不变,只是细胞壁 由外向内逐 层沉积 ,胞壁增厚 ,最后 ,形成一根两端较 细、中间较粗 的棉纤维 。加 厚期也约为 天 。纤维素沉积 的速度与温度有关 ,温度越 高,沉 积越快,昼夜气温不 同,沉积加厚 的速度不 同,在棉纤维的截面形成分 层结构,类似树木 的年轮 ,称为 日轮 。 转 曲期 。加厚期结束后 ,细胞停止生长 ,棉铃干裂 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。这一时期称为转曲期。 棉花的种类 按棉纤维的长度 、线密度分类。 ①细绒棉 :又称陆地棉 。其长度在 之间;线密度为 ;色泽 洁 白或乳 白,有 丝光 。可 纺制 的棉纱 ,是 纺织的主要原料,棉纤维中 以上是细绒棉。我国种植的棉花大多 属于这一类。 ②长绒棉:又称海岛棉。较细绒棉细且长度长,品质优 良。其长 度在 之间,最长可达 ;线密度为 ;色泽乳 白 或淡棕色,富有丝光。用于纺制高档轻薄和特种棉纺织品。长绒棉原 第 14 页 产美洲西 印度群 岛,目前长绒棉 的主要生产 国有埃及、苏丹、美 国、秘 鲁和中亚各国,我国在新疆、广东等地区也有种植。长绒棉的产量约 占棉纤维总产量的 左右,因为它适宜于在生长期较长、雨水少、日 光足的棉区种植。我国长绒棉的产量较小,但其品质优 良,是高档棉 纺产品的原料。 按棉花 的初加工分类 。轧棉 :指棉籽上的纤维与棉籽分离的 过程 。方法有两种:即皮辊轧棉与锯齿轧棉。 按纤维 的色泽分类 。 ① 白棉:正常成熟、吐絮 的棉花 ,色泽呈洁 白、乳 白或淡黄色 ,棉纺 厂使用的原棉,大多数为 白棉。 ②黄棉:指棉花生长晚期,棉铃经霜冻冻伤后枯死,铃壳上 的色素 染到纤维上,使原棉颜色发黄 。黄棉一般都属低级棉 ,棉纺厂仅有少 量使 用 。 ③灰棉:指棉花在多雨地区生长时,棉纤维在生长发育过程 中或 吐絮后 ,受 雨淋、日照少、霉变 等影 响 ,原棉颜 色呈灰 白。灰棉 强度低、 质量差,棉纺厂仅在纺制低级棉纱时搭用。 棉花的初加工 从棉 田采得的棉花,纤维与棉籽是连在一起的,称为籽棉。籽棉 不能直接用于纺纱,必须先将棉纤维与棉籽分离,分离的工艺过程就 是棉花的初加工,或称轧花。轧花后的棉纤维称为皮棉,皮棉经分级 打包成一定规格和质量 的棉包(即原棉 )后,就可送棉纺厂使用加工成 纱 。 籽棉经轧花后,所得到的皮棉质量 占原来籽棉质量的百分率称为 衣分率。衣分率一般为 。 根据籽棉初加工采用的轧棉机不同,得到皮棉和锯齿棉。 锯齿加工。锯齿轧棉机是利用几十片圆形锯片抓住籽棉,并 带住籽棉通过嵌在锯片中间的肋条,由于棉籽大于肋条间隙而被阻 第 15 页 止,从而使纤维与棉籽分离。 锯齿轧棉机上有专 门的除杂设备,用来排 除僵片、清 除杂质,因此 锯齿棉含杂、含短绒较少 ,纤维长度较整齐 。但 由于轧棉作用剧烈,易 损伤纤维,也易产生轧工疵点,使棉结、索丝和带纤维籽屑含量较高, 皮棉呈松散状 。 皮辊加工。皮辊轧棉机是利用表面粗糙的皮辊粘住籽棉,带 住籽棉通过一对定刀和冲击刀。定刀与皮辊靠得较紧,使棉籽不能通 过。冲击刀在定刀外侧上下冲击,使纤维与棉籽分离。 皮辊轧棉机上因为没有专 门的排杂装置,所 以皮辊棉含杂、含短 绒较多,纤维长度整齐度差,但 由于皮辊轧棉机作用缓和,不易损伤纤 维,轧工疵 点较少 ,但有黄根 ,皮棉呈片状 。 棉纤维形态结构 棉纤维的截面形态结构 。正常成熟的棉纤维,截面是不规则 的腰 圆形,内有中腔 。见图 。未成熟的棉纤维,截面形态极 扁 ,中腔很大 ,见 图 。过成熟的棉纤维,截面呈圆形,中腔极 小 ,见 图 图 棉纤维的截面形态 棉纤维的截面由外至内主要由初生层、次生层和中腔三个部分组 成 。 ①初生层:初生层为棉纤维在伸长期形成的初生细胞壁,它的外 壁是一层很薄的蜡质和果胶,表面有深浅不同的细长状皱纹。外皮之 第 16 页 下是纤维的初生细胞。初生层很薄,约为 ,质量 占整个纤 维的 ②次生层:次生层是棉纤维在加厚期淀积而成的部分,几乎都是 纤维素。它是纤维中的主体部分,决定了棉纤维的主要物理性能。由 于每 日温差的关系,棉纤维逐 日淀积一层纤维素,形成了棉纤维的日 轮 。纤维素在次生层 中的淀积并不均匀,以束状小纤维的形态与纤维 轴倾斜呈螺旋形(螺旋角约 。 ,并沿纤维长度方 向有转向。这 是棉纤维具有天然转 曲的原因。 ③ 中腔 :中腔是棉纤维停止生长 后 留下 的空隙,同一 品种 的棉纤维,外 周长大致相等,次生层厚时,中腔小; 次生层薄时,中腔大。 棉纤维 的纵 向形态 。棉纤维 是一端封 闭的管状细胞 ,中间较粗 ,两 端较细 ,长度 与 宽度 之 比为 图 棉纤维的纵向形态 ,纵 向呈转 曲的带状,如 图 棉纤维的天然转 曲,沿纤维长度 方 向不断改变转 向。棉纤维单位长度上扭转半周 (即 )的个数称 为转 曲数,细绒棉的转曲数约为 个 ,长绒棉 比细绒棉多。 成熟正常的棉纤维转 曲最多;未成熟的棉纤维呈薄壁管状物,转 曲少;过成熟 的棉纤维呈棒状,转 曲也少。 天然转 曲使棉纤维具有 良好的抱合力,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 向次数过多 的棉纤维强度较 低 。 棉纤维的化学组成 棉纤维的主要组成物质是纤维素。 正常成熟 的棉纤维纤维素含 量约为 。此外还有少量 的果胶、蜡质、蛋 白质等物质 。 第 17 页 纤维素是天然高分子化合物 ,化学结构式为( 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,除去棉蜡 ,保证染色均匀 。 糖分含量较多的棉纤维在纺纱过程 中容易绕罗拉、绕皮辊等 ,必 须在纺纱前用消糖剂喷洒 ,以降低糖分。 二、棉纤维的主要性能和纺纱品质 棉纤维的主要性能 耐酸碱性。棉纤维耐碱不耐酸。酸可导致纤维素分解 ,大分 子链断裂 。常温下 浓硫酸 即可将棉纤维完全溶解 。而棉纤维遇 碱不会发生破坏,在一定浓度 的碱液 中,棉纤维截面会产生膨化,截面 变 圆,长度缩短 ,天然转 曲消失 ,若此时拉伸纤维,会使纤维呈现丝一 般的光泽,洗去碱液后,仍可保持光泽,这一处理称为丝光。但浓碱、 高温对棉纤维起到破坏作用。 吸湿性和吸水性 。棉纤维在标准状态 下 的回潮率为 ,其湿态强度大于干态强度,其 比值为 染色性。棉纤维吸湿性强,一般染料均可对棉纤维染色。 耐热性 。棉纤维在 ℃的高温下处理 ,强度 不受影 响 。棉 纤维在 ℃时分解,在 时起火燃烧 。 比电阻。棉纤维的比电阻较低 ,在加工和使用过程中不易产 生静电。 棉纤维的纺纱性质 长度 。棉纤维 的长度主要取决于棉花 的品种 、生长条件和初 加工。棉纤维的长度是伸长期形成的,与棉花成熟度关系不大 。 棉纤维的长度与成纱质量关系十分密切 。一般长度越长 ,且长度 整齐度越高 ,短绒越少 ,可纺纱越细 ,纱线条干越均匀,强度越 高,且表 面光洁、毛羽少。 第 18 页 棉纤维的长度与纺纱工艺关系也十分密切。棉纺设备的结构、尺 寸及各道工序的工艺参数,都必须与所用纤维的长度密切配合。 棉纤维的长度也是影响纺纱工艺及成纱质量 的重要因素 。短绒 含量 多,则纺纱 困难 ,成纱质量差 。所 以,短绒率(纤维长度短于某一 长度界限的纤维质量 占纤维总质量的百分率)也是一个重要指标。 )线密度 。棉纤维的线密度指标是指纤维单位长度 的质量 。用 分特来表示。 棉纤维的线密度主要取决于棉花品种、生长条件等。一般长绒棉 较细 ,为 公支 );细绒棉较粗 ,约为 公支 )。 棉纤维的线密度对成纱质量有一定的影响,一般情况下,线密度 小,有利于成纱强度和条干均匀度 ,可纺较细 的纱 。但纤维太细 ,加工 困难 ,纤维容 易扭结、折 断,形成棉结、短纤维,反而不利于成纱质量 的 提 高 。 成熟度 。成熟度是指棉纤维 中细胞壁 的增厚程度 。成熟度是 能反映棉纤维的内在质量的综合指标,它与纤维的各项物理性能都有 密切 的关系 。正常成熟 的棉纤维,其截面粗 ,强度 高 ,弹性好 ,有丝光 , 天然转 曲多,抱合力大,对加工性能和成纱品质都有利。而成熟度差 的棉纤维,线密度较小,强度低,天然转 曲少,抱合力差,吸湿较多且染 色性和弹性较差,加工中经不起打击,容易纠缠成棉结。过成熟的棉 纤维偏粗 ,天然转 曲少,成纱强度低 。 表示成熟度的指标是成熟系数,是指棉纤维中段截面回复成圆形 后相应于双层壁厚与外径之 比的标定值(图 成熟系数 与纤 维的壁厚及外径 的关系为: 式 中: 棉纤维的成熟系数; 棉纤维壁厚; 第 19 页 棉纤维截面复圆后的直径 。 图 棉纤维的中腔 与壁厚 成熟系数为 时, 是最不成熟的棉纤维; 成熟系数为 时 , 是标准成熟的棉纤维; 成熟系数为 时 , 是最成熟的棉纤维。 成熟系数越大,表示棉纤维越成熟。一般正常成熟的细绒棉,平 均成熟系数为 成熟系数在 时,对纺纱工艺和成 纱质量都较理想。长绒棉的成熟系数如用同样的腔宽壁厚比值来看, 较细绒棉高些,通常为 左右。 吸湿性 。国产原棉 的回潮率一般在 。我 国规定原 棉的标准含水率为 。原棉含水的多少会影响质量、用棉量的计算 及 以后的纺纱工艺。回潮率太高的原棉不易开松除杂,影响开清棉工 序 的顺利进行,还容 易扭结成“萝 卜丝 ”。回潮率太低则会产生静 电现 象,造成绕罗拉、绕皮辊、纱条 中纤维紊乱、成纱条干不均匀等。 强伸性 。棉纤维在纺织加工过程中不断受到外力的作用,要 求纤维必须具备一定的强度,并且纤维强度越高纺得的纱线强度也越 高。棉纤维的强度主要取决于纤维的品种、粗细等。一般细绒棉的断 裂长度均为 ,长绒棉更高一些。 天然转 曲。天然转 曲是棉纤维特有的形态特征。天然转 曲的 第 20 页 多少取决于成熟度和棉花 的品种 ,正常成熟的棉纤维天然转 曲最多, 未成熟和过成熟的棉纤维,天然转 曲少。 棉纤维天然转曲较多时,纤维之间的抱合力大,有利于成纱质量。 一般地,天然转 曲越多的纤维,其 品质越好。 杂质和疵点。杂质是指原棉 中夹杂的非纤维性物质,例如泥 沙、枝 叶、铃 壳、不 孕籽、棉籽、籽 棉 及 虫屎、虫浆 等 。杂质 对 纺 纱工 艺 和成品品质有较大影响,应在清花、梳棉和精梳工序 中去除。 疵点是原棉 中存在 的、有害于纺纱的纤维性物质,主要有: 束丝:纤维紧密纠缠在一起,形状大小不一,用手难 以纵向扯开 的、呈条状 的纤维束 ,也 叫“萝 卜丝 ”。 棉结:纤维紧密结合成 圆形小结或粒状纤维结,又叫“白星 ”。 黄根 :是籽棉在皮辊轧棉时带下的靠近棉籽壳处的黄褐色底绒, 长度约为 ,黄色,又 叫“黄斑 ”。 带纤维籽屑:带有纤维 的碎小破籽,面积在 以下 。 僵片:未成熟或受病虫害的带僵籽棉通过轧棉而成,无纺纱价值。 不孕籽:表面附有短绒的小籽。 破籽:轧碎 的棉籽壳。 疵点在纺纱过程中不易清除,特别是细小疵点往往包卷在纱条中 或 附着在纱条上,使纱线条干恶化 ,断头增加 ,直接影响成纱 的外观质 量 。 三 、原棉检验 原棉检验是为 了充分掌握原棉 的性能及其与成纱质量 的关系,以 达 到合理使用原棉 ,提高成纱质量 ,降低原棉成本 的 目的。所 以原棉 检验是棉纺厂的一项重要工作。 我 国原棉检验 的方法是:以感 官检验为主 ,仪器测试为辅 。感 官 检验是依靠人们 的感官,如手扯、手摸、眼看、耳听等 ,根据个人长期积 累的经验来检验原棉 的各种性能 。仪器检验是利用仪器来测量原棉 第 21 页 的各种 性 能,如长度、线密度、强度、成熟度、含水、含杂等 。 品级、长度、异 性纤维和 棉结 的检验 以感 官为准;马克 隆尼值、回 潮率、杂质和短绒率的检验 以仪器测试为准 。检验 的顺序是取样→检 回潮 率 →检 含 杂 率 →检 品级 →检 长度 →检 马克 隆尼值 →检 异 性 纤 维→检棉结→检短纤维率 。 其中品级、手扯长度检验、含水和含杂四项检验称为业务检验,在 原棉 的交货验收时,根据前 两项确定价格 ,根据后两项确定原棉质量。 取样(也叫扦样 ) 取样是从一批待检的棉纤维中,扦取一部分有代表性的样品供检 验使用。所以,扦样是检验工作的基础工作,也是检验程序的第一道 工序,是棉纤维的业务检验工作的重要组成部分。扦样的数量和代表 性对一批棉纤维的检验结果有很大影响,它决定了检验结果是否准 确,所 以,扦样时一定要根据 国家标准的规定和要求,认真细致地进 行 。 取样的原则是多点随机取样。目前规定的取包数为: 包 以下 取 ,不足 包 的部分按 包计 包 以上超过 包部分取 ,不足 包的部分按 包计; 包 以上每增加 包取一包 ,不足 包 的部分按 包计。取样的方法是:从包身上开包,去掉表层棉 花 ,先取检验 品级、长度、马克隆尼值、异性纤维和含杂率检验 的样 品, 约 ;再 往 内 深处取 回潮率检验样 品约 ,以保证含水 检验 的准确性 。样 品取出后,要立 即放在筒 内或塑料袋 内与空气隔 绝,以防水分变化。其他试样则放在有格子的匣子中。 品级检验 品级检验是原棉检验 中的重要项 目之一 。品级的高低是棉纤维品 质优劣的一项重要指标,与纺纱价值密切有关。通过品级检验来合理定 级,作为棉花流动、交易的价格结算依据 ,也为原棉纺纱提供技术依据 。 第 22 页 我国棉花标准规定,原棉的品级是根据色泽特征和轧工质量综合 评 定 。色

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