纺织材料学
棉纤维
1.棉的种类
(1)按棉花的品种分类 细绒棉:纤维平均长度为23-32mm,中段复圆直径为16-22um,中段线密度为1.4-2.2dtex,比强度为2.6-3.2cn/dtex,比长绒棉粗,比过去的品种比较细。 长绒棉:纤维平均长度33-46为mm,中段复圆直径为13-15um,中段线密度为0.9-1.4dtex, 比强度为3.3-5.5cn/dtex。 粗绒棉:纤维平均长度为15-24mm,中段复圆直径为24-28um,中段线密度为2.5-4.0dtex, 比强度为1.4-1.6cn/dtex。 非洲棉(草棉) 品质与亚洲棉接近,纤维粗而短,已淘汰
(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。 (A)籽棉:带有棉籽的棉花。 (B)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(30%~40%)。 (C)锯齿棉:用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用棉多为锯齿棉。 (D)皮辊棉:用皮辊轧花机加工的皮棉。
(3)按原棉的色泽分类 1、白棉:正常成熟,为纺用棉 2、黄棉:霜黄棉。少量使用 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。很少用。
2.棉纤维的生长过程 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:细胞壁外向里逐日螺旋淀积纤维素,最后有中腔,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。“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。 影响棉纤维长度的因素:品种、生长条件、后加工。
3.棉的初加工(适合种类,产量,优、缺点,棉加工后的长、细、整齐度)锯齿棉 皮辊棉 对纤维作用 剧烈,纤维损伤较大 缓和,纤维损伤小 外观形态 松散 薄片状 主体长度及整齐度 主体长度短,整齐度较高 主体长度长,整齐度较低,短绒没法去除 除杂设备 有排杂、排僵设备 无排杂设备 扎工疵点 多,如棉结、索丝等 少,有黄根 适宜加工 细绒棉 长绒棉 产量 高 低
4.棉的等级 ? 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) 附1: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。 附2:什么叫原棉的业务检验?我国细绒棉检验有哪些项目? 原棉的业务检验,是按照国家统一规定的棉花标准进行的,作为商业结算的依据。目前细绒棉检验标准按GB1103-72规定,主要检验项目有:品级、长度、含水、含杂四项。 ①品级:依据棉花成熟程度、色泽特征、轧工质量分为七级,三级为标准级,品级评定按文字标准与实物标准结合进行。②长度:用手扯长度法测定,以2mm组距的单数为计算单位,如29mm,27mm等。③含水:用水分电测器进行测定,含水率标准定为10%,实际含水率不足或超过标准时,实行补扣。④杂质:标准规定皮辊棉为3%,锯齿棉为2.5%,实际含杂率不足或超过标准时,实行补扣。
5.棉的组成物质 ? 主要成份:纤维素 ? 伴生物:蜡质、糖份、果胶、灰分,占5%左右
6.棉的结构
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。 (1)表皮层:影响表面性质。棉蜡、果胶和脂肪组成。 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。 (2)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。 (3)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。) (4)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。
7.棉的形态 (1) 纵向形态: 具有天然转曲的扁平带状。 成熟度低的棉: 薄带状、没有或很少转曲 过成熟的棉: 呈棒状,转曲少见 横向形态:腰圆形有中腔。
8.棉的主要特性(酸碱性,丝光性,吸湿性,染色性,舒适性) (1)水的作用:不溶于水,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,再将布进行丝光后处理。
双丝光:纱线经过丝光处理后织成布,再将布进行丝光处理。
(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。
9.棉纤维的主要服装面料的特性
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。
10.棉的主要品质
(1)长度指标与检验(单位mm)
①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。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。
②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。
③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。
④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)
⑤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。
⑥ 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。
附:纤维长度与纱线质量的关系
① 与成纱强度:在一定范围内,长,成纱强度大;整齐度高,强度大;
② 与成纱细度:长,极限细度细(保证强度 );
③ 与成纱毛羽:长,毛羽少;
④ 与成纱条干:长、整齐度高,条干好。
(2)成熟度:棉纤维细胞壁的加厚程度。胞壁愈厚,愈成熟。
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,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。 一般正常成熟的细绒棉成熟度系数为1.5~2.0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。
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%NaOH ? D. 气流仪法
棉纤维的成熟度与纤维其它性能有何关系? 棉纤维的成熟度与纤维各项性能关系都很密切。在棉纤维生长发育过程中,长度与成熟度无关,但由于成熟度低的纤维强力低,因此皮棉中低成熟棉的短绒率高,纤维长度偏短。随着纤维成熟度提高,截面变粗,抗弯抗扭刚度大,单纤维强度增加,夭然转曲增加(过成熟纤维除外),纤维之间抱合性能好,原棉色白、光泽好,轧棉后的疵点、杂质少。另外,成熟度高的棉纤维,吸湿较低,染色性较好。
棉纤维的成熟度与纺织加工及产品质量有何关系?
其间关系可归纳如下:
①棉纤维成熟度高,纤维经得起打击,易清除杂质、不易产生棉结与束丝。
②棉纤维成熟度高,抗扭刚度大,加捻效率较低。
③棉纤维成熟度高,加工过程中飞花、落棉等减少,成品制成率高。
④成熟度高的棉纤维纺纱时,由于牵伸效率高,熟条定量控制中应该偏重掌握。
⑤纤维成熟度太高,由于纤维截面粗,在相同粗细的细纱截面中纤维根数少,不利于细纱的强度与条干均匀度,因此成熟度高的棉纤维不一定能纺出高强度的细纱。
⑥用成熟度高的棉纤维加工的织物,耐磨牢度较好。
补充: 细度 指标:分直接指标和间接指标。(P25) 直接指标:用直径、截面积及宽度等来表达。
间接指标:特克斯(定长制 );公制支数(定重制);马克隆值 M 马克隆值 M: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3.5-4.9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(3.7-4.2)、B级(3.5-3.6,4.3-4.9)、C级(3.4级以下,5.0级以上)。
测试方法 : ①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) ) ②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。
细度与成纱质量、纺纱工艺的关系 ①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。
②成纱条干 纤维越细,成纱条干越均匀。
③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)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。 指标:转曲数,每1cm中扭转180度的个数 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。 转曲多、抱合力大、品质好。
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。 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。
(4)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)。
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。
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。
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。