2.2.1.1　棉纤维

（1）棉纤维品种

棉纤维是一种种子纤维，种植历史悠久，种植区域广泛，品种繁多，主要可以分为陆地棉种（细绒棉）、海岛棉种（长绒棉）、亚洲棉种（粗绒棉）和非洲棉种（草棉），细绒棉和长绒棉是目前白棉种植的主要品种，少量种植的天然彩棉则属于粗绒棉品种，非洲棉种已停止种植。几种棉纤维的基本性能对比见表2.1。

天然纤维素纤维简介

表2.1　陆地棉种、海岛棉种、亚洲棉种和非洲棉种的纤维性能对比

（2）棉花的初加工

棉花的初加工也叫轧棉或轧花，目的是使籽棉中的棉纤维和棉籽分离，除去棉籽和部分杂质，得到皮棉。根据轧花方式，皮棉则有锯齿棉和皮辊棉之分。

①籽棉。籽棉是由棉田中采摘的带有棉籽的棉花。

②皮棉（原棉）。皮棉是经过轧花加工后去除棉籽的棉纤维，又称为原棉。

③锯齿棉。锯齿棉是由锯齿轧棉机上高速回转的锯齿抓取纤维，采用撕扯方式使棉纤维沿根部切断，从而实现纤维与棉籽分离，纤维集合体呈松散状态。由于锯齿轧棉机一般都经过清棉，可以排除部分短绒、杂质和疵点，所以锯齿棉含杂质、短绒较少。

④皮辊棉。皮辊棉是由皮辊轧棉机的胶辊黏附纤维，再经冲击刀的冲击实现纤维与棉籽的分离，纤维集合体多呈片状。因为在轧棉过程中一般不经过清棉，所以所含短线、杂质及疵点较多，纤维长度整齐度较差，黄根多，纺成的纱线强力比锯齿棉低，条干也较差。

（3）棉纤维的颜色

①白棉。正常成熟的棉花，颜色呈洁白、乳白或淡黄色，工厂使用的原棉绝大部分为白棉。

②黄棉。生长晚期，棉铃经霜冻伤后枯死，棉籽表皮单宁染到纤维上呈黄色，属于低级棉。

③灰棉。生长过程中，雨量过多、日照不足、温度偏低、纤维成熟度低或受空气污染或霉变呈现灰褐色。

④彩色棉。自然生长，带有颜色的棉花的统称，属于粗绒棉种。

（4）棉纤维的形态特征

棉纤维的形态受成熟度的影响很大。正常成熟的棉纤维横截面为腰圆形，中腔干瘪，纵向转曲较多；未成熟的棉纤维胞壁很薄，横截面极扁，中腔很大，纵向转曲较少；过于成熟的棉纤维横截面为圆形，中腔很小，纵向几乎无转曲。正常成熟的棉纤维横截面和纵向外观如图2.1所示。

图2.1　正常成熟的棉纤维横截面及纵向外观的扫描电镜照片

（5）棉纤维的生长发育

棉纤维正常生长发育分三个阶段：伸长期、加厚期、转曲期（干涸期）。

①伸长期。纤维长度和直径增加，形成薄壁细胞，长度基本长足。

②加厚期。纤维素逐层沉积在内壁，胞壁逐渐加厚，而长度不再增加。

③转曲期。棉桃开裂，棉纤维失去水分、胞壁扭转，形成纵向的天然转曲。

（6）棉纤维的微观结构

复圆的棉纤维截面是由许多同心圆柱组成，由外至内为表皮层、初生层、次生层和中腔，如图2.2所示。

①表皮层。由蜡质与果胶混合物组成，具有防水和润滑作用。

②初生层。是纤维的初生细胞壁，由网状原纤组成，和表皮层一起在伸长期形成，对棉纤维起约束和保护作用。

③次生层。是纤维的次生细胞壁，在加厚期由纤维素微原纤紧密堆砌而沉积形成，次生层可以分为S1、S2、S3三层。由于每日温差的原因，大多数棉纤维逐日沉积一层纤维素，故可形成次生层的日轮，如图2.3所示。次生层是棉纤维的主体，决定着棉纤维的主要性质。

图2.2　棉纤维微观结构示意图

图2.3　棉纤维截面的日轮

④中腔。是棉纤维停止生长后，胞壁内留下的空腔，淀积有细胞原生质、细胞核干涸后的物质。

（7）棉纤维的主要性能

①力学性能。棉纤维比强度随品种不同差异较大，见表2.1。断裂伸长率介于3%～7%，属于低弹型纤维，且弹性回复性能较低，因此棉织物易起皱。

②吸湿性。棉纤维组成物质中的纤维素、糖类物质、蛋白质、有机酸等分子上都有亲水性的极性基团，而且棉纤维本身又是多孔物质，因此棉纤维具有较强的吸湿能力。棉纤维的公定回潮率为8.5%。

③耐酸性。棉纤维与有机酸（醋酸、蚁酸）等一般不发生作用。但与无机酸（盐酸、硫酸、硝酸等）会发生水解作用而使纤维强力明显下降。尤其是遇到强酸或浓酸时，纤维会发生脆化甚至碳化而丧失使用价值。酸的浓度越高，作用越剧烈。

④耐碱性。棉纤维抗碱能力很强，通常不会发生破坏作用。棉的丝光整理就是用18%的氢氧化钠溶液浸渍棉纤维织品，使纤维膨胀成圆形，纤维光泽明显增强，抗拉强度提高。

⑤耐热性。棉纤维在150℃以上时，纤维素就开始热降解，强度下降，超过240℃时剧烈分解，热解产物主要是水、二氧化碳、一氧化碳以及少量的乙烯和甲烷。但是在煮沸以及110℃以下进行熨烫都不会造成损伤。

⑥染色性。棉纤维的染色性较好，可以采用直接染料、还原染料、活性染料、碱性染料、硫化染料等染色。

⑦耐生物性。棉纤维并不是昆虫喜欢的食物，但棉纤维在潮湿环境下容易受到细菌和真菌的侵蚀。霉变后棉织物的强力明显下降，还有难以除去的色迹。(www.daowen.com)

⑧耐光性。日光的长期照射会引起棉纤维强度下降，一方面是因为日光中的紫外线能够导致纤维素大分子上的苷键稳定性下降；另一方面则是因为光和氧气及水分的复合作用引起光氧化，导致纤维素大分子破坏。

2.2.1.2　木棉纤维

木棉纤维是一种果实纤维，主要产地在热带地区。我国的木棉主要生长和种植地区为广东、广西、福建、云南、海南、台湾等，中国在晋代就采用木棉制作被褥，宋、元之后因为棉纤维的种植和推广，木棉在纺织领域的应用减少。由于木棉纤维和果壳体内壁以及种子的附着力小，比较容易分离，不须经过轧棉加工，只要将木棉纤维剥出，种子就可以自行分离。

木棉纤维的纵向呈薄壁圆柱形，无转曲，两端封闭，胞壁极薄，细胞未破裂时呈气囊状，具有独特的薄壁大中空结构，是优质的絮填、隔热、吸声材料。未破裂细胞体积重量仅为0.05～0.06g/cm3，因此，纤维块体浮力好，在水中可承受相当于自身重量20～36倍的负载而不下沉。木棉纤维表面有较多腊质，使纤维光滑、不吸水，木棉块体在水中浸泡30天，其浮力也仅下降10%，因此是救生衣的良好填充材料。

木棉纤维的相对扭转刚度很高，大于玻璃纤维的扭转刚度，使纺纱加捻效率降低。因此，很难用加工棉或毛的纺纱方法单独纺纱，但可以混纺成纱。

2.2.1.3　麻纤维

麻纤维的分类是以纤维所在的植物部位进行分类的，主要是韧皮纤维和叶纤维。韧皮纤维来源于麻类植物茎杆的韧皮部分，主要有苎麻、亚麻、黄麻、大（汉）麻、槿（洋）麻、苘麻（青麻）、罗布麻等。叶纤维有剑麻和蕉麻等。

麻纤维的主体成分也是纤维素，因此基本化学性质和棉纤维无异。另外还含有不同比例的半纤维素、木质素、果胶、脂蜡质、灰分等其他成分。麻类纤维中果胶和木质素含量较高，这是它和棉纤维重要的不同之处，因此两者的初加工方式也非常不同。

除苎麻单纤维较长可以采用单纤维纺纱外，其他麻类纤维的单纤维长度相比棉纤维明显偏短，不具备单纤维纺纱价值，因此纺纱都是采用工艺纤维（即多个单细胞纤维藉果胶黏结而成的纤维束）。麻类织物吸湿、导湿性好，强度高，变形能力小，织物挺爽，主要用于夏季服装。

（1）苎麻

苎麻为苎麻科苎麻属多年生宿根植物，中国是苎麻主要的原产地之一，因此又名“中国草”。苎麻俗称白苎、绿苎、线麻、紫麻等。苎麻是中国独特的麻类资源，种植历史悠久，产量占世界90%以上，主要产地为湖南、四川、湖北、江西、安徽、贵州、广西等地区。

苎麻纤维由单细胞发育而成，纤维细长，两端封闭，有中腔，胞壁厚度与麻的品种和成熟程度有关。苎麻纤维的纵向外观没有转曲，纤维外表面有的光滑，有的有不规则条纹或横节，纤维头端钝圆。苎麻纤维的横截面为腰圆形或椭圆跑道形，有中腔，胞壁厚度均匀，有辐射状裂纹。图2.4所示为苎麻纤维的横截面和纵向外观。

图2.4　苎麻纤维横截面及纵向外观

苎麻纤维的细度与长度明显相关，一般，越长的纤维越粗，越短的纤维越细。苎麻纤维的长度较长，一般，可达20～250mm，最长为600mm，是唯一可以单纤维纺纱的麻类品种。纤维宽度20～40μm，有一定的刺痒感。苎麻纤维越细，品质越高，成纱越细越柔软，刺痒感越低。采割期越早的苎麻纤维越细，但制成率和强度都低。

（2）亚麻

亚麻为一年生草本植物，分为纤用、油纤兼用和油用三类，也称鸦麻、胡麻。

亚麻纤维的利用起源于8000多年前的古埃及，然后传播到欧洲大陆。我国的油用亚麻古代由西域引入，纤维用亚麻的种植开始于19世纪。亚麻适宜种植地区在北纬45º～55º，我国的亚麻主要产地在黑龙江。

亚麻单纤维纵向中间粗，两端细，中空，两端封闭，无转曲，表面有横节和竖纹。纤维截面结构随麻茎部位不同而存在差异，麻茎根部纤维截面为圆形或扁圆形，细胞壁薄，中腔大；麻茎中间部位纤维截面为多角形，细胞壁厚，纤维品质优良。图2.5所示为亚麻纤维的横截面和纵向外观。

亚麻单纤维长度为10～26mm，以束状存在于韧皮中，每束中有30～50根单纤。经沤麻脱除部分果胶后，使纤维束松散，再经压轧、打麻得到工艺后纤维可用来纺纱。亚麻单纤维较细，宽度12～17μm，因此亚麻织物刺痒感不像苎麻那样明显。亚麻对细菌具有一定的抑制作用，其中，亚麻布对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达94%，对大肠杆菌抗菌率达92%。

图2.5　亚麻纤维横截面形态及纵向外观

（3）黄麻和红麻

黄麻为一年生草本植物，主要有圆果种和长果种两大品系，中国有近千年的黄麻种植历史，是圆果种黄麻的起源地之一，我国的黄麻主要产地为安徽、湖南、湖北、河南、四川、广西、山东等省区。圆果种黄麻脱胶后纤维色泽呈乳白至淡黄，纤维较粗短；长果种黄麻纤维脱胶后呈浅金黄色，纤维要细长一些。黄麻单纤维长度很短，一般为1.5～5mm，必须采用工艺纤维纺纱。

黄麻纤维在麻茎韧皮中分多层分布，每层中的纤维细胞聚集成束，一束截面中有5～30根纤维，束纤维之间形成网状组织。黄麻纤维纵向光滑，无转曲，富有光泽。纤维横截面一般为不规则的五角形或六角形，中腔为圆形或椭圆形，中腔的大小不一致。黄麻纤维吸湿后表面仍保持干燥，但吸湿膨胀并放热。图2.6所示为黄麻纤维的横截面和纵向外观。

图2.6　黄麻纤维横截面形态及纵向外观

红麻又称槿麻或洋麻，台湾称为钟麻，习性及生长与黄麻十分相近。红麻的单细胞纤维长度只有2～6mm，与黄麻相近，也必须是工艺纤维纺纱，工艺纤维呈棕黄色。单细胞截面为多角形或近椭圆形，中腔较大。单细胞一端为尖圆角、一端为钝圆端，时而有小分叉或分枝，比黄麻纤维要粗。

黄麻和红麻用途相近，适用于麻袋、麻布、麻地毯和绳索，但应用于服装时必须进一步将工艺纤维柔软化和细化。

（4）大（汉）麻

大麻是一年生草本植物，高毒性大麻（含四氢大麻酚较高）品种作为药用，低毒大麻（四氢大麻酚含量0.3%以下）品种作为纤维用，为避免混淆，现代将纤维用（工业用）大麻命名为汉麻。大麻也称花麻、寒麻、线麻、火麻、魁麻等，是我国最早用于纺织纤维的麻类纤维之一，已有近5000年的历史。大麻适应环境能力强，耐贫瘠、地域适应性广，生长过程中极少受虫害，几乎不需使用农药和化肥。

大麻单纤维表面粗糙，有纵向缝隙、孔洞及横向枝节，无天然转曲。大麻横截面有多种形态，如三角形、四边形、六边形、扁圆形、腰圆形或多角形等，中腔呈多分散的椭圆形，总面积占截面积的1/2～1/3。纤维纵向有许多裂纹和微孔，并与中腔相连，具有优异的毛细效应，因此，吸附性能和吸湿排汗性能优异。图2.7所示为大麻纤维的横截面和纵向外观。

图2.7　大麻纤维横截面形态及纵向外观

大麻单纤维的细度和长度与亚麻相当，故亦需工艺纤维纺纱，大麻纤维制品类似于亚麻，具有柔软和低刺痒感的特点。与亚麻一样，大麻纤维也有一定的杀菌功能。但大麻相比于亚麻，纤维间的木质素含量更高，因此加工中含有针对木质素的脱除工艺。

（5）罗布麻

罗布麻又称野麻、茶叶花，是一种多年生宿根草本植物。罗布麻属于野生植物，适宜在盐碱地、沙漠等恶劣的环境中生长，主要集中在新疆、内蒙古、甘肃、青海等地。罗布麻单纤维为两端封闭，中部较粗而两端细，纵向无扭曲，纤维表面有许多竖纹和横节。纤维横截面呈不规则的腰子形，中腔较小，胞壁很厚，纤维粗细差异较大。图2.8所示为罗布麻纤维的横截面及纵向外观。罗布麻也需工艺纤维纺纱，主要用于服用纺织品。罗布麻除具有麻类纤维的一般特点外，还具有一定的医疗保健性能，如罗布麻对降低穿着者的血压有显著效果。类似于亚麻和大麻，罗布麻纤维也具有天然抗菌功能。

图2.8　罗布麻纤维横截面及纵向外观

（6）剑麻

剑麻是热带多年生草本植物，因其叶片形似宝剑而得名。剑麻原产于中美洲热带、亚热带高温、少雨的半荒漠地区，剑麻适应性广，容易栽培，并且耐干旱，抗风沙，在丘陵、盐碱地、山地都可以生长。剑麻纤维纵向呈圆筒形，中间略宽，两头端钝而厚，有的呈尖形或分叉。单纤维横截面为多角形或卵圆形，多数为不规则六角形，有明显的中腔，中腔呈卵圆形或较圆的多边形，细胞具有节结和明显的细孔。

剑麻纤维色泽洁白，质地坚韧，强度高，耐海水腐蚀。传统产品主要是船用缆绳和网具、编织地毯、麻袋以及制造特种高级纸张。

（7）蕉麻

蕉麻又称马尼拉麻、菲律宾麻等，为多年生宿根植物。蕉麻生长在热带和亚热带，适宜在高温高湿环境中生长。蕉麻原产国和主产国是菲律宾，在印度尼西亚、厄瓜多尔、危地马拉、洪都拉斯等国家也可以种植。蕉麻纤维表面光滑，直径均匀，纵向呈圆筒形，头端为尖形。横截面为不规则椭圆或多边形，中腔圆大，细胞壁较薄，细胞间由木质素和果胶黏结，极难分离。一般用途与剑麻相同。