棉纤维工艺性能及其关键指标

为确定纺织工艺，纺织行业需要对棉花的品质性能进行非常详细的测试评价，一般都借助仪器或器械进行此项工作。下面介绍纺纱工厂必须考核的原棉指标。

（一）棉纤维的长度

纤维长度是指伸直纤维两端间的距离，即纤维伸直但不伸长时的长度。

长度是棉纤维最重要的质量指标，以长度测量为主的检测设备往往耗资数十万以上。任何一批原棉，其中各根纤维长短不齐，形成一种自短到长的分布，见图2-4。通常用主体长度、平均长度、品质长度和短绒率等指标来表征原棉长度的各方面信息。

1.平均长度L 是指纤维长度的平均值，一般用重量加权平均长度。所谓重量加权是指计算平均值时各组长度乘一个重量权系数（重量百分比），例如，L=∑kiLi/N，式中Li为第i组的长度，ki为第i组的纤维占总量的重量百分比。

图2-4　一种新疆长绒棉的长度——质量频率分布

2.主体长度Lm 是指一批棉样中含量（根数或重量）最多的纤维的长度。早期棉花收购中应用手扯长度与主体长度接近。

3.品质长度Lp 又称右半部平均长度，是指比主体长度长的那一部分纤维的重量加权平均长度，是棉纺工艺上确定罗拉隔距等工艺参数的重要依据，一般品质长度较主体长度长2.5～3.5mm。

4.短绒率P 是指纤维长度短于某一长度界限的纤维重量与纤维总重量的百分比。短绒率是表示棉纤维长度整齐度的一项指标。

5.其他 此外，有时还使用基数S和均匀度C两项指标。基数是以主体长度为中心，前后5mm范围内的纤维重量百分数之和，基数大则说明纤维长度均匀度好。

均匀度C是基数S与主体长度Lm的乘积。

棉纤维长度与成纱质量密切相关。在其他条件相同的情况下，棉纤维越长、长度离散性越小、短绒率越低，成纱强度越高，纺出纱的极限细度越细，成纱细度越均匀，毛羽越少，纺纱质量越好。

（二）棉纤维的细度

由于棉纤维的不规则截面，很难用直径、截面积大小等直接指标表示其粗细，最常用的细度指标是间接指标，有线密度（特克斯、分特克斯）、纤度（旦）、公制支数等。我国的法定计量单位为线密度，棉纤维的惯用计量单位是公制支数。

线密度Ft：在公定回潮率下，1000m长的纤维所具有的重量克数，是现行的法定单位。线密度数值越大，表示纤维越粗。线密度的单位通常以“tex”表示。

公制支数Nm：在公定回潮率下，1g重的纤维所具有的长度的米数，用下式计算：

式中：L为长度（m或mm）；g为质量（g或mg）。从物理概念讲，公制支数是线密度的倒数，Nm越大，表示纤维越细。特克斯与公制支数的换算关系为：

（三）成熟度（maturity）

棉纤维成熟度是指纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越厚，成熟度越好。成熟度与生长条件有关。除长度以外，棉纤维的各项性能几乎都与成熟度有着密切的关系。正常成熟的棉纤维，截面粗［胞壁厚、中腔小，图2-5（a）］、强度高、弹性好、有丝光，并有较多的天然转曲。未成熟的棉纤维，天然转曲少，胞壁薄、强度低、弹性和光泽差，见图2-5（b）。过成熟棉纤维，呈棒状、中腔不明显、天然转曲少、抱合力差，见图2-5（c）。图2-5（d）为极不成熟棉纤维。

棉纤维成熟度的高低与纺纱工艺、成品质量关系十分密切，简单归纳如下。

（1）成熟度高的棉纤维能经受打击，易清除杂质，不易产生棉结与索丝。

图2-5　不同成熟度的棉纤维截面形态

（2）成熟度高的棉纤维吸湿较低，弹性好，加捻效率较低。

（3）成熟度高的棉纤维在加工过程中飞花和落棉少，成品制成率高。

（4）成熟度中等的棉纤维，由于纤维较细，因而成纱强度高，成熟度过低的棉纤维成纱强度不高；成熟度过高的棉纤维偏粗，成纱强度也低。但成熟度高的纤维在加工成织物后，耐磨性较好。

（5）成熟度高的棉纤维晶亮而有丝光，而且吸色、显色性好，织物染色均匀、纯正、光泽好。

（四）棉纤维的强度（intensity）

纤维强度有绝对强度和相对强度之分，前者指拉断一根纤维需要的力，以cN为单位；后者指拉断一定细度的纤维需要的力，以cN/tex等为单位。常用的相对强度指标还有断裂长度LR，其物理意义为纤维自重能够将其拉断时的长度，或者说纤维自重恰好等于其断裂强力时的长度。

纤维断裂长度LR一般用式（2-3）换算：(www.xing528.com)

式中：P为平均单纤维强度（gf/m2，1gf/m2=0.01kPa）；Nm为纤维公制支数（m/g）。

断裂长度是一个强度指标，单位一般用km，故名断裂长度。

棉纤维强度与其含水率明显相关，规定在标准温湿度条件下进行测试。可以采用单纤维检测，也可采用束纤维检测，然后再换算成单纤维强度。一批原棉中单纤维强度的差异很大，若要单纤维强度数据有代表性，必须测试相当多的纤维根数。测试束纤维强度比较快速简便。

强度是棉纤维的一项重要品质性能，纤维强度高，不但成纱强度高，而且可减少纺织加工中对纤维的拉断等损伤。纺织用细绒棉的强度多半在3.5～4.5cN。棉纤维强度还与品种密切相关，如长绒棉很细，而强度却高于细绒棉，长绒棉的单纤强度为4～6cN。

（五）杂质（admixture）与疵点（defect）

原棉中除棉纤维外的一切物质统称杂质，如泥沙、枝叶、铃壳、不孕籽、棉籽及虫屎等，引起纺纱困难或影响成纱质量的棉纤团统称为疵点，见表2-3、图2-6，如索丝、棉结、黄根、带纤维籽屑等。

原棉中杂质和疵点的存在，不仅直接影响用棉量，而且还给纺纱工艺增添麻烦，使生产效率降低，棉纱成本提高。有些细小疵点在纺纱工艺中很难除掉，它们将直接影响纱、布质量。根据杂质和疵点在纺纱过程中的危害，大致可分为以下几类。

表2-3　原棉中的疵点种类

1.难与原棉分离的杂质与疵点 这类杂质和疵点危害甚大，常见的有带纤维籽屑、软籽表皮、棉结、黄根、僵棉以及部分棉铃、碎叶片等，见图2-6，它们只能在梳棉中清除一部分，很难完全清除。这些杂质疵点包卷在纱条中或附着在条干上会使条干恶化，断头增加，棉结杂质粒数增多。

图2-6　难与原棉分离的杂质与疵点

2.可与原棉分离的杂质 主要有棉籽、破籽、泥沙等。它们的特点是体积和重量较大，分布不均匀，虽然纺纱过程中可被清除，但影响用棉量。

3.可被梳理开的疵点 主要有棉索丝和棉团，见图2-7，它们的特点是在梳棉过程中，可将其中大部分疵点梳成单纤维。少量会进一步纠结成无法清除的小棉结，影响成纱质量。

4.其他 个别原棉中还可能混入一些砖石、金属、火柴、麻袋碎片等危害极大的特殊杂质。

原棉的杂质检验，通常采用棉花杂质分析机测定杂质含量百分率，或测定各类手拣疵点总重量的百分率。

原棉疵点检验一般采用手拣法，称取一定量试样，拣出各类疵点。然后折算成每100g原棉中所含疵点的粒数及重量百分率。

图2-7　索丝

（六）水分（moisture）

原棉水分含量的多少用含水率或回潮率表示。含水率是指原棉中的水分含量占原棉重量的百分数；回潮率是指原棉中水的含量占干燥原棉重量的百分数。我国原棉水分含量通常用含水率或回潮率来表示。棉花收购中含水率用电阻测湿仪快速测定，含杂则用目光估计，或用棉花质量分析机测定。

原棉含水率一般在7%～11%，南方地区含水高于北方地区。原棉的含水量大小既影响重量的计算，又影响质量和存储，因此，要求进行精确的测量，其含水率的测定方法，通常采用烘箱法或电测法。

同一份原棉由于含水率不同，原棉的总重量也不同，因此，在原棉买卖交易交接验收业务上，采用2013年新国标GB 1103规定的棉花公定回潮率（8.5%），棉花回潮率最高限度为10.0%。凡是实际回潮率不是8.5%的原棉，都折合到8.5%的标准回潮率计算重量。