(三)深入了解棉纤维: 微结构法在天然棉纤维上之应用,不为广泛,祇有在成熟度上利用显微镜法,主要观察其成熟度情况,而评定此批棉纤之成熟系数之其中一个指标。 首先探讨棉纤之结构特征:
(a)宏观外型结构:一根天然棉纤维为一单细胞,从胚珠表皮细胞,经过约25-30天延伸期,进入约25-30天加厚期而成长。成熟的纤维,呈细长而略扁的管状,顶部最高,中部次之而稍粗,基部最低,横截面,中部最大,基部次之,顶部最小,纤维长度与宽度之比约为1000-3000,成熟的纤维,向外具有天然卷曲,呈螺旋形左及右扭曲,此为棉纤维之特征,成熟的棉纤维扭曲数约为39-65个/厘米,约每毫米反转向一次,未成熟或过度成熟纤维则较少。
(b)截面内层结构: 棉纤维截面多为呈腰果型,其次圆形,耳朵形等,由许多同心层组成.徐初生表层外,主要分层外皮下之初生层,主要由果胶及纤维素纤维组成的网状结构,厚度很薄,约为0.2微米。 其次为次生层,是棉纤维初生层内部淀积的一层胞壁,为棉纤维的主要部份,成熟棉纤维次生层厚度约为0.4-5微米,层中纤维素微原纤(microfibril),沿着纤维长度方向呈螺旋状排列,有左及右旋,螺旋倾斜方向约20-45度,就是棉纤维之主要形态特征—天然转曲。内部为中腔,是棉纤维生长停止后,次生胞壁遗留下来的未被纤维素填满的内部空腔。棉纤维经过延伸期及加厚期,纤维素淀渍速度不一,形成明显疏密不同的层次,称为日轮,一般日轮层总共有25-40层,我们可通过铜氨液膨化处理的棉纤维截面,用显微镜观察。这三部份各层的结构与纤维的表面性能有着密切关系,并决定其主要物理机械性。
(四)棉纤之结构:特征所产生之物理性质对成纱之影响:
(1)天然转曲影响纱线中纤维间抱合力,因而影响成纱之强力,天然转曲多,成纱强力高,未成熟和过成熟原棉,天然转曲减少,成纱强力低。
(2)表皮层(初生表层)主要成份为果胶,棉腊,对纤维加工及储存性能影响大。
(3)天然纤维素的结晶形式,主要是纤维素I和纤维素II,棉纤维经碱丝光处理后,会由纤维素I转变成纤维素II,而且纤维结晶度会有所降低,光泽显著增加,棉纤维相对密度为1.54-1.56,线密度为1.1-2.2dtex,供丝光工艺作参考。
(4)纤维截面的各部份位置收缩应力都不同,腰果形细胞两边曲率最大,结构较紧,中间顶部次之,两边内侧为过渡区,中间凹入处可及性最大,易存积其它物质及色素,纤维中腔结构,对光泽等光学性质影响极大,并使纤维轻而且保暖,对纤维染色性,卷缩性,手感等有密切关系。
(五)再简单了解棉纤维的化学成份: 棉纤维的化学成份以纤维素为主,占93-95%,其余为纤维素伴生物,如:蜡质和脂肪约占0.3-1.0%,果胶质约1.0-1.5%,含氮物约1.0-1.5%,灰分约0.8-1.8%,其它约1.0-1.5%。元素成份为:碳44.4%,氢6.2%,氧49.4%。 棉纤维的化学成份所产生之化学性质对成品之影响:
(1)棉纤维成份以纤维素为主,纤维素在长时间作用下,或经氧化剂处理,分子键产生断裂,纤维素被分解。
(2)日照亦使纤维素大分子破坏,尤以紫外线破坏力最强,令纤维素聚合度下降,纤维强力降低及脆化。
(3)棉纤维所吸收之水份,在热至100度C时被蒸发,到160度C时纤维脱水,240度C时纤维被破坏至变黄,400-450度C时碳化。
(4)棉纤维吸水后膨化但不易溶解,截面积可扩大40-50%,长度增加1-2%。但在酸溶液或高温水作用下,聚合度下降,强力亦降低。
(5)棉纤维在常温下,对稀碱稳定,在18%烧碱处理时可产生丝光作用。
(6)棉纤维含水率大于9%,相对湿度在75%以上时,纤维素易被微生物分解,棉纤维易发霉。
现行业沿用测试棉纤维成熟度之方法:有
(1)中腔胞壁对比法,
(2)棉纤维成熟度试验法(偏光仪法),
(3) 棉纤维成熟度试验法(显微镜法),
(4) 棉纤维成熟度试验法(气流法)。 现将每种方法简单介绍,首先了解其中一些名词定义。
(a)成熟度比(maturity ratio):纤维胞壁的增厚度与选定的0.577标准增厚度之比。
(b)死纤维(dead fibres):以无转曲,很少转曲,或几乎没有纤维胞壁的扁平管状到胞壁稍有发育,转曲较多等各种形态,纤维胞壁的厚度等于或小于纤维最大宽度的五分一。
(c)正常纤维(normal fibres):经18%氢氧化钠溶液膨胀后,中腔呈不连续或几乎没有任何中腔痕迹的棒状纤维,没有轮廓分明的转曲。
(d)薄壁纤维(thin-walled fibres):经18%氢氧化钠溶液膨胀后,不能划为正常纤维或死纤维的纤维。
(e) 纤维胞壁增厚度(degree of fibre wall thickening):纤维胞壁的实际横截面积对同样周长的圆面积之比。 (f)成熟纤维百分率(percentmaturity):在同一样品中,成熟纤维占纤维总根数的平均百分率。
(g)不成熟纤维(immature fibres):发育不良而胞壁薄的纤维,经18%氢氧化钠溶液膨胀后,呈螺旋状或扁平状态,纤维胞壁薄且呈透明的纤维,纤维胞壁的厚度,小于纤维最大宽度的四分一。
(h)成熟纤维(mature fibres):发育良好而胞壁的纤维,经18%氢氧化钠溶液膨胀后,呈无转曲的棒状纤维,纤维胞壁的厚度等于纤维最大宽度的四分一。
(1)中腔胞壁对比法: 首先按照棉纤维试验取样方法(如中国国家标准GB6097-85),制备的试验棉条中取出重约4-6mg的样品,用手扯法加以整理,使成一端齐整的小棉束,先用稀梳,后用密梳梳去短纤维,用手指捏住齐整的一端纤维,梳理另一端纤维,去掉棉束两旁纤维,留下中间部份180-220根纤维,将载玻片擦拭干净,放在黑绒板上,在载玻片边缘上粘贴一些胶水,左手捏住齐整的一端,右手以夹子从棉束另一端取数根纤维,均匀地排列在载玻片上,连逐排列至排完为止,待胶水干后,用挑针把纤维整理平直,并用胶水粘好纤维另一端,然后轻轻地在纤维上面放置载玻片,用400倍显微镜沿载玻片中部逐根观察,根据腔宽壁厚比值确定纤维成熟系数,并可参照标准图示的纤维形态,确定纤维成熟系。 各种不同成熟度纤维分成18组,分别用不同成熟系数表示,完全未成熟的棉纤维,成熟系数为0.00,最成熟的棉纤维,成熟系数为5.00,从0.00—3.75间每隔0.25为一组,即:0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,1.75,2.00,2.25,2.50,2.75,3.00,3.25,3.50,3.75,再加上4.00和5.00两组共18组。
成熟系数越大,棉纤维成熟度越高,一般成熟度在1.4—2.00范围内最适中。腔宽壁厚比值与,成熟系数对照: 0.00(成熟系数)=30-22(腔宽壁厚比值), 0.25(成熟系数)=21-13(腔宽壁厚比值), 0.50(成熟系数)=12-9(腔宽壁厚比值), 0.75(成熟系数)=8-6(腔宽壁厚比值), 1.00(成熟系数)=5(腔宽壁厚比值), 1.25(成熟系数)=4(腔宽壁厚比值), 1.50(成熟系数)=3(腔宽壁厚比值), 1.75(成熟系数)=2.5(腔宽壁厚比值), 2.00(成熟系数)=2(腔宽壁厚比值), 2.25(成熟系数)=1.5(腔宽壁厚比值), 2.50(成熟系数)=1(腔宽壁厚比值), 2.75(成熟系数)=0.75(腔宽壁厚比值), 3.00(成熟系数)=8-6(腔宽壁厚比值), 3.25(成熟系数)=0. 5(腔宽壁厚比值), 3.50(成熟系数)=0.33(腔宽壁厚比值), 3.75(成熟系数)=0. 2(腔宽壁厚比值), 4.00(成熟系数)=0 (腔宽壁厚比值), 5.00为不可察觉。
一般观察一个视野来决定每根纤维的成熟系数,如形态特殊的纤维,可扩大观察范围,或进一步用测微尺测量几个转曲的腔宽壁厚比例来决定,估计或测量腔宽壁厚时,应在纤维转曲中部宽度最宽处测定,若两壁厚薄不同,可取其平均数,没有转曲的纤维亦须在观察范围内最宽处测定。每根试验棉条试验两个试验试样,每个观测180-220根纤维,两个试验试样试验结果的差值应符合精密度的测定,试验结果以平均成熟系数计算。
(2)棉纤维成熟度测试方法 ( 显微镜法 ): 此方法是利用显微镜测试经氢氧化钠膨胀后,棉纤维成熟度的试验方法。适用于未经化学处理的棉纤维,棉卷,棉条以及纱线中取出的棉纤维。 首先以国家标准GB 6097 棉纤维试验取样方法取样,原理是利用棉纤维经18%氢氧化钠溶液膨胀后,成熟好的纤维胞壁厚而中腔宽度小,纤维呈捧状,成熟差的纤维胞壁薄而中腔宽度大,纤维呈扁平带状,因此,可根据棉纤维中腔宽度,胞壁厚度的比值和纤维形态来测定棉纤维成熟度。
仪器,工具和试剂:
(1)倍数为400倍的显微镜.
(2) 载玻片,盖玻片,玻璃捧,绒板,钳子,50mm纤维尺,稀梳,挑针,胶水等。
(3)用于纤维分类计数的计数器。