紡織材料基礎(chǔ)任務(wù)二棉纖維的基本性能認(rèn)識(shí)Task2:UnderstandingtheBasicPropertiesofCottonFiber通過學(xué)習(xí)本任務(wù)，掌握棉纖維的種類、結(jié)構(gòu)特征、物化性能，分析其在服裝、家紡等場(chǎng)景中的適用性，為后續(xù)材料選型與產(chǎn)品設(shè)計(jì)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。任務(wù)描述：

了解棉纖維的種類；掌握棉纖維的縱、橫截面形態(tài)特點(diǎn)；了解棉纖維的理化性能。能按標(biāo)準(zhǔn)完成棉纖維回潮率測(cè)試，并記錄分析數(shù)據(jù)；計(jì)算棉纖維的線密度（特克斯）和斷裂強(qiáng)度，理解數(shù)值的實(shí)際意義；能根據(jù)棉纖維性能特點(diǎn)，在服裝設(shè)計(jì)、家紡選材中推薦適合的應(yīng)用場(chǎng)景。形成安全規(guī)范操作意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生“性能決定用途”的工程思維，能結(jié)合實(shí)際需求分析材料選擇材料。學(xué)習(xí)目標(biāo)：

能力目標(biāo)：

素養(yǎng)目標(biāo)：

一、棉纖維棉纖維是生長在棉花種子表面的一種植物單細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由胚珠表皮細(xì)胞經(jīng)過伸長和加厚發(fā)育而成。棉纖維的生長可以分為伸長期、加厚期和轉(zhuǎn)曲期三個(gè)時(shí)期。相關(guān)知識(shí)：

（1）伸長期（約25~30天）棉花開花后，胚珠表皮細(xì)胞開始伸長，逐漸形成細(xì)長的管狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)細(xì)胞壁薄、內(nèi)部中腔明顯，纖維長度在此階段快速增加。（2）加厚期（約25~30天）纖維停止長度增長，細(xì)胞壁通過每日向內(nèi)沉積纖維素逐漸增厚。使纖維形成中部粗、兩端細(xì)的形態(tài)，強(qiáng)度顯著提高。（3）轉(zhuǎn)曲期（棉鈴裂開吐絮后）棉鈴?fù)滦鹾?，纖維因脫水收縮導(dǎo)致表面形成不規(guī)則螺旋形（天然轉(zhuǎn)曲），這種結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)纖維間的抱合力，從而更利于紡紗加工。（二）棉纖維的種類1.按品種分類（1）陸地棉（細(xì)絨棉）特點(diǎn)：纖維長度適中，平均長度為23~32mm，中段線密度為1.4~2.2dtex，比強(qiáng)度為2.6~3.2cN/dtex，色潔白有絲光。用途：紡織行業(yè)主要原料，適合紡普通紗線。（2）海島棉（長絨棉）特點(diǎn)：纖維長度細(xì)長，平均長度為33~75mm，中段線密度為0.9~1.4dtex，比強(qiáng)度為3.3~5.5cN/dtex，色乳白或淡黃。用途：高檔面料（如高支紗、特種紡織品）。（3）亞洲棉（粗絨棉）特點(diǎn)：纖維粗短，平均長度為15~24mm，中段線密度為2.5~4.0dtex，強(qiáng)度低，已基本淘汰。2.按初加工分類（1）籽棉從棉田采摘的帶籽棉花，需經(jīng)軋棉（去籽）加工。（2）皮棉（原棉）軋棉后去除棉籽的棉纖維，紡織主要原料。（3）鋸齒棉鋸齒軋棉機(jī)撕扯分離纖維與棉籽。纖維整齊、雜質(zhì)少，但易損傷長纖維，普通紡紗用棉。（4）皮輥棉皮輥軋棉機(jī)擠切分離纖維與棉籽。纖維損傷少，但含雜多、短絨多，多用于長絨棉加工。3.按色澤分類（1）白棉正常成熟的優(yōu)質(zhì)棉，顏色潔白、乳白、淡黃，紡織主要原料。（2）黃棉由于霜凍導(dǎo)致纖維發(fā)黃，品質(zhì)差，僅少量用于低檔棉制品。（3）灰棉因雨淋霉而呈灰褐色，強(qiáng)力較低，僅適用于低檔紗線。（a）橫截面

（b）縱向外觀

（一）截面形態(tài)結(jié)構(gòu)1.不同成熟度的截面特征正常成熟的棉纖維在顯微結(jié)構(gòu)上典型特征是其橫截面呈現(xiàn)不規(guī)則腰圓形輪廓，并具有顯著的中腔結(jié)構(gòu)。見圖1-3（a）。未成熟棉纖維的典型特征是截面極扁，中腔大。見圖1-3（b）。過成熟棉纖維的典型特征是截面近圓形，中腔極小，見圖1-3（c）。圖1-3

棉纖維的截面形態(tài)（a）（b）（c）2.截面分層結(jié)構(gòu)（由外向內(nèi)）初生層

伸長期形成的薄層，外層為蠟質(zhì)與果膠。纖維素呈螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，含量較少。次生層

加厚期逐日沉積纖維素，形成“日輪”結(jié)構(gòu)。纖維素以束狀螺旋排列（螺旋角25°～30°），導(dǎo)致天然轉(zhuǎn)曲。厚度決定纖維強(qiáng)度、細(xì)度等物理性能。中腔

纖維內(nèi)部空隙，次生層越厚，中腔越小。殘留原生質(zhì)影響纖維顏色。（二）縱向形態(tài)結(jié)構(gòu)1.天然轉(zhuǎn)曲特征（1）正常成熟棉轉(zhuǎn)曲多且反向頻繁，呈不規(guī)則螺旋形，見圖1-4（a）。（2）未成熟棉轉(zhuǎn)曲少，呈薄壁管狀，見圖1-4（b）。（3）過成熟棉轉(zhuǎn)曲少，呈棒狀，見圖1-4（c）。（a）

（b）

（c）圖1-4棉纖維的縱面形態(tài)2.轉(zhuǎn)曲的作用與影響轉(zhuǎn)曲數(shù)是指單位長度（cm）內(nèi)扭轉(zhuǎn)180°的次數(shù)。長絨棉轉(zhuǎn)曲數(shù)＞細(xì)絨棉（細(xì)絨棉約39~65個(gè)/cm）。優(yōu)點(diǎn)：增強(qiáng)纖維間抱合力，利于紡紗和成紗強(qiáng)度。缺點(diǎn)：反向轉(zhuǎn)曲過多會(huì)降低纖維強(qiáng)度。三、棉纖維的理化性能（一）物理性能指標(biāo)1.結(jié)構(gòu)特性纖維長度與線密度

天然轉(zhuǎn)曲

正常成熟纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)39～65個(gè)/cm；白棉＞棕色棉＞綠色棉，過熟纖維趨于平直。（2）微觀結(jié)構(gòu)密度分層

結(jié)晶區(qū)密度1.53g/cm3，外輪廓密度1.25～1.31g/cm3。成熟度

生長周期與日照決定細(xì)胞壁厚度與纖維素沉積量，成熟度高則強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)曲多。2.力學(xué)性能（1）強(qiáng)度特性

（2）彈性表現(xiàn)。3.吸濕與環(huán)境響應(yīng)（1）吸濕機(jī)制

（2）環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

4.熱物理穩(wěn)定性

耐熱性

150℃以上熱分解，240℃苷鍵斷裂，370℃結(jié)晶區(qū)破壞（質(zhì)量損失40～60%）。（二）化學(xué)性能指標(biāo)1.化學(xué)耐受性（1）耐酸性纖維素對(duì)無機(jī)酸非常敏感，酸可以使纖維素大分子中的苷鍵水解，大分子鏈變短，還原能力提高，纖維素完全水解時(shí)生成葡萄糖。有機(jī)酸對(duì)棉的作用比較緩和，酸的濃度越高，作用越劇烈。（2）耐堿性常溫下稀堿溶液使棉纖維膨化，取代羥基氫生成堿纖維素，觸發(fā)纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。稀堿常溫下膨化纖維（絲光原理），濃堿高溫引發(fā)降解；18～25%NaOH處理可消除轉(zhuǎn)曲，提升光澤。2.染色性能棉纖維的染色性較好，可以采用直接染料、還原染料、活性染料、堿性染料、硫化染料等染色。3.功能化加工特性（1）絲光處理

通過堿液濃度（18～25%）與張力控制，實(shí)現(xiàn)纖維圓整化與光澤提升。（2）防霉變性

棉纖維有較好的吸濕性，在潮濕環(huán)境下，容易受到細(xì)菌和霉菌的侵蝕。霉變后棉織物的強(qiáng)力明顯下降，還有難以除去的色跡。四、棉纖維的應(yīng)用領(lǐng)域（一）紡織服裝（二）家居家紡（三）醫(yī)療衛(wèi)生（四）工業(yè)領(lǐng)域（五）環(huán)保與創(chuàng)新應(yīng)用2

任務(wù)實(shí)施：依據(jù)《GB/T6102.2原棉回潮率試驗(yàn)方法電測(cè)器法》測(cè)試原棉的回潮率，將測(cè)試結(jié)果填入報(bào)告單中。任務(wù)完成后，提交工作報(bào)告。評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方式分值理論知識(shí)掌握能夠準(zhǔn)確描述棉纖維特性課堂提問20實(shí)驗(yàn)操作能力實(shí)驗(yàn)步驟規(guī)范，記錄準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分析與總結(jié)能力能夠分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出正確結(jié)論實(shí)驗(yàn)報(bào)告20團(tuán)隊(duì)合作能力積極參與小組討論，提出合理見解小組評(píng)價(jià)15作業(yè)完成情況按時(shí)完成作業(yè)，內(nèi)容準(zhǔn)確作業(yè)批改15合計(jì)2

任務(wù)評(píng)價(jià)：一、選擇題1.棉纖維的公定回潮率是（）%。A.0B.0.4C.8.5D.122.棉纖維生長的三個(gè)階段依次是（）。A.加厚期、伸長期、轉(zhuǎn)曲期B.伸長期、轉(zhuǎn)曲期、加厚期C.伸長期、加厚期、轉(zhuǎn)曲期D.轉(zhuǎn)曲期、伸長期、加厚期3.海島棉（長絨棉）的主要用途是（）。A.普通紗線B.醫(yī)用紗布C.高支紗和特種紡織品D.低級(jí)棉制品4.正常成熟棉纖維的截面形態(tài)特征是（）。A.極扁，中腔大B.不規(guī)則腰圓形，有明顯中腔C.近圓形，中腔極小D.扁平帶狀，無中腔5.（）的天然轉(zhuǎn)曲數(shù)最多。A.未成熟棉B.過成熟棉C.正常成熟白棉

D.黃棉二、簡答題1.簡述棉纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)性能的影響。2.為什么棉纖維在紡織加工中