■李孝華

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南 鄭州 450004〕

目前我國棉花加工技術(shù)突飛猛進，加工機械的制造精度和一致性也都有了明顯的提高，但是針對如何改善棉花加工中影響棉纖維關(guān)鍵原生品質(zhì)的工藝和技術(shù)的研究較少。究其原因，是大家對棉纖維原生品質(zhì)的概念和棉花加工對其影響缺乏清晰的了解。本文嘗試從棉纖維的結(jié)構(gòu)、性能出發(fā)，結(jié)合細絨棉國家新標準，對棉纖維原生品質(zhì)進行定義，分析棉花加工中對棉纖維原生品質(zhì)的影響，為棉花加工工藝和技術(shù)的研究做一個鋪墊。

一、棉纖維結(jié)構(gòu)

棉纖維的結(jié)構(gòu)一般包括大分子結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)。棉纖維原生品質(zhì)基本上由這些結(jié)構(gòu)所決定。棉纖維大分子官能團是羥基和甙鏈。羥基是親水性集團，使棉纖維具有一定的吸濕能力；而甙鏈對酸敏感，所以棉纖維比較耐堿而不耐酸。棉纖維的大分子的結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，大分子排列方向和纖維軸向有一定的關(guān)系。超分子結(jié)構(gòu)對棉纖維的力學性質(zhì)、光學性質(zhì)、溶脹性等有影響。形態(tài)結(jié)構(gòu)對棉纖維的力學性質(zhì)、光澤、手感、保暖性、吸濕性等均有影響。下面從化學性能和物理性能兩方面歸納棉纖維的原生品質(zhì)指標。

二、棉纖維的化學性能

棉纖維的化學性能主要是棉纖維在水、有機溶劑、染料、酸、堿、氧化劑、熱、光以及微生物等作用下所表現(xiàn)出來的性能。棉纖維的染色性能很好，一般染料均可以染色，成熟好的棉纖維染色均勻，成熟不好的棉纖維染色較差；棉纖維較不耐酸，一般情況下，無機酸對于棉纖維有侵蝕作用，而有機酸對棉纖維的作用比較緩和;棉纖維在氧化劑的作用下容易氧化，使纖維素發(fā)生嚴重降解；棉纖維與大多數(shù)合成纖維不同，沒有明顯的熱塑性，在高溫作用下不溶融而分解或碳化；棉纖維吸濕性較強，在潮濕的條件下存放，棉纖維會因某些細菌和霉菌活動而發(fā)生物質(zhì)變化產(chǎn)生霉變。微生物的作用與溫度和濕度關(guān)系密切。

三、棉纖維的物理性能

棉纖維的物理性能主要包括吸濕性能、力學性能、光學性能、電學性能和密度等。

棉纖維分子結(jié)構(gòu)上的自由羥基的數(shù)目越多，棉纖維的吸濕能力就越大。棉纖維的分子排列結(jié)晶度越低，吸濕能力越強，不成熟的棉纖維非結(jié)晶區(qū)所占的比例比成熟棉纖維的大，不成熟的低級棉通常含有較高的水分。一般情況下，成熟差的棉纖維比成熟好的棉纖維比表面積大，其吸濕性也較大。棉纖維中的纖維素伴生物的吸濕性能對棉纖維的吸濕性有一定的影響。影響棉纖維吸濕的外部因素有大氣壓力、溫度和相對濕度。由于大氣壓力變化不大，棉纖維含水大小與空氣的相對濕度密切相關(guān)，因此，空氣溫度對棉纖維的吸濕能力影響較小。但是在高溫高濕的條件下，因棉纖維的熱膨脹，棉纖維的水分含量卻略有增大。由于棉纖維的防濕的速度要比吸濕的速度慢，因此，在同樣的時間內(nèi)，棉花烘干的效果比加濕的效果要好很多。

棉纖維的力學性能是棉纖維在外力作用下呈現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力與變形的關(guān)系，主要包括拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮、摩擦、磨損、疲勞等各方面的作用。

棉纖維在不同溫度下表現(xiàn)出來的棉纖維的性能稱為棉纖維的熱學性能，主要包括質(zhì)量熱容、導熱性、耐熱性和吸濕放熱等。因為棉纖維的吸濕熱小于其他的天然纖維，所以純棉織物的舒適感較好。雖然吸濕放熱對織物的保暖性有利，但是易使含濕量較高的棉纖維在貯藏過程中發(fā)熱變質(zhì)。

棉纖維在光照射下表現(xiàn)出來的性能稱為棉纖維的光學性能，主要包括纖維的色澤、雙折射性、耐光性和二色性等。棉纖維的色澤是可見光的輻射能量引起人眼的視覺感受，是棉纖維對光線的吸收、反射和散射在人眼中的反映。成熟好的棉纖維發(fā)射光線的性能強、光澤就好；成熟度低的棉纖維中纖維素伴生物含量多，光澤顯得灰暗。

棉纖維的電學性能主要包括介電性、導電性和靜電等。棉纖維的介電性能是指棉纖維在電場作用中所呈現(xiàn)的電容特性。棉纖維的導電性能一般用表面比電阻、體積比電阻和質(zhì)量比電阻來描述。目前已經(jīng)大范圍推廣使用的棉花水分測試儀就是利用了棉纖維的電學性能。

四、新棉花標準的體現(xiàn)方式

從1972年我國首次發(fā)布實施的《棉花.絨棉》國家標準，至今已進行了三次修訂，每次修訂都是在特定的經(jīng)濟背景、改革要求和科技水平支持下開展的。GB 1103.1-2012《棉花第1部分：鋸齒加工細絨棉》中的棉花質(zhì)量指標主要包括顏色級、軋工質(zhì)量、長度、馬克隆值、回潮率、含雜率、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)、危害性雜物。根據(jù)前面的棉纖維結(jié)構(gòu)、棉纖維物理性能和化學性能分析，我們認為棉纖維原生品質(zhì)包括顏色級、長度、馬克隆值、回潮率、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù),而軋工質(zhì)量、含雜率、危害性雜物屬于棉花收獲加工環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的品質(zhì)。棉纖維的原生品質(zhì)指標中的顏色級、馬克隆值、長度整齊度指數(shù)是由棉纖維的品種、地域和成熟度決定，在棉花加工中幾乎沒有變化。

在棉花加工中，各種機械作用非常容易損傷棉纖維，尤其在籽棉清理、軋花、皮棉清理等環(huán)節(jié)，都容易導致棉纖維長度變短、斷裂比強度降低。因棉花加工工藝的需要，棉花回潮率在棉花加工中是不斷變化的。下面詳細分析一下棉花加工工藝與棉纖維原生品質(zhì)的關(guān)系。

1.棉花加工工藝對棉纖維原生品質(zhì)指標的影響。

在棉花加工工藝中，籽棉清理、軋花、皮棉清理都容易損傷棉纖維長度、斷裂比強度。

籽棉清理能有效除去籽棉中的雜質(zhì)，是棉花加工的核心工藝。籽棉清理主要依據(jù)籽棉和雜質(zhì)之間的物理性質(zhì)來實現(xiàn)，主要清理方法有氣流法和機械作用法，氣流法主要清理重雜，機械作用法清理細雜，對棉纖維的損傷主要發(fā)生在機械清理。目前的籽棉清理設(shè)計從降低擊打、開松籽棉頻率，減少籽棉清理次數(shù)出發(fā)，不斷提高籽棉清理效率，完善籽棉清理工藝與設(shè)備。

軋花是棉花加工中的核心工藝，實現(xiàn)了棉纖維和棉籽的分離。但是鋸齒的勾拉和毛刷的清理，容易損傷棉纖維長度和斷裂比強度，同時降低含雜率。目前軋花機設(shè)計主要通過改善工作廂設(shè)計，保持籽棉卷運轉(zhuǎn)的順暢，控制籽棉在工作廂里的運轉(zhuǎn)時間，以此來降低軋花機對棉纖維的損傷。

皮棉清理也是目前棉花加工中的重要工藝。皮棉清理機在降低皮棉含雜、改善棉纖維外觀方面效果顯著，但同時皮棉清理機會破壞棉纖維品質(zhì)、損失衣分、增加棉結(jié)含量。經(jīng)過皮棉清理機清理的皮棉雖然在紡紗時改善了紗線外觀，但是損傷了棉纖維的長度和斷裂比強度，增加了紡紗的斷頭率。

2.回潮率的控制對保持棉纖維原生品質(zhì)具有重要作用。

在標準中設(shè)定回潮率主要是為了棉纖維的安全存儲和運輸。但是在棉花加工工藝中回潮率對棉花加工質(zhì)量影響巨大，控制合適的回潮率能顯著提高棉花加工質(zhì)量，降低棉纖維損耗。

目前主要的研究熱點是軋花廠水分自動控制系統(tǒng)，全面調(diào)整各工藝環(huán)節(jié)的棉花回潮率。

棉花加工的主要環(huán)節(jié)如籽棉清理、籽棉軋花、皮棉清理等都會對棉纖維原生品質(zhì)造成影響，棉花的回潮率直接影響了上述棉花加工環(huán)節(jié)。實踐證明，在清雜階段籽棉回潮率達到5%可以充分清除籽棉中的雜質(zhì)，而籽棉回潮率在6.5%～8.5%之間時可以獲得最佳的軋工質(zhì)量，體現(xiàn)出纖維在最佳狀態(tài)下的天然色澤。實際加工中，可通過籽棉調(diào)濕對棉花加工工藝進行完善，先將籽棉回潮率烘干至5%左右充分清除雜質(zhì)，然后再對籽棉進行加濕，使籽棉回潮率在進入軋花工序前達到最佳的6.5%～8.5%之間。由于棉花具有放濕快吸濕慢的特性，籽棉加濕技術(shù)研究將是未來的重點。

五、總結(jié)

棉纖維的原生品質(zhì)主要包括顏色級、長度、馬克隆值、回潮率、斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)等6個指標，但是棉花加工中重點關(guān)注的指標主要包括長度、斷裂比強度、回潮率,它們是棉花加工中保持棉纖維原生指標的關(guān)鍵。