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儀器儀表微觀察技術(shù)在棉紡織業(yè)的應(yīng)用(二)


(三)深入了解棉纖維: 微結(jié)構(gòu)法在天然棉纖維上之應(yīng)用,不為廣泛,祇有在成熟度上利用顯微鏡法,主要觀察其成熟度情況,而評定此批棉纖之成熟系數(shù)之其中一個指標(biāo)。 首先探討棉纖之結(jié)構(gòu)特征: 
  (a)宏觀外型結(jié)構(gòu):一根天然棉纖維為一單細(xì)胞,從胚珠表皮細(xì)胞,經(jīng)過約25-30天延伸期,進(jìn)入約25-30天加厚期而成長。成熟的纖維,呈細(xì)長而略扁的管狀,頂部最高,中部次之而稍粗,基部最低,橫截面,中部******,基部次之,頂部最小,纖維長度與寬度之比約為1000-3000,成熟的纖維,向外具有天然卷曲,呈螺旋形左及右扭曲,此為棉纖維之特征,成熟的棉纖維扭曲數(shù)約為39-65個/厘米,約每毫米反轉(zhuǎn)向一次,未成熟或過度成熟纖維則較少。 
  (b)截面內(nèi)層結(jié)構(gòu): 棉纖維截面多為呈腰果型,其次圓形,耳朵形等,由許多同心層組成.徐初生表層外,主要分層外皮下之初生層,主要由果膠及纖維素纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),厚度很薄,約為0.2微米。 其次為次生層,是棉纖維初生層內(nèi)部淀積的一層胞壁,為棉纖維的主要部份,成熟棉纖維次生層厚度約為0.4-5微米,層中纖維素微原纖(microfibril),沿著纖維長度方向呈螺旋狀排列,有左及右旋,螺旋傾斜方向約20-45度,就是棉纖維之主要形態(tài)特征—天然轉(zhuǎn)曲。內(nèi)部為中腔,是棉纖維生長停止后,次生胞壁遺留下來的未被纖維素填滿的內(nèi)部空腔。棉纖維經(jīng)過延伸期及加厚期,纖維素淀漬速度不一,形成明顯疏密不同的層次,稱為日輪,一般日輪層總共有25-40層,我們可通過銅氨液膨化處理的棉纖維截面,用顯微鏡觀察。這三部份各層的結(jié)構(gòu)與纖維的表面性能有著密切關(guān)系,并決定其主要物理機(jī)械性。 
  (四)棉纖之結(jié)構(gòu):特征所產(chǎn)生之物理性質(zhì)對成紗之影響: 
  (1)天然轉(zhuǎn)曲影響紗線中纖維間抱合力,因而影響成紗之強(qiáng)力,天然轉(zhuǎn)曲多,成紗強(qiáng)力高,未成熟和過成熟原棉,天然轉(zhuǎn)曲減少,成紗強(qiáng)力低。 
  (2)表皮層(初生表層)主要成份為果膠,棉臘,對纖維加工及儲存性能影響大。 
  (3)天然纖維素的結(jié)晶形式,主要是纖維素I和纖維素II,棉纖維經(jīng)堿絲光處理后,會由纖維素I轉(zhuǎn)變成纖維素II,而且纖維結(jié)晶度會有所降低,光澤顯著增加,棉纖維相對密度為1.54-1.56,線密度為1.1-2.2dtex,供絲光工藝作參考。 
  (4)纖維截面的各部份位置收縮應(yīng)力都不同,腰果形細(xì)胞兩邊曲率******,結(jié)構(gòu)較緊,中間頂部次之,兩邊內(nèi)側(cè)為過渡區(qū),中間凹入處可及性******,易存積其它物質(zhì)及色素,纖維中腔結(jié)構(gòu),對光澤等光學(xué)性質(zhì)影響極大,并使纖維輕而且保暖,對纖維染色性,卷縮性,手感等有密切關(guān)系。 
  (五)再簡單了解棉纖維的化學(xué)成份: 棉纖維的化學(xué)成份以纖維素為主,占93-95%,其余為纖維素伴生物,如:蠟質(zhì)和脂肪約占0.3-1.0%,果膠質(zhì)約1.0-1.5%,含氮物約1.0-1.5%,灰分約0.8-1.8%,其它約1.0-1.5%。元素成份為:碳44.4%,氫6.2%,氧49.4%。 棉纖維的化學(xué)成份所產(chǎn)生之化學(xué)性質(zhì)對成品之影響: 
  (1)棉纖維成份以纖維素為主,纖維素在長時間作用下,或經(jīng)氧化劑處理,分子鍵產(chǎn)生斷裂,纖維素被分解。 
  (2)日照亦使纖維素大分子破壞,尤以紫外線破壞力最強(qiáng),令纖維素聚合度下降,纖維強(qiáng)力降低及脆化。 
  (3)棉纖維所吸收之水份,在熱至100度C時被蒸發(fā),到160度C時纖維脫水,240度C時纖維被破壞至變黃,400-450度C時碳化。 
  (4)棉纖維吸水后膨化但不易溶解,截面積可擴(kuò)大40-50%,長度增加1-2%。但在酸溶液或高溫水作用下,聚合度下降,強(qiáng)力亦降低。 
  (5)棉纖維在常溫下,對稀堿穩(wěn)定,在18%燒堿處理時可產(chǎn)生絲光作用。 
  (6)棉纖維含水率大于9%,相對濕度在75%以上時,纖維素易被微生物分解,棉纖維易發(fā)霉。 
  現(xiàn)行業(yè)沿用測試棉纖維成熟度之方法:有
  (1)中腔胞壁對比法, 
  (2)棉纖維成熟度試驗法(偏光儀法), 
  (3) 棉纖維成熟度試驗法(顯微鏡法), 
  (4) 棉纖維成熟度試驗法(氣流法)。 現(xiàn)將每種方法簡單介紹,首先了解其中一些名詞定義。 
  (a)成熟度比(maturity ratio):纖維胞壁的增厚度與選定的0.577標(biāo)準(zhǔn)增厚度之比。 
  (b)死纖維(dead fibres):以無轉(zhuǎn)曲,很少轉(zhuǎn)曲,或幾乎沒有纖維胞壁的扁平管狀到胞壁稍有發(fā)育,轉(zhuǎn)曲較多等各種形態(tài),纖維胞壁的厚度等于或小于纖維******寬度的五分一。 
  (c)正常纖維(normal fibres):經(jīng)18%氫氧化鈉溶液膨脹后,中腔呈不連續(xù)或幾乎沒有任何中腔痕跡的棒狀纖維,沒有輪廓分明的轉(zhuǎn)曲。 
  (d)薄壁纖維(thin-walled fibres):經(jīng)18%氫氧化鈉溶液膨脹后,不能劃為正常纖維或死纖維的纖維。 
  (e) 纖維胞壁增厚度(degree of fibre wall thickening):纖維胞壁的實際橫截面積對同樣周長的圓面積之比。 (f)成熟纖維百分率(percentmaturity):在同一樣品中,成熟纖維占纖維總根數(shù)的平均百分率。 
  (g)不成熟纖維(immature fibres):發(fā)育不良而胞壁薄的纖維,經(jīng)18%氫氧化鈉溶液膨脹后,呈螺旋狀或扁平狀態(tài),纖維胞壁薄且呈透明的纖維,纖維胞壁的厚度,小于纖維******寬度的四分一。 
  (h)成熟纖維(mature fibres):發(fā)育良好而胞壁的纖維,經(jīng)18%氫氧化鈉溶液膨脹后,呈無轉(zhuǎn)曲的棒狀纖維,纖維胞壁的厚度等于纖維******寬度的四分一。 
  (1)中腔胞壁對比法: 首先按照棉纖維試驗取樣方法(如中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB6097-85),制備的試驗棉條中取出重約4-6mg的樣品,用手扯法加以整理,使成一端齊整的小棉束,先用稀梳,后用密梳梳去短纖維,用手指捏住齊整的一端纖維,梳理另一端纖維,去掉棉束兩旁纖維,留下中間部份180-220根纖維,將載玻片擦拭干凈,放在黑絨板上,在載玻片邊緣上粘貼一些膠水,左手捏住齊整的一端,右手以夾子從棉束另一端取數(shù)根纖維,均勻地排列在載玻片上,連逐排列至排完為止,待膠水干后,用挑針把纖維整理平直,并用膠水粘好纖維另一端,然后輕輕地在纖維上面放置載玻片,用400倍顯微鏡沿載玻片中部逐根觀察,根據(jù)腔寬壁厚比值確定纖維成熟系數(shù),并可參照標(biāo)準(zhǔn)圖示的纖維形態(tài),確定纖維成熟系。 各種不同成熟度纖維分成18組,分別用不同成熟系數(shù)表示,完全未成熟的棉纖維,成熟系數(shù)為0.00,最成熟的棉纖維,成熟系數(shù)為5.00,從0.00—3.75間每隔0.25為一組,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5.00兩組共18組。
  成熟系數(shù)越大,棉纖維成熟度越高,一般成熟度在1.4—2.00范圍內(nèi)最適中。腔寬壁厚比值與,成熟系數(shù)對照: 0.00(成熟系數(shù))=30-22(腔寬壁厚比值), 0.25(成熟系數(shù))=21-13(腔寬壁厚比值), 0.50(成熟系數(shù))=12-9(腔寬壁厚比值), 0.75(成熟系數(shù))=8-6(腔寬壁厚比值), 1.00(成熟系數(shù))=5(腔寬壁厚比值), 1.25(成熟系數(shù))=4(腔寬壁厚比值), 1.50(成熟系數(shù))=3(腔寬壁厚比值), 1.75(成熟系數(shù))=2.5(腔寬壁厚比值), 2.00(成熟系數(shù))=2(腔寬壁厚比值), 2.25(成熟系數(shù))=1.5(腔寬壁厚比值), 2.50(成熟系數(shù))=1(腔寬壁厚比值), 2.75(成熟系數(shù))=0.75(腔寬壁厚比值), 3.00(成熟系數(shù))=8-6(腔寬壁厚比值), 3.25(成熟系數(shù))=0. 5(腔寬壁厚比值), 3.50(成熟系數(shù))=0.33(腔寬壁厚比值), 3.75(成熟系數(shù))=0. 2(腔寬壁厚比值), 4.00(成熟系數(shù))=0 (腔寬壁厚比值), 5.00為不可察覺。 
  一般觀察一個視野來決定每根纖維的成熟系數(shù),如形態(tài)特殊的纖維,可擴(kuò)大觀察范圍,或進(jìn)一步用測微尺測量幾個轉(zhuǎn)曲的腔寬壁厚比例來決定,估計或測量腔寬壁厚時,應(yīng)在纖維轉(zhuǎn)曲中部寬度最寬處測定,若兩壁厚薄不同,可取其平均數(shù),沒有轉(zhuǎn)曲的纖維亦須在觀察范圍內(nèi)最寬處測定。每根試驗棉條試驗兩個試驗試樣,每個觀測180-220根纖維,兩個試驗試樣試驗結(jié)果的差值應(yīng)符合精密度的測定,試驗結(jié)果以平均成熟系數(shù)計算。 
  (2)棉纖維成熟度測試方法 ( 顯微鏡法 ): 此方法是利用顯微鏡測試經(jīng)氫氧化鈉膨脹后,棉纖維成熟度的試驗方法。適用于未經(jīng)化學(xué)處理的棉纖維,棉卷,棉條以及紗線中取出的棉纖維。 首先以國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6097 棉纖維試驗取樣方法取樣,原理是利用棉纖維經(jīng)18%氫氧化鈉溶液膨脹后,成熟好的纖維胞壁厚而中腔寬度小,纖維呈捧狀,成熟差的纖維胞壁薄而中腔寬度大,纖維呈扁平帶狀,因此,可根據(jù)棉纖維中腔寬度,胞壁厚度的比值和纖維形態(tài)來測定棉纖維成熟度。 
  儀器,工具和試劑: 
  (1)倍數(shù)為400倍的顯微鏡. 
  (2) 載玻片,蓋玻片,玻璃捧,絨板,鉗子,50mm纖維尺,稀梳,挑針,膠水等。 
  (3)用于纖維分類計數(shù)的計數(shù)器。 

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