棉花加工对棉纤维原生品质影响分析

■李孝华

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南 郑州 450004〕

目前我国棉花加工技术突飞猛进，加工机械的制造精度和一致性也都有了明显的提高，但是针对如何改善棉花加工中影响棉纤维关键原生品质的工艺和技术的研究较少。究其原因，是大家对棉纤维原生品质的概念和棉花加工对其影响缺乏清晰的了解。本文尝试从棉纤维的结构、性能出发，结合细绒棉国家新标准，对棉纤维原生品质进行定义，分析棉花加工中对棉纤维原生品质的影响，为棉花加工工艺和技术的研究做一个铺垫。

一、棉纤维结构

棉纤维的结构一般包括大分子结构、超分子结构和形态结构。棉纤维原生品质基本上由这些结构所决定。棉纤维大分子官能团是羟基和甙链。羟基是亲水性集团，使棉纤维具有一定的吸湿能力；而甙链对酸敏感，所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。棉纤维的大分子的结构比较规整，大分子排列方向和纤维轴向有一定的关系。超分子结构对棉纤维的力学性质、光学性质、溶胀性等有影响。形态结构对棉纤维的力学性质、光泽、手感、保暖性、吸湿性等均有影响。下面从化学性能和物理性能两方面归纳棉纤维的原生品质指标。

二、棉纤维的化学性能

棉纤维的化学性能主要是棉纤维在水、有机溶剂、染料、酸、碱、氧化剂、热、光以及微生物等作用下所表现出来的性能。棉纤维的染色性能很好，一般染料均可以染色，成熟好的棉纤维染色均匀，成熟不好的棉纤维染色较差；棉纤维较不耐酸，一般情况下，无机酸对于棉纤维有侵蚀作用，而有机酸对棉纤维的作用比较缓和;棉纤维在氧化剂的作用下容易氧化，使纤维素发生严重降解；棉纤维与大多数合成纤维不同，没有明显的热塑性，在高温作用下不溶融而分解或碳化；棉纤维吸湿性较强，在潮湿的条件下存放，棉纤维会因某些细菌和霉菌活动而发生物质变化产生霉变。微生物的作用与温度和湿度关系密切。

三、棉纤维的物理性能

棉纤维的物理性能主要包括吸湿性能、力学性能、光学性能、电学性能和密度等。

棉纤维分子结构上的自由羟基的数目越多，棉纤维的吸湿能力就越大。棉纤维的分子排列结晶度越低，吸湿能力越强，不成熟的棉纤维非结晶区所占的比例比成熟棉纤维的大，不成熟的低级棉通常含有较高的水分。一般情况下，成熟差的棉纤维比成熟好的棉纤维比表面积大，其吸湿性也较大。棉纤维中的纤维素伴生物的吸湿性能对棉纤维的吸湿性有一定的影响。影响棉纤维吸湿的外部因素有大气压力、温度和相对湿度。由于大气压力变化不大，棉纤维含水大小与空气的相对湿度密切相关，因此，空气温度对棉纤维的吸湿能力影响较小。但是在高温高湿的条件下，因棉纤维的热膨胀，棉纤维的水分含量却略有增大。由于棉纤维的防湿的速度要比吸湿的速度慢，因此，在同样的时间内，棉花烘干的效果比加湿的效果要好很多。

棉纤维的力学性能是棉纤维在外力作用下呈现的内应力与变形的关系，主要包括拉伸、弯曲、扭转、压缩、摩擦、磨损、疲劳等各方面的作用。

棉纤维在不同温度下表现出来的棉纤维的性能称为棉纤维的热学性能，主要包括质量热容、导热性、耐热性和吸湿放热等。因为棉纤维的吸湿热小于其他的天然纤维，所以纯棉织物的舒适感较好。虽然吸湿放热对织物的保暖性有利，但是易使含湿量较高的棉纤维在贮藏过程中发热变质。

棉纤维在光照射下表现出来的性能称为棉纤维的光学性能，主要包括纤维的色泽、双折射性、耐光性和二色性等。棉纤维的色泽是可见光的辐射能量引起人眼的视觉感受，是棉纤维对光线的吸收、反射和散射在人眼中的反映。成熟好的棉纤维发射光线的性能强、光泽就好；成熟度低的棉纤维中纤维素伴生物含量多，光泽显得灰暗。

棉纤维的电学性能主要包括介电性、导电性和静电等。棉纤维的介电性能是指棉纤维在电场作用中所呈现的电容特性。棉纤维的导电性能一般用表面比电阻、体积比电阻和质量比电阻来描述。目前已经大范围推广使用的棉花水分测试仪就是利用了棉纤维的电学性能。

四、新棉花标准的体现方式

从1972年我国首次发布实施的《棉花.绒棉》国家标准，至今已进行了三次修订，每次修订都是在特定的经济背景、改革要求和科技水平支持下开展的。GB 1103.1-2012《棉花第1部分：锯齿加工细绒棉》中的棉花质量指标主要包括颜色级、轧工质量、长度、马克隆值、回潮率、含杂率、断裂比强度、长度整齐度指数、危害性杂物。根据前面的棉纤维结构、棉纤维物理性能和化学性能分析，我们认为棉纤维原生品质包括颜色级、长度、马克隆值、回潮率、断裂比强度、长度整齐度指数,而轧工质量、含杂率、危害性杂物属于棉花收获加工环节中产生的品质。棉纤维的原生品质指标中的颜色级、马克隆值、长度整齐度指数是由棉纤维的品种、地域和成熟度决定，在棉花加工中几乎没有变化。

在棉花加工中，各种机械作用非常容易损伤棉纤维，尤其在籽棉清理、轧花、皮棉清理等环节，都容易导致棉纤维长度变短、断裂比强度降低。因棉花加工工艺的需要，棉花回潮率在棉花加工中是不断变化的。下面详细分析一下棉花加工工艺与棉纤维原生品质的关系。

1.棉花加工工艺对棉纤维原生品质指标的影响。

在棉花加工工艺中，籽棉清理、轧花、皮棉清理都容易损伤棉纤维长度、断裂比强度。

籽棉清理能有效除去籽棉中的杂质，是棉花加工的核心工艺。籽棉清理主要依据籽棉和杂质之间的物理性质来实现，主要清理方法有气流法和机械作用法，气流法主要清理重杂，机械作用法清理细杂，对棉纤维的损伤主要发生在机械清理。目前的籽棉清理设计从降低击打、开松籽棉频率，减少籽棉清理次数出发，不断提高籽棉清理效率，完善籽棉清理工艺与设备。

轧花是棉花加工中的核心工艺，实现了棉纤维和棉籽的分离。但是锯齿的勾拉和毛刷的清理，容易损伤棉纤维长度和断裂比强度，同时降低含杂率。目前轧花机设计主要通过改善工作厢设计，保持籽棉卷运转的顺畅，控制籽棉在工作厢里的运转时间，以此来降低轧花机对棉纤维的损伤。

皮棉清理也是目前棉花加工中的重要工艺。皮棉清理机在降低皮棉含杂、改善棉纤维外观方面效果显著，但同时皮棉清理机会破坏棉纤维品质、损失衣分、增加棉结含量。经过皮棉清理机清理的皮棉虽然在纺纱时改善了纱线外观，但是损伤了棉纤维的长度和断裂比强度，增加了纺纱的断头率。

2.回潮率的控制对保持棉纤维原生品质具有重要作用。

在标准中设定回潮率主要是为了棉纤维的安全存储和运输。但是在棉花加工工艺中回潮率对棉花加工质量影响巨大，控制合适的回潮率能显著提高棉花加工质量，降低棉纤维损耗。

目前主要的研究热点是轧花厂水分自动控制系统，全面调整各工艺环节的棉花回潮率。

棉花加工的主要环节如籽棉清理、籽棉轧花、皮棉清理等都会对棉纤维原生品质造成影响，棉花的回潮率直接影响了上述棉花加工环节。实践证明，在清杂阶段籽棉回潮率达到5%可以充分清除籽棉中的杂质，而籽棉回潮率在6.5%～8.5%之间时可以获得最佳的轧工质量，体现出纤维在最佳状态下的天然色泽。实际加工中，可通过籽棉调湿对棉花加工工艺进行完善，先将籽棉回潮率烘干至5%左右充分清除杂质，然后再对籽棉进行加湿，使籽棉回潮率在进入轧花工序前达到最佳的6.5%～8.5%之间。由于棉花具有放湿快吸湿慢的特性，籽棉加湿技术研究将是未来的重点。

五、总结

棉纤维的原生品质主要包括颜色级、长度、马克隆值、回潮率、断裂比强度、长度整齐度指数等6个指标，但是棉花加工中重点关注的指标主要包括长度、断裂比强度、回潮率,它们是棉花加工中保持棉纤维原生指标的关键。