微观察技术如何应用于棉纺织业上(二)
| 日期：06-04-06 12:01:38 编辑：亚洲纺织联盟网 |
(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。(4)氢氧化钠溶液:18±0.2%。 从实验室样的不同部位取出至少32束，或从GB 6097棉纤维试验取样方法制备的试验棉条中取出纤维，组成两份各约10mg的实验室试验样品，两份实验试验样品，分别由两个试验人员用手扯式或限制器绒板，将纤维整理成平行且一端整齐的棉束。先用稀梳，后用密梳从棉束整齐一端，细绒棉梳去16mm及以上的短纤维，长绒棉梳去20mm及以下的短纤维，然后从纵向分开，分成大致相等的五个试验品,每个试验样品约2mg， 用手指捏住试验样品整齐一端，梳理另一端，取走棉束两旁纤维，留下中间部份100根或以上的纤维，在载玻片缘上粘一些胶水，左手握住纤维的一端，右手用夹子从棉束另一端夹取数根纤维均匀地排在载玻上，将100根或以上的纤维全部排列在载玻片上，用挑针拨动排列在载玻片上的纤维使之保持平行，伸直，分布均匀，然后轻轻地盖上玻片，并在其一角滴入18%氢氧化钠溶液，轻压盖玻片，使氢氧化钠溶液浸润每根纤维并防止产生气泡。 再调节显微镜，使纤维胞壁和中腔之间的反差增强，最好用特定的人工照明，以使纤维分类达到良好的效果， 逐根观察载玻片上纤维中间部份，按下列两种方法之一测定棉纤维成熟度，并分别记录每个试验的各类纤维根数。 第一种方法-成熟比将各试验试样的所有纤维分为三类： a.正常纤维； b.死纤维；c. 薄壁纤维。 第二种方法-成熟纤维百分率将各种试验试样的所有纤维分为二类： a.不成熟纤维； b. 成熟纤维。再由两名试验人员各测试五个试验试样，并将试验结果计算(1)成熟度比(M)对于每份实验室试验样品，计算正常纤维和死纤维的平均百分率，然后计算成熟度比。 N-D+0.7M=---------------- (1) 200式中:N-正常纤维的平均百分数，D-死纤维的平均百分数。最后计算两个试验人员的平均成熟度比。(2) 成熟纤维百分率(PM) 对于每份实验室试验样品,计算成熟纤维百分率,然后计算平均成熟纤维百分率. M’X100PM=-------------- (2) T式中:M'-成熟纤维根数; T-纤维总根数. 数值修约：成熟度比修约至二位小数,成熟纤维百分率修约至一位小数。 可自行制作经18%氢氧化钠溶液膨胀后的棉纤维的典型图例作比对，或可以购买一套具有成熟度指标的校准棉样。成熟纤维百分率和成熟度比之间的换算： 成熟度比M可以用下表变换得成熟纤维百分率PM，反之亦然。成熟纤维百分率和成熟度比之间的关系不是线性的，PM与M之间的关系与直线有一定的偏离，但偏离不大。PM和M的关系如下： PM=(M-0.2)(1.5652-0471M) (B1)-------------------------(B1) M=1.762-√(2.439-2.123PM) (B2)---------------------------(B2)PM值和M值之间的相关：M 1.11 1.10 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.04 1.03 1.02 1.01 1.00PM 94.9 94.2 93.6 93.0 92.3 91.7 91.0 90.3 89.6 89.0 88.2 87.5M 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88PM 86.8 86.1 85.3 84.6 83.8 83.1 82.3 81.5 80.7 79.9 79.1 78.2M 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76PM 77.4 76.6 75.7 74.9 74.0 73.1 72.2 71.3 70.4 69.5 68.5 67.6 M 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64PM 66.7 65.7 64.7 63.8 62.8 61.8 60.8 59.8 58.8 57.7 56.7 55.6 ----作者：曾祥---
