棉纖維的形態結構

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棉纖維的形態結構  

棉纖維呈細而長的扁平帶狀，縱向有螺旋狀的轉曲（或扭曲），未成熟纖維轉曲較少。棉纖維截面為橢圓或腰圓形，中間有中腔，成熟纖維中腔較小，未成熟纖維中腔較大，品質較差。

棉纖維的形態結構

棉纖維在棉屬植物的棉鈴中生長，由棉籽表皮細胞經過伸長和加厚兩個階段發育而成。棉纖維在閉合的棉鈴中發育的伸長期為１６～２５天，細胞長度及外直徑增加形成充滿原生質的薄壁細胞，呈中段粗、兩端細（根端直徑約為中段直徑的１／３，梢端封閉，直徑約為中段直徑的１／６～１／７）。細胞基本停止伸長后纖維素開始沉積在纖維內壁，形成“日輪”而使細胞壁加厚，為期３５～５５
$ `+ a% y8 E( Y1 s' q, d  h9 A天。這時棉纖維成為含有許多水分的管狀細胞，截面為圓形。棉鈴開裂后，纖維細胞死亡，棉纖維與空氣接觸，纖維水分蒸發，棉纖維收縮壓癟，胞壁產生扭轉，形成天然轉曲。部分棉纖維細胞在棉籽受精后６～８日停止生長，最終纖維長度為６～９ｍｍ時，稱為棉短絨，軋棉時不能被軋下，只能用棉籽剝絨機剝取。
3 b4 _, K2 i6 f3 D2 l: U棉纖維經軋棉機從棉籽上剝離，成為可以進行紡織加工的原料———原棉。棉纖維因沿根部切斷，故根端開口，頂端封閉，呈現具有中腔和扭轉的扁平帶狀外觀。正常成熟的棉纖維截面為腰圓形，中腔干癟，縱向轉曲較多；未成熟的棉纖維胞壁很薄，截面極扁，中腔很大，縱向轉曲較少；過于成熟的棉纖維截面為圓形，中腔很小，縱向幾乎無轉曲。棉纖維截面和縱向外觀如上圖所示。

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! S, W1 E# p/ o, ~: }: g! o2.棉纖維的微觀結構　
棉纖維的截面結構是由許多同心圓柱組成，由外至內依次為表皮層、初生層、次生層和中腔。圖為棉纖維微觀結構示意圖。
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棉纖維微觀結構示意圖

6 d5 D6 E$ B4 M# X) M3 m" Q$ f2 s9 T. I2 w表皮層由蠟質、脂肪和果膠的混合物組成，表皮有深度為０．５μｍ的細絲狀皺紋，具有防水和潤滑作用。初生層是纖維的初生細胞壁，厚度約０．１２～０．２８μｍ，占纖維重量的２．５％ ～２．７％。由與纖維軸呈７０°左右傾角排列的網狀原纖組成，對棉纖維的整體起約束和保護作用。次生層是棉纖維的主體，占成熟棉纖維重量的９０％。次生層可以分為Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３三層，由初生層向內是結構緊密的Ｓ１層，由與纖維軸呈２０°～３０°傾角排列的原纖組成，厚度約０．１μｍ。Ｓ２層是由同心環狀排列的許多層纖維素巨原纖層組成，每日白天陽光使葉綠素將水與ＣＯ２結合成葡萄糖及低聚糖，到晚上輸送至棉籽進入棉纖維細胞腔中，聚合成纖維素大分子，結晶成微原纖、巨原纖沉淀在腔內壁，形成一層。逐日積累，稱之為日輪層。（當棉株經連續光照時，將連續沉淀，不形成日輪層）每層厚度０．１２～０．２５μｍ，隨沉積日數不同，層數不同，Ｓ２層厚度不同，一般累積３５～５５日。巨原纖與纖維軸呈２０°～３５°傾角螺旋排列，旋轉方向周期性發生改變纖維全長可以達到五十多次，各日輪層間螺旋方向各異。Ｓ２層厚度約１～４μｍ，微原纖與原纖間形成空隙，使棉纖維具有多孔性。次生層的最內層為厚度約０．１μｍ的Ｓ３層，具有與Ｓ２層相近的結構特征，但淀積有細胞原生質、細胞核干涸后的物質。下圖為棉纖維截面的日輪照片。
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棉纖維截面的日輪

中腔是棉纖維停止生長后，胞壁內留下的空腔。中腔的大小取決于次生層的厚度，未成熟棉纖維的中腔較大，過成熟棉纖維的中腔較小。一般正常成熟白棉纖維中腔面積為纖維截面積的１０％左右，彩色棉的中腔較大，為纖維截面積的３０％ ～５０％。下圖分別為棕色棉和綠色棉的截面及縱向外觀照片。
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棕色棉和綠色棉的截面及縱向外觀

棉纖維細胞壁次生層中微原纖內纖維素大分子組成的結晶結構，在不同處理條件下有不同的結構。天然棉纖維的基原纖中的晶胞單斜晶系如圖所示，即纖維素Ⅰ。
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棉、麻纖維的晶胞結構示意圖

棉纖維受濃氫氧化鈉溶液作用后，晶胞扭轉，形成的截面如圖所示，即纖維素Ⅱ。棉纖維受液態氨以及甲基胺或乙基胺處理后，晶胞將轉變成纖維素Ⅲ。洗脫液氨后，纖維素Ⅲ將轉變成纖維素Ⅱ。纖維素Ⅱ或纖維素Ⅲ在極性溶液中經高溫處理，將形成纖維素Ⅳ晶胞。再者，纖維素Ⅰ經濃鹽酸或磷酸處理將形成纖維素Ⅴ，它們的參數見下表。纖維素Ⅴ晶胞尺寸接近纖維素Ⅳ。

絲光棉、麻及黏膠纖維晶胞結構示意圖

纖維素晶胞結構尺寸

結晶類型	結構尺寸
	ａ（ｎｍ）	ｂ（ｎｍ）	ｃ（ｎｍ）	β（°）
纖維素Ⅰ	０．８３５	１．０３	０．７９	８４
纖維素Ⅱ	０．８１４	１．０３	０．９１４	６２
纖維素Ⅲ	０．７７４	１．０３	０．９９	５８
纖維素Ⅳ	０．８１１	１．０３	０．７９	９０
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