木棉纤维的种类、形态结构和主要性能

一、木棉纤维的种类
木棉（ｋａｐｏｋ、ｂｅｍｂａｘｃｏｔｔｏｎ）属被子植物门、双子叶植物纲、锦葵目、木棉科植物。木棉科植物约有２０属１８０种，主要产地在热带地区。我国现有７属９种木棉科植物，异木棉植物是观花乔木，不结果实，多作为路边绿化树木。结果实并产纤维的木棉有６种，目前应用的木棉纤维主要指木棉属的木棉种、长果木棉种和吉贝属吉贝种三种植物果实内的纤维。我国的木棉主要生长和种植地区为广东、广西、福建、云南、海南、台湾等地，木棉不仅可以观赏，还具有清热利湿、活血消肿等药用功能。
我国的木棉纤维主要是木棉属木棉种，又称为英雄树、攀枝花，是一种落叶大乔木，树高２０～２５ｍ，掌状复叶，早春开红色或橙红色花。夏季椭圆形蒴果，成熟后裂为５瓣，露出木棉絮。长果木棉种开黄色或橙黄色花，蒴果长度长，上下一样粗。吉贝属吉贝种是速生落叶乔木，主要产地是印度尼西亚、尼日利亚、美国，树高可达３０ｍ，叶为指状复叶，开白色花。一株成年期的木棉树年产木棉纤维５～８ｋｇ，全球木棉纤维年产量约为１９．５万吨。下表为我国木棉的主要品种。
木棉纤维由木棉蒴果壳体内壁细胞发育、生长而成。木棉纤维的初加工不用像棉花那样必须经过轧棉加工除去棉籽，由于木棉纤维在蒴果壳体内壁的附着力小，比较容易分离，只要手工将木棉种子剔出或装入箩筐中筛动，木棉种子就可以自行沉底而获得木棉纤维。

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属种	学名	纤维	原产地	种植地
木棉属	木棉Ｂｏｍｂａｘｍａｌａｂａｒｉｃｕｍ	有	中国	中国亚热带
木棉属	长果木棉Ｂｏｍａｘｉｎｓｉｇｉｓ	有	中国	云南
异木棉属	异木棉Ｃｈｏｒｉｓｉａｓｐｅｃｉｏｓａ	无	南美洲	海南
吉贝属	吉贝ＣｅｉｂａＰｅｎｔａｎｄｒａ	有	美洲	云南、海南、广东
瓜栗属	瓜栗ＰａｃｈｉｒａｍａｃｒｏｃａｒｐａＷａｌｐ	有	中美洲	云南、海南、广东
轻木属	轻木ＯｃｈｒｏｍａｌａｇｏｐｕｓＳｗａｒｔｚ	有	美洲	云南、海南、广东
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二、 棉纤维的形态与结构
+ G+ R1 `3 c) a( J" ~* w木棉纤维的纵向呈薄壁圆柱形，表面有微细凸痕，无转曲。纤维中段较粗，根端钝圆，梢端较细，两端封闭，细胞未破裂时呈气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。纤维截面为圆形或椭圆形，纤维的中空度高，胞壁薄，接近透明，木棉纤维表面有较多的蜡质，使纤维光滑、不吸水、不易缠结，并具有驱螨虫效果。
木棉纤维具有独特的薄壁、大中空结构，图为木棉纤维横截面及纵向外观照片（木棉纤维的横截面图，切时已被压扁）。

木棉纤维横截面及纵向外观

木棉纤维胞壁具有清晰可见的多层状结构，基本上可以区分为表皮层、胞壁Ｗ１层、胞壁Ｗ２层、胞壁Ｗ３层，共四个基本层次，各层胞壁厚度不同，原纤堆砌密度和排列方向亦不同。表皮层最为致密，同时也最薄，它含有大量蜡质，且纤维素的原纤排列没有规律，厚度为４０～７０ｎｍ，起保护纤维的作用。紧贴表皮层的胞壁Ｗ１层结构也较致密，仅次于表皮层，主要为纤维素原纤堆砌层，厚度较表皮层厚，为９０～１２０ｎｍ。向内为胞壁Ｗ２层，厚度为１００～２００ｎｍ，纤维素原纤平行致密排列。Ｗ３层是细胞原生质及细胞核干涸物质。除纤维素堆砌外，木棉纤维横截面最小结构单元宽度为３．２～５．０ｎｍ，与棉纤维基原纤尺寸相当。采用Ｘ射线衍射法测得木棉纤维的结晶度为３３％。木棉纤维素的聚合度为１００００左右。
木棉纤维为单细胞，是以纤维素为主的纤维，胞壁含有约６４％的纤维素、１３％的木质素、１．４％ ～３．５％的灰分、４．７％ ～９．７％的水溶性物质和２．３％ ～２．５％的木聚糖以及０．８％的蜡质和８．６％的水分，细胞壁平均密度为１．３３ｇ／ｃｍ３。

& [% w( H2 O5 L6 K# ^2 O' B; ?三、 木棉纤维的主要性能
１．纤维规格　
木棉纤维长度较短，为８～３４ｍｍ。纤维中段直径范围是２０～４５μｍ，线密度为０．９～１．２ｄｔｅｘ。近年发现木棉果壳内壁西区域纤维长度为１６～３４ｍｍ，果壳中心籽区纤维长度８～２０ｍｍ。
$ @. E6 S$ S  m- v9 v/ r) d4 Y2 B２．密度　
/ J) g. p0 o4 y7 T. f3 \- Z木棉纤维的中空度高达９４％ ～９５％ ，胞壁极薄，未破裂细胞的密度为０．０５～０．０６ｇ／ｃｍ３。木棉纤维集合体浮力好，在水中可承受相当于自身２０～３６倍的负载重量而不致下沉。木棉集合体在水中浸泡３０天，其浮力也仅下降１０％。
３．强度与伸长　
: @8 T1 Z2 t8 F$ X木棉纤维的强力较低，伸长能力小。单纤维平均强力为１．４～１．７ｃＮ，纤维比强度为０．８～１．３ｃＮ／ｄｔｅｘ，断裂伸长率为１．５％ ～３．０％。
  d- k, `( P; S４．扭转刚度　
& G- x9 f! F0 A. {! h' ?木棉纤维的相对扭转刚度很高，为７１．５×１０－４（ｃＮ·ｃｍ２）／ｔｅｘ２，大于玻璃纤维的扭转刚度，使纺纱加捻效率降低，因此很难用加工棉或毛的纺纱方法单独纺纱。
５．吸湿性　
木棉纤维吸湿性好于棉纤维，则其标准回潮率为１０％ ～１０．７３％。
６．光学性能　
木棉纤维的平均折射率为１．７１８，略高于棉纤维的平均折射率１．５９６。
７．耐酸性　
) F# b- ]: G9 e6 Z. o$ h' ^! D木棉纤维的耐酸性较好。常温下稀酸、弱酸对其没有影响，木棉纤维溶解于３０℃时７５％的硫酸和１００℃时６５％的硝酸，部分溶解于１００℃时３５％的盐酸。
８．耐碱性　
" ]% i9 i! `9 g: g0 R+ f& p, E) i3 u木棉纤维耐碱性能良好，常温下氢氧化钠溶液对其没有影响。
９．染色性　
* O2 S2 \- f0 S4 L木棉可用直接染料染色，但其上染率低，约为６３％，而同样条件下棉的上染率为８８％。由于木棉纤维含有大量木质素和半纤维素，它们和纤维素互相纠缠和分子间力作用导致了纤维素部分羟基饱和，染料分子不能顺利结合。
１０．色泽　
木棉纤维有白、黄和黄棕色三种颜色。