木棉纖維的種類、形態結構和主要性能

一、木棉纖維的種類
木棉（ｋａｐｏｋ、ｂｅｍｂａｘｃｏｔｔｏｎ）屬被子植物門、雙子葉植物綱、錦葵目、木棉科植物。木棉科植物約有２０屬１８０種，主要產地在熱帶地區。我國現有７屬９種木棉科植物，異木棉植物是觀花喬木，不結果實，多作為路邊綠化樹木。結果實并產纖維的木棉有６種，目前應用的木棉纖維主要指木棉屬的木棉種、長果木棉種和吉貝屬吉貝種三種植物果實內的纖維。我國的木棉主要生長和種植地區為廣東、廣西、福建、云南、海南、臺灣等地，木棉不僅可以觀賞，還具有清熱利濕、活血消腫等藥用功能。
4 P" Z2 N' K  s% N3 s5 D# J我國的木棉纖維主要是木棉屬木棉種，又稱為英雄樹、攀枝花，是一種落葉大喬木，樹高２０～２５ｍ，掌狀復葉，早春開紅色或橙紅色花。夏季橢圓形蒴果，成熟后裂為５瓣，露出木棉絮。長果木棉種開黃色或橙黃色花，蒴果長度長，上下一樣粗。吉貝屬吉貝種是速生落葉喬木，主要產地是印度尼西亞、尼日利亞、美國，樹高可達３０ｍ，葉為指狀復葉，開白色花。一株成年期的木棉樹年產木棉纖維５～８ｋｇ，全球木棉纖維年產量約為１９．５萬噸。下表為我國木棉的主要品種。
9 n+ A* H3 k+ \. _木棉纖維由木棉蒴果殼體內壁細胞發育、生長而成。木棉纖維的初加工不用像棉花那樣必須經過軋棉加工除去棉籽，由于木棉纖維在蒴果殼體內壁的附著力小，比較容易分離，只要手工將木棉種子剔出或裝入籮筐中篩動，木棉種子就可以自行沉底而獲得木棉纖維。

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屬種	學名	纖維	原產地	種植地
木棉屬	木棉Ｂｏｍｂａｘｍａｌａｂａｒｉｃｕｍ	有	中國	中國亞熱帶
木棉屬	長果木棉Ｂｏｍａｘｉｎｓｉｇｉｓ	有	中國	云南
異木棉屬	異木棉Ｃｈｏｒｉｓｉａｓｐｅｃｉｏｓａ	無	南美洲	海南
吉貝屬	吉貝ＣｅｉｂａＰｅｎｔａｎｄｒａ	有	美洲	云南、海南、廣東
瓜栗屬	瓜栗ＰａｃｈｉｒａｍａｃｒｏｃａｒｐａＷａｌｐ	有	中美洲	云南、海南、廣東
輕木屬	輕木ＯｃｈｒｏｍａｌａｇｏｐｕｓＳｗａｒｔｚ	有	美洲	云南、海南、廣東
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! V! m' `" f* v: ?三、 木棉纖維的主要性能
１．纖維規格　
木棉纖維長度較短，為８～３４ｍｍ。纖維中段直徑范圍是２０～４５μｍ，線密度為０．９～１．２ｄｔｅｘ。近年發現木棉果殼內壁西區域纖維長度為１６～３４ｍｍ，果殼中心籽區纖維長度８～２０ｍｍ。
) ~+ R5 y, ^5 T% U, y5 Q- b２．密度　
2 ]& {6 e& f0 f' j0 b木棉纖維的中空度高達９４％ ～９５％ ，胞壁極薄，未破裂細胞的密度為０．０５～０．０６ｇ／ｃｍ３。木棉纖維集合體浮力好，在水中可承受相當于自身２０～３６倍的負載重量而不致下沉。木棉集合體在水中浸泡３０天，其浮力也僅下降１０％。
8 u: [6 f$ k8 S' m" p３．強度與伸長　
木棉纖維的強力較低，伸長能力小。單纖維平均強力為１．４～１．７ｃＮ，纖維比強度為０．８～１．３ｃＮ／ｄｔｅｘ，斷裂伸長率為１．５％ ～３．０％。
+ h+ b3 X5 I8 Z6 N8 u! T４．扭轉剛度　
木棉纖維的相對扭轉剛度很高，為７１．５×１０－４（ｃＮ·ｃｍ２）／ｔｅｘ２，大于玻璃纖維的扭轉剛度，使紡紗加捻效率降低，因此很難用加工棉或毛的紡紗方法單獨紡紗。
7 R; G; r: ?  M) K* z) Z: e５．吸濕性　
木棉纖維吸濕性好于棉纖維，則其標準回潮率為１０％ ～１０．７３％。
６．光學性能　
木棉纖維的平均折射率為１．７１８，略高于棉纖維的平均折射率１．５９６。
７．耐酸性　
木棉纖維的耐酸性較好。常溫下稀酸、弱酸對其沒有影響，木棉纖維溶解于３０℃時７５％的硫酸和１００℃時６５％的硝酸，部分溶解于１００℃時３５％的鹽酸。
! a! R. m$ r& M: T８．耐堿性　
6 |+ E. b9 ^6 r木棉纖維耐堿性能良好，常溫下氫氧化鈉溶液對其沒有影響。
９．染色性　
: K" v( x9 n0 Q0 ?2 ]木棉可用直接染料染色，但其上染率低，約為６３％，而同樣條件下棉的上染率為８８％。由于木棉纖維含有大量木質素和半纖維素，它們和纖維素互相糾纏和分子間力作用導致了纖維素部分羥基飽和，染料分子不能順利結合。
１０．色澤　
木棉纖維有白、黃和黃棕色三種顏色。

二、 棉纖維的形態與結構
0 w0 N8 p1 ^; `9 V: a* m% X6 G; v  |木棉纖維的縱向呈薄壁圓柱形，表面有微細凸痕，無轉曲。纖維中段較粗，根端鈍圓，梢端較細，兩端封閉，細胞未破裂時呈氣囊結構，破裂后纖維呈扁帶狀。纖維截面為圓形或橢圓形，纖維的中空度高，胞壁薄，接近透明，木棉纖維表面有較多的蠟質，使纖維光滑、不吸水、不易纏結，并具有驅螨蟲效果。
' I: C. _: D# z% o* J木棉纖維具有獨特的薄壁、大中空結構，圖為木棉纖維橫截面及縱向外觀照片（木棉纖維的橫截面圖，切時已被壓扁）。
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木棉纖維橫截面及縱向外觀

木棉纖維胞壁具有清晰可見的多層狀結構，基本上可以區分為表皮層、胞壁Ｗ１層、胞壁Ｗ２層、胞壁Ｗ３層，共四個基本層次，各層胞壁厚度不同，原纖堆砌密度和排列方向亦不同。表皮層最為致密，同時也最薄，它含有大量蠟質，且纖維素的原纖排列沒有規律，厚度為４０～７０ｎｍ，起保護纖維的作用。緊貼表皮層的胞壁Ｗ１層結構也較致密，僅次于表皮層，主要為纖維素原纖堆砌層，厚度較表皮層厚，為９０～１２０ｎｍ。向內為胞壁Ｗ２層，厚度為１００～２００ｎｍ，纖維素原纖平行致密排列。Ｗ３層是細胞原生質及細胞核干涸物質。除纖維素堆砌外，木棉纖維橫截面最小結構單元寬度為３．２～５．０ｎｍ，與棉纖維基原纖尺寸相當。采用Ｘ射線衍射法測得木棉纖維的結晶度為３３％。木棉纖維素的聚合度為１００００左右。
木棉纖維為單細胞，是以纖維素為主的纖維，胞壁含有約６４％的纖維素、１３％的木質素、１．４％ ～３．５％的灰分、４．７％ ～９．７％的水溶性物質和２．３％ ～２．５％的木聚糖以及０．８％的蠟質和８．６％的水分，細胞壁平均密度為１．３３ｇ／ｃｍ３。