張海娜，孫輝，韓軒，劉旭，燕建召，周永萍*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/ 農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 國(guó)家棉花改良中心河北分中心，石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，石家莊 050031）

除了作為紡紗企業(yè)的重要原料外，棉纖維在人們生活中還有很多用途，如做棉衣、被褥等絮制品。相對(duì)于紡紗而言，棉纖維絮用占比較小，所以關(guān)于棉纖維絮用性能的研究并不多。 崔玉梅等[1]測(cè)定了云南野生牛角瓜纖維的吸濕與吸水性能，并與棉纖維做了比較；方?；鄣萚2]認(rèn)為堿處理提高了木棉纖維的吸水倍率和力學(xué)性能；馬臘梅[3]對(duì)10 種不同填充物被的保溫性能、壓縮率、回復(fù)率進(jìn)行了測(cè)試比較；錢(qián)薇薇等[4]對(duì)常用絮用纖維填充物的保暖性做了比較分析。相關(guān)研究從不同角度分析了纖維絮用性能，但忽略了棉花品種（系）間纖維品質(zhì)的差異對(duì)絮用性能的影響。 鑒于此，筆者團(tuán)隊(duì)測(cè)試并比較了18 個(gè)棉花品系的棉纖維品質(zhì)、 吸水率及其絮片的保溫性能、壓縮性能，旨在為棉纖維的品質(zhì)分型利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用纖維品質(zhì)不同的18 個(gè)高代棉花品系作為試驗(yàn)材料。 試驗(yàn)材料均于2020 年在河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所小安舍試驗(yàn)站種植， 籽棉收獲后，經(jīng)鋸齒軋花機(jī)處理獲得皮棉。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1纖維品質(zhì)測(cè)定。 測(cè)試樣品在恒溫恒濕（溫度20 ℃±1 ℃，相對(duì)濕度65%±2%）條件下平衡24 h以上。 在相同溫濕度條件下， 采用USTER○RHVI 1000 M700 型大容量棉花測(cè)試儀（瑞士烏斯特技術(shù)股份公司）測(cè)定棉纖維主要品質(zhì)指標(biāo)，包括纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值。 每個(gè)樣品3 次重復(fù)。

1.2.2纖維吸水性測(cè)試。將待測(cè)棉纖維樣品攤開(kāi)放置在室溫環(huán)境下平衡48 h，稱取1 g 左右樣品放入盛有1 000 mL 去離子水的燒杯中， 將纖維完全壓入水中，30 min 后取出試樣， 自然懸垂滴水30 min后稱取試樣質(zhì)量，試驗(yàn)設(shè)置4 次重復(fù)。 纖維吸水率按下式計(jì)算：Wa＝（Gsw－Gew）/Gew×100%。 式中，Wa為吸水率（%），Gew為試樣原始質(zhì)量（g），Gsw為吸水后的試樣質(zhì)量（g）。

1.2.3絮片的制作。將皮棉在HFX-A1 型數(shù)字式小樣梳棉機(jī)（天津華凱嘉誠(chéng)科技有限公司）上梳理，稱取15 g 棉絮層整齊平整地鋪在準(zhǔn)備好的布樣上，為保證絮片厚度均勻，鋪層采用交叉放置，不給絮片施加外力，最后在鋪好的棉纖維層上再覆蓋1 層布片，絮片尺寸為30 cm×30 cm。 將絮片水平放置在1.2.1 恒溫恒濕環(huán)境中平衡24 h， 先后用于保溫性能和壓縮性能的測(cè)試。 每個(gè)材料重復(fù)2 次。

1.2.4絮片保溫性能測(cè)試。采用YG606L 型平板式織物保溫儀（山東省萊州元茂儀器有限公司）測(cè)試絮片保溫性能。測(cè)試環(huán)境的溫濕度條件同1.2.1。每個(gè)絮片重復(fù)測(cè)量2 次。

1.2.5絮片壓縮性能測(cè)試。 采用KES-FB3-A 壓縮測(cè)試儀（日本加多技術(shù)有限公司）測(cè)試絮片壓縮性能。 測(cè)試環(huán)境的溫濕度條件同1.2.1。 每個(gè)絮片取3個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2007 和IBM SPSS Statistics 26 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，采用單因素方差分析和鄧肯多重范圍檢驗(yàn) （Duncan's 檢驗(yàn)法）對(duì)吸水率進(jìn)行差異顯著性分析，采用齊性子集法顯示吸水率分析結(jié)果，采用皮爾遜相關(guān)分析法進(jìn)行指標(biāo)之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維的主要品質(zhì)指標(biāo)

經(jīng)測(cè)定，18 個(gè)試驗(yàn)材料纖維上半部平均長(zhǎng)度為24.38～31.04 mm， 斷裂比強(qiáng)度為23.6～36.5 cN·tex－1，馬克隆值為2.66～5.55（表1）。 18 個(gè)供試材料纖維上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度和馬克隆值的變異系數(shù)分別為4.89%、9.49%和14.04%。

表1 纖維品質(zhì)主要性狀指標(biāo)

2.2 纖維的吸水性

根據(jù)參試棉纖維吸水率的差異顯著性將18 個(gè)材料分為5 個(gè)子集，每個(gè)子集之間具有顯著性差異（P＜0.05），同一子集內(nèi)的數(shù)值無(wú)顯著差異（表2）。例如第1 子集中材料17 和材料13 的纖維吸水率沒(méi)有顯著差異， 而子集1 的材料17 和子集2 的材料8 具有顯著差異。

表2 不同纖維材料平均吸水率多重比較結(jié)果 %

部分材料間吸水率差異較大。 7 號(hào)材料的吸水率最大，高達(dá)1 311.75%；而17 號(hào)材料的吸水率最小，為998.29%，即1 g 棉纖維的吸水量約為10 g。

皮爾遜相關(guān)分析顯示，各材料吸水率與馬克隆值顯著相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.519，呈中度正相關(guān)關(guān)系，而與纖維上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

2.3 纖維的保溫性能

保溫率是最能直觀表征保溫性能的指標(biāo)，保溫率越大說(shuō)明保溫性能越好；傳熱系數(shù)反映絮片傳出熱量的快慢，傳熱系數(shù)越小，保溫性能越好；克羅值反映絮片阻止傳出熱量的能力，克羅值越大，保溫性能越好。 測(cè)試絮片的保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值均存在差異，總體趨勢(shì)為保溫率較低的材料，其克羅值相對(duì)較低，傳熱系數(shù)相對(duì)較高（表3）。 其中：10號(hào)材料纖維絮片的保溫率最低， 克羅值相對(duì)較低，傳熱系數(shù)相對(duì)較高；15 號(hào)材料纖維絮片的保溫率和克羅值最高，傳熱系數(shù)最低。 所有參試?yán)w維絮片的保溫率平均值為86.19% ，克羅值平均值為4.02，傳熱系數(shù)平均值為1.64 W·（m2·℃）－1。

表3 不同纖維絮片保溫性能測(cè)定結(jié)果

皮爾遜相關(guān)分析表明，傳熱系數(shù)、克羅值和保溫率與棉纖維馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

2.4 纖維的壓縮性能

壓縮線性度反映樣品柔軟感，壓縮比功反映樣品蓬松感。 壓縮性能測(cè)試結(jié)果（表4）顯示：各絮片試樣壓縮線性度為0.17～0.18； 壓縮比功一致，均為10 N·cm·cm－2； 初始厚度為14.21～14.28 mm。這3 項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果顯示：供試材料在柔軟感、蓬松感和初始厚度方面差異很小；但壓縮回彈性差異較大，范圍為25.86%～80.64%，平均值為52.37%。

表4 不同纖維絮片壓縮性能測(cè)試結(jié)果

皮爾遜相關(guān)分析結(jié)果顯示，壓縮回彈性與纖維馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

3 討論和結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，棉纖維吸水率與馬克隆值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.519；而與纖維上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。水分對(duì)纖維材料的可及性取決于材料的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)。 這可能是因?yàn)轳R克隆值較大的纖維直徑較大，成熟度好，纖維內(nèi)部和纖維之間存在更大的空隙，從而可形成更多的吸附水或毛細(xì)水。因此，可參考棉纖維馬克隆值篩選出吸水性能相對(duì)較強(qiáng)的絮用纖維材料。

棉纖維及其集合體是多孔性物質(zhì)，在纖維內(nèi)部和纖維之間存在很多孔隙，并且充滿著空氣。 在內(nèi)部空氣不流動(dòng)的狀態(tài)下， 棉纖維是熱的不良導(dǎo)體，可以實(shí)現(xiàn)保暖的效果。 本研究結(jié)果顯示，參試?yán)w維絮片保溫率為83.76%～90.36%， 保溫率與纖維馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度和斷裂比強(qiáng)度均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，這可能與纖維3 項(xiàng)主要品質(zhì)指標(biāo)的分布有關(guān)系。 在其他品質(zhì)指標(biāo)相同的情況下，更利于發(fā)現(xiàn)變量品質(zhì)指標(biāo)與保溫率的相關(guān)性。 因此，在后續(xù)研究保溫率與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系時(shí)，應(yīng)選取同一棉花品系中單個(gè)纖維品質(zhì)指標(biāo)有差異的材料進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)增加測(cè)定樣本量。

參試絮片壓縮回彈性為25.86%～80.64%，數(shù)據(jù)離散度較大。 試驗(yàn)中采用的KES-FB3-A 壓縮測(cè)試儀探頭小且精密度高，能靈敏感知不同取樣測(cè)試點(diǎn)的不均勻性。 數(shù)據(jù)離散度較大，可能是因?yàn)槔w維梳棉前是人工開(kāi)松并去除雜質(zhì)導(dǎo)致除雜率不一致，人工喂入梳棉又導(dǎo)致棉層均勻性不一致，KESFB3-A 壓縮測(cè)試儀探頭恰好取點(diǎn)到這些不均勻的棉層測(cè)定，導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。利用KES-FB3-A 壓縮測(cè)試儀測(cè)定棉纖維絮片壓縮回彈性相關(guān)研究報(bào)道較為少見(jiàn)，本研究中纖維主要品質(zhì)指標(biāo)與絮片壓縮回彈性無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系僅為初步研究結(jié)果，后期有待于增加樣本量，優(yōu)化測(cè)定程序，對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

原棉品質(zhì)是其在不同領(lǐng)域應(yīng)用效果的決定因素[5-6]，前期研究認(rèn)為不同品種棉花在具體應(yīng)用中的效果因纖維品質(zhì)不同而差異較大[7]。 本研究結(jié)果表明不同品質(zhì)的纖維在吸水率、保溫性和壓縮回彈性等絮用性能方面存在較大差異。這對(duì)棉花的品質(zhì)分型利用具有科學(xué)指導(dǎo)意義，將有助于相關(guān)加工企業(yè)通過(guò)合理選擇原料創(chuàng)造更大的利潤(rùn)。