新型棉花纤维摩擦测试方法的验证：评估纤维表面化学性质对摩擦力的影响

《Industrial Crops and Products》：Validation of new cotton fiber friction testing method: Assessing the effect of fiber surface chemistry on friction

棉纤维表面蜡质及非纤维素材料对纤维间摩擦的影响研究。采用新型摩擦测量方法，对白、绿、棕棉进行Xylene处理，分析表面化学变化与摩擦性能的关系。FTIR光谱证实处理显著降低蜡及非纤维素物质含量，PCA显示处理组与对照组存在显著差异。摩擦值随处理时间及温度升高而增加，验证了新方法对表面化学影响的敏感性。

　　本研究探讨了棉花纤维表面化学成分对纤维间摩擦的影响，旨在验证一种新的棉花纤维摩擦测量方法的有效性。棉花纤维在纺纱过程中，纤维间的摩擦是调控纤维流动的重要因素，它不仅影响纺纱性能，还对最终纱线质量产生深远影响。纤维间的摩擦力是纤维相互作用时产生的阻力，适当的摩擦有助于纤维开松、均匀形成卡棉网、平稳牵伸过程，减少纱线捻度需求，提升纤维集合体的均匀性，并最终形成紧密的条子和纱线。然而，摩擦力过高或过低都会对纺纱工艺造成不利影响，因此，找到合适的纤维间摩擦水平对于纺织加工的顺利进行和纱线质量的提高至关重要。

棉花纤维表面通常覆盖着蜡质和其他非纤维素成分，这些成分在纺纱过程中起到润滑作用，可能降低纤维之间的摩擦力。然而，某些研究表明，这些成分的去除可能导致纤维间摩擦力的增加。因此，了解纤维表面化学成分的变化及其对摩擦力的影响，对于优化纺纱工艺和提升纱线质量具有重要意义。在本研究中，研究人员采用了一种新的摩擦测量方法，该方法基于ASTM标准，但通过改进样品制备技术，使其适用于较小的样品规模，从而更适用于棉花育种和定量性状位点（QTL）研究。该方法的优势在于其操作简便，只需5克原始棉花即可完成测试，同时能够准确区分不同棉花样品的摩擦特性。

为了进一步验证该方法的有效性，研究人员选取了白色、绿色和棕色三种棉花样品，这些样品在自然状态下具有不同的蜡含量和表面化学特征。例如，绿色棉花的蜡含量比白色和棕色棉花高出五到八倍，而棕色棉花的蜡含量则约为白色棉花的两倍。这些差异使得绿色和棕色棉花成为研究纤维间摩擦变化的理想材料。此外，研究还考虑了不同处理条件对摩擦力的影响，包括使用二甲苯作为溶剂进行化学处理，以及在不同温度和时间下进行处理，以观察表面化学成分的变化如何影响纤维间摩擦。

实验中，研究人员采用了多种处理方式，包括对原始棉花纤维和经过MDTA（Micro-Dust and Trash Analyzer）处理的棉花条进行二甲苯处理。通过改变处理时间、温度和样品形式，研究人员试图创造一个受控的实验环境，以观察不同处理条件对纤维间摩擦的影响。结果表明，随着处理时间的延长和加热条件的增加，纤维间摩擦力显著上升。然而，对于原始纤维样品，即使经过处理，其摩擦力变化并不明显，这可能是因为原始纤维表面的蜡质和非纤维素成分较为稳定，难以被完全去除。相比之下，MDTA处理后的棉花条在二甲苯处理后，摩擦力的变化更为显著，尤其是经过24小时处理并加热30分钟的样品，其摩擦力增加幅度最大。

为了评估化学处理对棉花纤维表面化学成分的影响，研究人员使用了傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术。FTIR分析结果显示，经过二甲苯处理的棉花样品中，蜡质和其他非纤维素成分的含量显著减少，尤其是白色和棕色棉花。然而，绿色棉花的蜡质去除效果相对较弱，这可能与其蜡质与纤维素之间较强的结合力有关。进一步的双次处理实验表明，绿色棉花在两次二甲苯处理后，其蜡质含量的减少程度与白色和棕色棉花在单次处理后的减少程度相当，这说明绿色棉花需要更长时间的处理才能有效去除蜡质。此外，FTIR光谱还显示，处理后的棉花样品中，与纤维素β-连接相关的振动峰强度增加，表明处理过程减少了蜡质对纤维素的覆盖，从而使得红外光束更容易穿透纤维表面。

通过主成分分析（PCA）对FTIR数据进行处理，研究人员能够更清晰地区分处理前后的棉花样品。PCA结果显示，经过处理的白色和棕色棉花样品与原始样品相比，表现出更明显的化学特征变化，而绿色棉花的处理效果则不够显著。这一发现与已有文献一致，即绿色棉花的蜡质含量高于白色和棕色棉花，因此需要更长时间的处理才能达到有效的蜡质去除效果。PCA分析还表明，经过处理的棉花样品在化学特征上更加相似，这可能是因为处理过程去除了大部分非纤维素成分，使得纤维表面的化学组成趋于一致。

综上所述，本研究通过实验验证了新的棉花纤维摩擦测量方法的有效性。该方法能够准确捕捉不同棉花样品在表面化学成分变化后的摩擦力差异，尤其是在去除蜡质和其他非纤维素成分后，摩擦力的显著增加表明了该方法的可靠性。此外，研究还揭示了表面化学成分对纤维间摩擦的复杂影响，不仅包括蜡质含量的变化，还涉及非纤维素成分的分布以及纤维的结构特征。这些发现为未来进一步研究棉花纤维摩擦与纺纱性能之间的关系提供了重要依据，也为优化棉花育种和纺纱工艺提供了新的思路。未来的研究方向可能包括探讨气候条件对纤维间摩擦的影响，以及深入分析纤维的其他质量参数（如卷曲度、螺旋结构、钩状结构、结晶度等）对摩擦力的具体作用机制。最终目标是全面理解纤维间摩擦如何影响棉花的纺纱性能和纱线质量，从而为纺织工业提供更科学的指导和更有效的技术手段。