(三)深入了解棉纤维： 微结构法在天然棉纤维上之应用，不为广泛，祇有在成熟度上利用显微镜法，主要观察其成熟度情况，而评定此批棉纤之成熟系数之其中一个指标。 首先探讨棉纤之结构特征：
(a)宏观外型结构：一根天然棉纤维为一单细胞，从胚珠表皮细胞，经过约25-30天延伸期，进入约25-30天加厚期而成长。成熟的纤维,呈细长而略扁的管状，顶部最高,中部次之而稍粗,基部最低，横截面，中部最大，基部次之,顶部最小，纤维长度与宽度之比约为1000-3000，成熟的纤维，向外具有天然卷曲，呈螺旋形左及右扭曲，此为棉纤维之特征，成熟的棉纤维扭曲数约为39-65个/厘米，约每毫米反转向一次，未成熟或过度成熟纤维则较少。
(b)截面内层结构： 棉纤维截面多为呈腰果型,其次圆形，耳朵形等，由许多同心层组成.徐初生表层外，主要分层外皮下之初生层，主要由果胶及纤维素纤维组成的网状结构，厚度很薄，约为0.2微米。 其次为次生层，是棉纤维初生层内部淀积的一层胞壁，为棉纤维的主要部份，成熟棉纤维次生层厚度约为0.4-5微米，层中纤维素微原纤(microfibril)，沿着纤维长度方向呈螺旋状排列，有左及右旋，螺旋倾斜方向约20-45度，就是棉纤维之主要形态特征—天然转曲。内部为中腔，是棉纤维生长停止后，次生胞壁遗留下来的未被纤维素填满的内部空腔。棉纤维经过延伸期及加厚期，纤维素淀渍速度不一，形成明显疏密不同的层次，称为日轮，一般日轮层总共有25-40层，我们可通过铜氨液膨化处理的棉纤维截面，用显微镜观察。这三部份各层的结构与纤维的表面性能有着密切关系，并决定其主要物理机械性。
(四）棉纤之结构:特征所产生之物理性质对成纱之影响：
(1)天然转曲影响纱线中纤维间抱合力，因而影响成纱之强力，天然转曲多，成纱强力高，未成熟和过成熟原棉，天然转曲减少，成纱强力低。
(2)表皮层(初生表层)主要成份为果胶，棉腊，对纤维加工及储存性能影响大。
(3)天然纤维素的结晶形式，主要是纤维素I和纤维素II，棉纤维经碱丝光处理后，会由纤维素I转变成纤维素II，而且纤维结晶度会有所降低，光泽显著增加，棉纤维相对密度为1.54-1.56，线密度为1.1-2.2dtex，供丝光工艺作参考。
(4)纤维截面的各部份位置收缩应力都不同，腰果形细胞两边曲率最大，结构较紧，中间顶部次之，两边内侧为过渡区，中间凹入处可及性最大，易存积其它物质及色素，纤维中腔结构，对光泽等光学性质影响极大，并使纤维轻而且保暖，对纤维染色性，卷缩性，手感等有密切关系。
(五)再简单了解棉纤维的化学成份： 棉纤维的化学成份以纤维素为主，占93-95%，其余为纤维素伴生物，如：蜡质和脂肪约占0.3-1.0%，果胶质约1.0-1.5%，含氮物约1.0-1.5%，灰分约0.8-1.8%，其它约1.0-1.5%。元素成份为：碳44.4%，氢6.2%，氧49.4%。 棉纤维的化学成份所产生之化学性质对成品之影响：
(1)棉纤维成份以纤维素为主，纤维素在长时间作用下，或经氧化剂处理，分子键产生断裂，纤维素被分解。
(2)日照亦使纤维素大分子破坏，尤以紫外线破坏力最强，令纤维素聚合度下降，纤维强力降低及脆化。
(3)棉纤维所吸收之水份，在热至100度C时被蒸发，到160度C时纤维脱水，240度C时纤维被破坏至变黄，400-450度C时碳化。
(4)棉纤维吸水后膨化但不易溶解，截面积可扩大40-50%，长度增加1-2%。但在酸溶液或高温水作用下，聚合度下降，强力亦降低。
(5)棉纤维在常温下，对稀碱稳定，在18%烧碱处理时可产生丝光作用。
(6)棉纤维含水率大于9%，相对湿度在75%以上时，纤维素易被微生物分解，棉纤维易发霉。
现行业沿用测试棉纤维成熟度之方法：有
(1)中腔胞壁对比法，
(2)棉纤维成熟度试验法(偏光仪法)，
(3) 棉纤维成熟度试验法(显微镜法)，
(4) 棉纤维成熟度试验法(气流法)。 现将每种方法简单介绍，首先了解其中一些名词定义。
(a)成熟度比(maturity ratio)：纤维胞壁的增厚度与选定的0.577标准增厚度之比。
(b)死纤维(dead fibres)：以无转曲，很少转曲，或几乎没有纤维胞壁的扁平管状到胞壁稍有发育，转曲较多等各种形态，纤维胞壁的厚度等于或小于纤维最大宽度的五分一。
(c)正常纤维(normal fibres)：经18%氢氧化钠溶液膨胀后，中腔呈不连续或几乎没有任何中腔痕迹的棒状纤维，没有轮廓分明的转曲。
(d)薄壁纤维(thin-walled fibres)：经18%氢氧化钠溶液膨胀后，不能划为正常纤维或死纤维的纤维。
(e) 纤维胞壁增厚度(degree of fibre wall thickening)：纤维胞壁的实际横截面积对同样周长的圆面积之比。 (f)成熟纤维百分率(percentmaturity)：在同一样品中，成熟纤维占纤维总根数的平均百分率。
(g)不成熟纤维(immature fibres)：发育不良而胞壁薄的纤维，经18%氢氧化钠溶液膨胀后，呈螺旋状或扁平状态，纤维胞壁薄且呈透明的纤维，纤维胞壁的厚度，小于纤维最大宽度的四分一。
(h)成熟纤维(mature fibres)：发育良好而胞壁的纤维，经18%氢氧化钠溶液膨胀后，呈无转曲的棒状纤维，纤维胞壁的厚度等于纤维最大宽度的四分一。
(1)中腔胞壁对比法： 首先按照棉纤维试验取样方法(如中国国家标准GB6097-85)，制备的试验棉条中取出重约4-6mg的样品，用手扯法加以整理，使成一端齐整的小棉束，先用稀梳，后用密梳梳去短纤维，用手指捏住齐整的一端纤维，梳理另一端纤维，去掉棉束两旁纤维，留下中间部份180-220根纤维，将载玻片擦拭干净，放在黑绒板上，在载玻片边缘上粘贴一些胶水，左手捏住齐整的一端，右手以夹子从棉束另一端取数根纤维，均匀地排列在载玻片上，连逐排列至排完为止，待胶水干后，用挑针把纤维整理平直，并用胶水粘好纤维另一端，然后轻轻地在纤维上面放置载玻片，用400倍显微镜沿载玻片中部逐根观察，根据腔宽壁厚比值确定纤维成熟系数，并可参照标准图示的纤维形态，确定纤维成熟系。 各种不同成熟度纤维分成18组，分别用不同成熟系数表示，完全未成熟的棉纤维，成熟系数为0.00，最成熟的棉纤维,成熟系数为5.00，从0.00—3.75间每隔0.25为一组,即：0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.25，3.50，3.75，再加上4.00和5.00两组共18组。
成熟系数越大，棉纤维成熟度越高，一般成熟度在1.4—2.00范围内最适中。腔宽壁厚比值与,成熟系数对照： 0.00(成熟系数)=30-22(腔宽壁厚比值)， 0.25(成熟系数)=21-13(腔宽壁厚比值)， 0.50(成熟系数)=12-9(腔宽壁厚比值)， 0.75(成熟系数)=8-6(腔宽壁厚比值)， 1.00(成熟系数)=5(腔宽壁厚比值)， 1.25(成熟系数)=4(腔宽壁厚比值)， 1.50(成熟系数)=3(腔宽壁厚比值)， 1.75(成熟系数)=2.5(腔宽壁厚比值)， 2.00(成熟系数)=2(腔宽壁厚比值)， 2.25(成熟系数)=1.5(腔宽壁厚比值)， 2.50(成熟系数)=1(腔宽壁厚比值)， 2.75(成熟系数)=0.75(腔宽壁厚比值)， 3.00(成熟系数)=8-6(腔宽壁厚比值)， 3.25(成熟系数)=0. 5(腔宽壁厚比值)， 3.50(成熟系数)=0.33(腔宽壁厚比值)， 3.75(成熟系数)=0. 2(腔宽壁厚比值)， 4.00(成熟系数)=0 (腔宽壁厚比值)， 5.00为不可察觉。
一般观察一个视野来决定每根纤维的成熟系数，如形态特殊的纤维，可扩大观察范围，或进一步用测微尺测量几个转曲的腔宽壁厚比例来决定，估计或测量腔宽壁厚时，应在纤维转曲中部宽度最宽处测定，若两壁厚薄不同，可取其平均数，没有转曲的纤维亦须在观察范围内最宽处测定。每根试验棉条试验两个试验试样，每个观测180-220根纤维，两个试验试样试验结果的差值应符合精密度的测定，试验结果以平均成熟系数计算。
(2)棉纤维成熟度测试方法 ( 显微镜法 )： 此方法是利用显微镜测试经氢氧化钠膨胀后，棉纤维成熟度的试验方法。适用于未经化学处理的棉纤维，棉卷，棉条以及纱线中取出的棉纤维。 首先以国家标准GB 6097 棉纤维试验取样方法取样，原理是利用棉纤维经18%氢氧化钠溶液膨胀后，成熟好的纤维胞壁厚而中腔宽度小，纤维呈捧状，成熟差的纤维胞壁薄而中腔宽度大，纤维呈扁平带状，因此，可根据棉纤维中腔宽度，胞壁厚度的比值和纤维形态来测定棉纤维成熟度。
仪器，工具和试剂：
(1)倍数为400倍的显微镜.
(2) 载玻片，盖玻片，玻璃捧，绒板，钳子，50mm纤维尺，稀梳，挑针，胶水等。
(3)用于纤维分类计数的计数器。
(4)氢氧化钠溶液:18±0.2%。 从实验室样的不同部位取出至少32束，或从GB 6097棉纤维试验取样方法制备的试验棉条中取出纤维，组成两份各约10mg的实验室试验样品，两份实验试验样品，分别由两个试验人员用手扯式或限制器绒板，将纤维整理成平行且一端整齐的棉束。先用稀梳，后用密梳从棉束整齐一端，细绒棉梳去16mm及以上的短纤维，长绒棉梳去20mm及以下的短纤维，然后从纵向分开，分成大致相等的五个试验品,每个试验样品约2mg， 用手指捏住试验样品整齐一端，梳理另一端，取走棉束两旁纤维，留下中间部份100根或以上的纤维，在载玻片缘上粘一些胶水，左手握住纤维的一端，右手用夹子从棉束另一端夹取数根纤维均匀地排在载玻上，将100根或以上的纤维全部排列在载玻片上，用挑针拨动排列在载玻片上的纤维使之保持平行，伸直，分布均匀，然后轻轻地盖上玻片，并在其一角滴入18%氢氧化钠溶液，轻压盖玻片，使氢氧化钠溶液浸润每根纤维并防止产生气泡。 再调节显微镜，使纤维胞壁和中腔之间的反差增强，最好用特定的人工照明，以使纤维分类达到良好的效果， 逐根观察载玻片上纤维中间部份，按下列两种方法之一测定棉纤维成熟度，并分别记录每个试验的各类纤维根数。
第一种方法-成熟比将各试验试样的所有纤维分为三类： a.正常纤维； b.死纤维；c. 薄壁纤维。
第二种方法-成熟纤维百分率将各种试验试样的所有纤维分为二类： a.不成熟纤维； b. 成熟纤维。再由两名试验人员各测试五个试验试样，并将试验结果计算 (1)成熟度比(M) 对于每份实验室试验样品，计算正常纤维和死纤维的平均百分率，然后计算成熟度比。 N-D+0.7 M=---------------- (1) 200 式中:N-正常纤维的平均百分数，D-死纤维的平均百分数。最后计算两个试验人员的平均成熟度比。 (2) 成熟纤维百分率(PM) 对于每份实验室试验样品,计算成熟纤维百分率,然后计算平均成熟纤维百分率. M’X100 PM=-------------- (2) T 式中:M'-成熟纤维根数; T-纤维总根数. 数值修约：成熟度比修约至二位小数,成熟纤维百分率修约至一位小数。
可自行制作经18%氢氧化钠溶液膨胀后的棉纤维的典型图例作比对，或可以购买一套具有成熟度指标的校准棉样。 成熟纤维百分率和成熟度比之间的换算： 成熟度比M可以用下表变换得成熟纤维百分率PM，反之亦然。成熟纤维百分率和成熟度比之间的关系不是线性的，PM与M之间的关系与直线有一定的偏离，但偏离不大。PM和M的关系如下： PM=(M-0.2)(1.5652-0471M) (B1)-------------------------(B1) M=1.762-√(2.439-2.123PM) (B2)---------------------------(B2) PM值和M值之间的相关： M 1.11 1.10 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.04 1.03 1.02 1.01 1.00 PM 94.9 94.2 93.6 93.0 92.3 91.7 91.0 90.3 89.6 89.0 88.2 87.5 M 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88 PM 86.8 86.1 85.3 84.6 83.8 83.1 82.3 81.5 80.7 79.9 79.1 78.2 M 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 PM 77.4 76.6 75.7 74.9 74.0 73.1 72.2 71.3 70.4 69.5 68.5 67.6 M 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 PM 66.7 65.7 64.7 63.8 62.8 61.8 60.8 59.8 58.8 57.7 56.7 55.6
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