棉纤维主要组成物质是纤维素，其余为纤维素伴生物。棉纤维素及其伴生物的含量取决于棉纤维的成熟程度。完全成熟的棉纤维其纤维素的含量约占棉纤维总重的94%;左右，伴生物含量较少。
按棉花的品种分类
⑴细绒棉：又称陆地棉。纤维线密度和长度中等，一般长度为25~35mm，线密度为2.12~1.56 dtex（4700~6400公支）左右，强力在4.5cN左右。中国种植的棉花大多属于此类。
⑵长绒棉：又称海岛棉。纤维细而长，一般长度在33mm以上，线密度在1.54~1.18dtex（6500~8500公支）左右，强力在4.5cN以上。它的品质优良，主要用于编制细于10tex的优等棉纱。中国种植较少，除新疆长绒棉以外，进口的主要有埃及棉、苏丹棉等。
此外，还有纤维粗短的粗绒棉，已趋淘汰。
按棉花的初加工分类
从棉花中采得的是籽棉，无法直接进行纺织加工，必须先进行初加工，即将籽棉中的棉籽除去，得到皮棉。该初加工又称轧花。籽棉经轧花后，所得皮棉的重量占原来籽棉重量的百分率称衣分率。衣分率一般为30~40%。按初加工方法不同，棉花可分为锯齿棉和皮辊棉。
⑴锯齿棉：采用锯齿轧棉机加工得到的皮棉称锯齿棉。锯齿棉含杂、含短绒少，纤维长度较整齐，产量高。但纤维长度偏短，轧工疵点多.细绒棉大都采用锯齿轧棉。
⑵皮辊棉：采用皮辊棉机加工得到的皮棉称皮辊棉。皮辊棉含杂、含短绒多，纤维长度整齐度差，产量低。但纤维长度操作小，轧工疵点少，但有黄根。皮轧棉适宜长绒棉、低级棉等。
按原棉的色泽分类
⒈白棉正常成熟、正常吐絮的棉花，不管原棉的色泽呈洁白、乳白或淡黄色，都称白棉。棉纺厂使用的原棉，绝大部分为白棉。
⒉黄棉 ；棉花生长晚期，棉铃经霜冻伤后枯死，铃壳上的色素染到纤维上，使原棉颜色发黄。黄棉一般属低级棉，棉纺厂仅有少量应用。
⒊灰棉 ；生长在多雨地区的棉纤维，在生长发育过程中或吐絮后，如遇雨量多、日照少、温度低，纤维成熟就会受到影响，原棉呈现灰白色，这种原棉称为灰棉。灰棉强度低、质量差，棉纺厂很少使用。
⒋彩棉；彩棉是指天然具有色彩的棉花，是在原来的有色棉基础上，用远缘杂交、转基因等生物技术培育而成。天然彩色棉花仍然保持棉纤维原有的松软、舒适、透气等优点，制成的棉织品可减少少许印染工序和加工成本，能适量避免对环境的污染，但色相缺失，色牢度不够，仍在进行稳定遗传的观察之中。
在显微镜下观察可发现，棉纤维纵向呈扁平的转曲带状，封闭的一端尖细，生长在棉籽上的一端较粗且敞口。棉纤维的横断面由许多同心层组成，主要有初生层、次生层、中腔三个部分。
⒈初生层 是棉纤维的外层，即纤维细胞的初生部分。初生层的外皮是一层蜡质与果胶，表面有深深的细丝状皱纹。初生层很薄，纤维素含量不多。纤维素在初生层中呈螺旋形网络状结构。
⒉次生层 棉纤维的初生层下面是一薄层次生细胞，由微原纤紧密堆砌而成。微原纤与纤维轴呈螺旋状排列，倾斜角在25度至30度。在这一层中，几乎没有缝隙和孔洞。次生层是棉纤维在加厚期淀积形成的部分，几乎都是纤维素。由于每日温差的原因，大多数棉纤维逐日淀积一层纤维素，故可形成棉纤维的日轮。纤维素在次生层中的淀积并不均匀，但均以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，并沿纤维长度方向形成转向，这是棉纤维具有天然转曲的原因。次生层的发育情况取决于棉纤维的生长条件、成熟情况，它能决定棉纤维主要的物理性质。
⒊中腔 棉纤维生长停止后，胞壁内遗留下来的空隙称为中腔。同一品种的棉纤维，中段初生细胞周长大致相等。当次生胞壁厚时，中腔就小；次生壁薄时，中腔就大。当棉铃成熟而示裂开时，棉纤维截面呈圆形，中腔亦成圆形，中腔截面相当于纤维截面积的1/2或1/3.当棉铃自然裂开后，由于棉纤维内水分蒸发，纤维胞壁干涸，棉纤维截面就呈腰圆形，中腔截面也随之压扁，压扁后的中腔截面仅为纤维总面料的10%左右。
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