Abstract Waste cotton is a textile material with high mechanical properties. Understanding the mechanical properties of waste cotton and their changes at an early pyrolysis stage is important for its thermochemical recovery. In this study, a universal testing machine equipped with a heating furnace was adopted to study the mechanical properties of a cotton towel in the temperature range of 25–250 °C under N2 atmosphere. The devolatilization behaviors of the cotton towel in the same temperature range were investigated using thermogravimetric-Fourier transform infrared (TG-FTIR) analysis. A reactive force field molecular dynamics (ReaxFF MD) model was employed to reveal the tensile deformation mechanism. Results showed that the cotton yarn tensile displacement increased with increasing temperature within 25–250 °C. Cotton degradation was onset at 150 °C, while at 200 °C, initiation of rapid CO2 emission was observed; sharp reductions in the mechanical strength observed at approximately 150 °C and 200 °C were mainly due to the degradation of hemicellulose and amorphous cellulose, respectively. CO2 was the primary volatile compound and its concentration correlated well with the mechanical strength. The ReaxFF MD simulation results indicated that the breaking strength of the cotton yarn depended mainly on the mechanical strength of the amorphous cellulose; the non-bonded interactions contributed more to the mechanical strength of the amorphous cellulose than the bonded interactions. The correlations between the mechanical strengths of the yarn bundle and towel, as well as the number of yarns they contained, have been proposed.

中文翻译：

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废棉早期热解力学性能及其变化

摘要 废棉是一种具有较高机械性能的纺织材料。了解废棉的机械特性及其在早期热解阶段的变化对其热化学回收很重要。在本研究中，采用配备加热炉的万能试验机在 N2 气氛下研究了棉毛巾在 25-250°C 温度范围内的力学性能。使用热重-傅里叶变换红外（TG-FTIR）分析研究了棉毛巾在相同温度范围内的脱挥发分行为。采用反应力场分子动力学（ReaxFF MD）模型来揭示拉伸变形机制。结果表明，棉纱拉伸位移在 25-250 °C 内随着温度的升高而增加。棉花降解开始于 150 °C，而在 200 °C 时，观察到开始快速排放 CO2；在大约 150 °C 和 200 °C 下观察到的机械强度急剧下降主要是由于半纤维素和无定形纤维素的降解。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。观察到开始快速排放二氧化碳；在大约 150 °C 和 200 °C 下观察到的机械强度急剧下降主要是由于半纤维素和无定形纤维素的降解。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。观察到开始快速排放二氧化碳；在大约 150 °C 和 200 °C 下观察到的机械强度急剧下降主要是由于半纤维素和无定形纤维素的降解。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。在大约 150 °C 和 200 °C 下观察到的机械强度急剧下降主要是由于半纤维素和无定形纤维素的降解。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。在大约 150 °C 和 200 °C 下观察到的机械强度急剧下降主要是由于半纤维素和无定形纤维素的降解。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。CO2 是主要的挥发性化合物，其浓度与机械强度密切相关。ReaxFF MD模拟结果表明，棉纱的断裂强度主要取决于无定形纤维素的机械强度；非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。非键合相互作用对无定形纤维素机械强度的贡献大于键合相互作用。已经提出了纱线束和毛巾的机械强度以及它们包含的纱线数量之间的相关性。