Линейные макромолекулы целлюлозы образуют в волокне сложную структуру, состоящую из различных комплексов и групп: микрофибрилл, более крупных пучков ‒ фибрилл и т. д. Макромолекулы, располагающиеся вдоль оси волокна, соединены между собой межмолекулярными связями. В более тонких волокнах упаковка пучков макромолекул более тесная, межмолекулярные расстояния меньше, вследствие чего энергия связи возрастает в несколько раз (при уменьшении расстояния в два раза межмолекулярная энергия может возрасти в 8-16 раз). Этими особенностями можно объяснить большую прочность тонких волокон в сравнении с более толстыми, имеющими рыхлую упаковку макромолекул. В то же время макромолекулы целлюлозы в хлопковом волокне упакованы менее плотно, чем в других волокнах, благодаря этому в структуре содержится значительное количество субмикроскопических пор. Наличие пор является одной из причин хорошей окрашиваемости и высокой воздухопроницаемости хлопка [9].
Фибриллы целлюлозы располагаются спирально относительно продольной оси, при этом направление спиралей может меняться и угол их наклона колеблется от 0 до 40°, составляя в среднем 23°. Довольно значительное разрывное удлинение (7-8 %) и прочность одиночного волокна обусловлены указанными особенностями его надмолекулярной структуры [9].
Под микроскопом в хлопковом волокне наблюдаются некоторые структурные отличия в зависимости от степени зрелости волокна. Степень скрученности и поперечный срез волокна имеют весьма разнообразную форму и зависят от зрелости волокна. От степени зрелости зависят и свойства волокна. Незрелые волокна имеют вид сплющенных ленточек с тонкими стенками и широким каналом, обладают малой прочностью, плохо окрашиваются и не пригодны для переработки. По мере созревания волокон отчетливо проявляются стенки, ограничивающие его канал. Волокно нормальной степени зрелости имеет вид штопорообразной извитой трубочки с развитыми стенками и внутренним каналом, замкнутым со стороны естественного конусообразного окончания волокна и открытого в месте прикрепления волокна к семени (рис. 2). У перезрелых волокон канал составляет его поперечник; извитость почти исчезает, они очень жесткие и ломкие [8].
Рис. 2. Внешний вид хлопкового волокна нормальной зрелости
По внешнему виду, толщине стенок и площади поперечного сечения все волокна хлопка подразделяют на 11 групп, обозначаемых коэффициентами зрелости (от 0,0 до 5,0): 0,0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 4,5; 5,0 (рис. 3) [9].
Чем выше степень зрелости волокна, тем выше его качество. Нормальная зрелость хлопкового волокна по эталону от 3,5 до 4,0. Степень зрелости от 4,5 до 5,0 характеризует перезрелое волокно (оно менее благоприятно для текстильного производства). Для незрелого волокна коэффициент зрелости составляет 0,0. Незрелые и недозрелые волокна являются дефектными [9].
Рис. 3. Внешний вид