在光學顯微鏡下觀察可以看到，羊毛纖維的截毛氈面接近於圓形，羊毛氈縱向可觀察到覆蓋在毛干表面的鱗片。羊毛纖維在形態結構上可分為3部分，即鱗片層、皮質層和髓質層。
1、羊毛的形態結構
(1)鱗片層。鱗片層是由片狀角質細胞組成的，是羊毛纖維的外殼。鱗片如魚鱗或瓦片相互重委覆蓋，其根部附著於毛干，而梢部則伸出毛干表面，並指向毛尖。各種羊毛的鱗片大小基本相近，但鱗片在毛干上覆蓋的密度，卻因羊毛的品種和粗細不同而有較大的差異，因此鱗片的可見高度和鱗片層的總厚度也不一樣。一般細羊毛鱗片的可見高度低於粗羊毛，鱗片層的總厚度則較粗羊毛為大。
(2)皮質層。皮質層是羊毛纖維的主體，是決定羊毛物理一機械和化學性能的主要部分，它是由紡錘形皮質細胞組成的。
羊毛纖維的皮質細胞主要有O皮質細胞和P皮質細胞兩種毛氈，它們在化學組成和某些性能上有一定的差異。0 皮質細胞含硫量較P皮質細胞低，易於染色，對酶和一些化學試劑的反應活潑性也較高。在優良品種的細羊毛中，兩種皮質細胞分別聚集在毛干的兩半邊。並且沿纖維軸向互相纏繞，0皮質細胞始終位於羊毛卷曲波形的外側，而P皮質細胞則位於卷曲波形的內側。O，P皮質細胞的雙側異構分布結構，簡稱雙側結構。
在某些粗長的羊毛纖維中，0皮質細胞較集中於毛干的中央，P皮質細胞呈環形分布於周圍，這種羊毛很少甚至沒有卷曲。
(3)髓質層。髓質層是由結構疏松、內部充有空氣的薄膜細胞組成的。細胞之間的聯系很弱，因此含髓質多的羊毛的彈性和強度都較低。
2、羊毛的介類
羊毛按形態結構的特點，主要可分為細絨毛、粗毛、兩型毛和死毛等。其特點簡述如下：
(1)細絨毛。細絨毛的直徑在305m以下，無髓質層，鱗片密度較大，纖維較短，卷曲多，光澤柔和。它具有良好的紡織性能，是最有價值的毛紡原料。
(2)粗毛。粗毛的直徑在52、 55m以上，有連續的髓質層，毛氈外形粗長，卷曲少，光澤好。近年來工業！幾規定，凡羊毛中髓質層連續長度達25mm以上，寬度超過羊毛纖維直徑1/3以上的叫做腔毛。粗毛和腔毛的可紡性較差。
(3)兩型毛。兩型毛又稱中間毛或過渡毛，直徑在30一52、55m之間，有斷續的髓質層，粗細差異較大，粗的部分似粗毛。細的部分猶如細絨毛。我國沒有完全改良好的羊種，羊毛多屬這種類型。
(4)死毛。除鱗片層外，死毛兒乎全為髓質層，強度和彈性很差，呈枯白色，沒有光澤，也不易染色，沒有紡織價值。
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