【纺织原料】棕榈纤维形态与表面形貌结构

棕榈为多年生的常绿乔木，树干直立，呈圆柱形且不分枝，高7～15m，有大型掌状或羽状叶片，常聚生于树干的顶端，叶鞘为棕黑色网状纤维体，由纵向束的坚韧纤维（棕榈纤维）呈环形交叉网状排列而成。棕榈纤维是历史悠久并得到广泛使用的产业用纤维之一，在家用场合有棕绑床、棕榈纤维床垫、蓑衣等，棕榈纤维的耐腐蚀性和高强高模特性还被广泛应用于工程领域，如用于岸坝植被加固、绳索、防雨棚顶等。棕榈纤维来源广，产量大，价格低廉，可再生，可循环利用，可生物降解，是一种独特的天然资源，近年来已经有许多学者予以关注并开展研究。

棕榈原纤维的纵向呈细长形状，无卷曲。叶鞘中部原纤维较厚，而原纤维末端逐渐变细和密封，横截面为圆形或椭圆形，有一个不规则的圆形腔，而细胞壁的厚度不均匀，单纤维的平均长度为64080μm，直径在733～1035μm之间。棕榈纤维由大量排列紧密的棕榈单纤维组成，横截面呈蜂窝状，每根单纤维横截面大小不一，呈类椭圆形，有较大的中腔，中空度高达4721%，棕榈纤维中含有大量以木质素和半纤维素为主的胶质，纤维素含量仅为2816%，通过脱胶可去除棕榈单纤维之间大量胶质，得到棕榈单纤维。在高倍放大倍率下，棕榈纤维在表面上除了有机残留物外表现出光亮区域；在纤维表面有突起、颗粒阵列特征，有孔状结构。

纤维的形态结构对纤维的性能如可纺性、质感等都有很大的影响。分析纤维的形态结构，可以为棕榈纤维在纺织加工中的应用提供参考。

1棕榈叶鞘的织态结构

剥取后未作任何处理的棕片和清洗干净后的叶鞘部分纤维织态。棕片是由数百根棕榈纤维自然交织形成的多层网状织态结构。从棕片整个形态来看，可以大体分为梢部、中部和根部三部分。棕片的根部，其纤维被一层膜状结构完全覆盖;棕片的中部，其纤维肉眼可见，但也可见零星破损的膜状结构;棕片的梢部，其纤维相对凌乱，纤维也相对较细。从根部到顶部，纤维的排列逐渐由紧密到疏松。但无论是哪部分纤维，都呈现出天然的织态结构，使棕片呈结构稳定的片状，并可直接用于制作蓑衣、棚顶等材料。

从棕片叶鞘部分纤维的取向看，主要有两类纤维，即左斜纤维和右斜纤维，相互呈35°左右角；从分层情况看，有内层、外层和固结纤维之分，每层纤维的斜向是一致的，固结纤维起到上下层交织的作用，但并不是一上一下的规律交织，固结纤维和内层、外层纤维相比在数量上较少；从纤维的粗细程度看，内层和外层纤维粗细基本相同，但固结纤维相对较细。棕片的纤维织态结构非常稳定，在拆解纤维时，用手横向轻扯叶鞘纤维片，感受到明显的回弹力，停止拉扯后叶鞘纤维片形状可以完全恢复。从织态结构看，棕片是一种天然的双轴向织物结构。

2棕榈纤维的形态结构

将棕榈纤维从棕片中小心拆解，尽量不损伤纤维，可以获得单根棕榈纤维，单根棕榈纤维不是一种直线纤维，而是一种树形纤维，纤维有很多的分叉结构。纤维的分叉有一级分叉、二级分叉乃至更多级分叉的可能。一级分叉指从主干纤维分叉出的纤维，而二级分叉是指从分叉纤维中进一步分叉出来的纤维，三级分叉指二级分叉继续分叉出来的纤维。从纤维的分叉结构看，分叉纤维有粗细之分，但也有粗细基本相同的分叉。

棕榈纤维的两种分叉在不同放大倍数下的表面形态特征。无论是一级分叉还是二级分叉，分叉处的纤维均有主次之分，主纤维呈笔直生长，纤度较粗，而分叉纤维呈弯曲状，纤度较细。分叉纤维的表面形貌和主纤维基本一致，即呈圆形，表面有鳞片状突起覆盖。毫无疑问，无论是一级分叉纤维还是二级分叉纤维，都是从主纤维发育生长形成，在结构上和主干纤维无异。但由于分叉纤维从主干纤维发育时，呈弯曲状从主干纤维分离，使生长方向离开了棕片平面，是形成固结纤维的主体。

3棕榈纤维的表面形貌

取棕榈纤维的根部、中部、梢部纤维进行SEM观察可知，根部、中部和梢部表面形态还是不同的。纤维整体呈圆柱状，表面凹凸明显、粗糙。根部和中部被大量鳞片状物质覆盖，鳞片状的排列方式和形状都不同于鱼鳞或者羊毛鳞片。鳞片大小不一，形状主要分为3类：鳞片边缘扁平，呈圆圈状；鳞片边缘微翘；鳞片边缘严重上翘。鳞片之间排列緊密，或有重叠。根部表面绝大多数鳞片四周边缘扁平，在纤维表面形成圆圈状，少数鳞片边缘微翘，部分鳞片之间出现裂缝。中部表面翘起的鳞片又变得比较扁平，绝大多数鳞片边缘严重上翘，在纤维表面凸起。梢部纤维表面相对光滑，未发现和根部、中部类似的鳞片，而是被一层膜状物质覆盖，不过出现了大量的小孔。

表面鳞片状突起的形貌可能和棕榈纤维不同的发育生长过程有关。从纤维生长发育的过程看，梢部纤维是最早形成的，原先表面的鳞片状突起可能已经剥落，根部纤维是较迟发育形成的，其鳞片状物质覆盖在纤维表面，而中部表面的鳞片状突起从细胞发育过程来看处于两者之间。梢部纤维呈现的圆孔结构可能是表面鳞片细胞脱落形成。棕榈纤维的表面鳞片状突起，可以增加纤维之间的摩擦，有利于提高可纺性。

4棕榈纤维的直径分布

棕榈纤维每根纤维之间的直径粗细不均匀，将单根纤维的不同部位分为根部、中部、梢部，并将3个部位的纤维分开收集起来，利用光学显微镜测量具体直径，最细纤维直径为4929μm，最粗纤维直径为58629μm。根部直径范围在300～600μm，但主要集中在390～510μm，纤维平均直径为46017μm；中部直径范围在90～420μm，但主要集中在210～300μm，纤维平均直径为26192μm；梢部直径范围在40～150μm，但主要集中在80～110μm，纤维平均直径为9558μm；根据数据统计结果，单根纤维的不同部位之间的直径存在差异，根部最粗，中部次之，梢部最细，总的来说，纤维直径在其生长方向上逐渐变小。

棕榈纤维粗细无论从总体上下限和范围跨度，都显著大于其他天然纤维（如黄麻，剑麻，亚麻等），是一种粗径纤维，不能用于纺纱和纺织面料的加工，但能用于产业用纺织品及其他材料行业

5结论

(1）棕榈叶鞘纤维的织态结构独特，主要由左斜和右斜两类纤维组成，并由固结纤维上下不规则交织而成，是一种天然的双轴向织物。

(2）单根棕榈纤维是一种树形纤维，有一级分叉、二级分叉甚至多级分叉结构。主干纤维形成了棕片的主体，即左斜和右斜纤维，而分叉纤维承担了固结纤维的功能。

(3）棕榈纤维整体呈圆柱状，纤维的根部和中部表面分布着大量鳞片状的赘生物，表面凹凸明显、粗糙，有利于纺织加工。分叉纤维从主体纤维发育分离形成，形貌结构和主体纤维一致。

(4）棕榈纤维是一种粗径纤维，根部、中部和梢部的直径分布范围差异很大，根部最粗，梢部最细，纤维直径在其生长方向上逐渐变小。

编辑：纺织大学堂