全 文 ：山棕纤维的回弹性能研究
李晓龙 张同华 ( 西南大学纺织服装学院，重庆，400715)
摘 要:采用弯曲、定负荷拉伸和定伸长反复拉伸方法，对山棕纤维进行回弹性测试，分析研究其弯曲和拉伸
回弹性。结果表明:增加作用时间和负荷都将降低山棕纤维的回弹性，回复时间的延长有助于回弹率
提高;山棕纤维的弯曲回弹率在回复时间的前 5 min 增加较快，之后趋于缓慢，弯曲缓弹性形变完全
回复需要较长时间，弯曲时间对于弯曲回弹率的影响大于负荷的影响;定负荷回弹率随负荷增加基本
呈现线性下降，而随拉伸时间延长下降的趋势由缓变急;随着循环拉伸进行，定伸长回弹率下降速度
由大变小，最终拉伸次数不再明显影响回弹率。
关键词:山棕纤维，弯曲回弹性，拉伸回弹性
中图分类号:TS102． 2 文献标志码:A 文章编号:1004 － 7093(2012)10 － 0040 － 05
山棕是广泛分布于我国江南各省的棕榈科乔
木，山棕纤维即叶鞘纤维，在自然生长过程中交织
成网，形成片状层层包于树茎杆上，广义上山棕纤
维也被称作棕榈纤维。
作为早期的纺织制品，棕榈纤维多用于日常生
活中的蓑衣、绳索、地毯、垫材(如床垫、座垫)等，
以及用于渔业的缆绳、渔网，沿海渔民养殖海带时
用来固定海带种子的绳等［1］。目前，棕榈纤维已
逐渐被开发应用于土木、水利工程［2］、建筑工
程［3-4］、环境工程［5-6］和弹性材料［7］等。在实际应
用中，棕榈纤维表现了良好的回弹性能，但是目前
对其回弹性能的系统研究却鲜见于文献。
回弹性表征的是纤维的变形恢复能力，常用指
标是回弹率。目前对纤维回弹性的研究，最直观且
最常用的两种方法是定负荷拉伸和定伸长拉伸，每
种方法又有单次和多次拉伸之分，这两种方法都只
是从不同的角度来确定纤维的拉伸回弹性。
相对于拉伸回弹性，山棕纤维的弯曲回弹性更
为重要，因为山棕纤维被大量用于制造铺垫织物，
收稿日期:2011 － 12 － 22
作者简介:李晓龙，男，1986 年生，在读硕士研究生。主要从
事天然纤维开发应用研究。
通信作者:张同华，E-mail:zhtonghua@ yahoo． com． cn
在这些产品中，纤维经常处于长时间的反复负重弯
曲状态，纤维的弯曲回弹性直接影响产品品质。但
是对于纤维弯曲回弹性的研究，国内外尚无统一的
标准测试方法，仅吴惠英［8］、孙绪江［9］、任永花［10］
等人在对合成纤维(PTT、PET、PBT、PEGT等)进行
研究时有一定涉及。
为进一步了解山棕纤维在各种受力情况下的
回弹性能特点，为其后期的纺织品产业应用提供一
定的理论依据，本文主要通过三种测试方法，从不
同侧面对山棕纤维的回弹性能进行表征，并分析不
同条件对其回弹性能的影响。
1 试样和测试方法
1． 1 试样的获取
从在自然环境下生长的山棕树茎干上剥取成
片棕板，用清水冲洗，轻轻揉搓以除去灰尘及杂质。
再从洗净的棕板上抽取出单根的山棕纤维，自然干
燥，备用。
1． 2 测试方法
1． 2． 1 弯曲回弹性测试
参照东华大学研制的 180°弯曲回弹性测量仪
器［11］的实验原理，利用经过改良后的织物折痕恢
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研究报告 产业用纺织品 总第 265 期
复性测定仪对纤维进行定时间弯曲，并测得纤维在
撤去负荷后一段时间内的回复角，用回复角除以
180°，求得弯曲回弹率，样品测试根数 18 根。
1． 2． 2 定负荷拉伸回弹性测试
首先在纤维上选定一段长度为 50 mm 的标记
长度，然后将纤维一端固定于夹持器，另一端悬挂
定重砝码，自然垂吊一定时间后测量标记长度，除
去砝码后待纤维回复 5 min 再测量标记长度，样品
测试根数 10 根。回弹性按式(1)进行计算:
定负荷拉伸回弹率 =
L1 － L2
L1 － L0
× 100% (1)
式中:L0———试样原始长度;
L1———试样定负荷拉伸一定时间后的长度;
L2———试样复位后的长度。
1． 2． 3 定伸长反复拉伸回弹性测试
采用 YG012 型电子复丝强力仪进行测试。预
加张力 0． 2 cN，有效夹持距离 100 mm，反复拉伸次
数为 10 次，夹持器下降速度 10 mm /min，样品测试
根数 10 根。定伸长值分别设定为有效夹持距离的
5%、10%、15%、20%，试验时先将试样拉伸至设定
的定伸长值，然后回升，停顿 10 s 后开始第二次拉
伸，重复拉伸过程直至循环 10 次，并按式(2)计算
定伸长拉伸回弹率。
定伸长拉伸回弹率 =
L1 － L2
L × 100% (2)
式中:L———定伸长度;
L1———拉伸至定伸长值后试样的长度;
L2———试样复位后的长度。
2 结果与讨论
2． 1 弯曲回弹性能
山棕纤维在相同负荷(10 g)、不同弯曲时间
(1、2、3 h)下的弯曲回弹率曲线如图 1 所示，瞬时
(0 s)回弹率分别为 38． 10%、33． 12%和 28． 79%，
在回复 1 h后其回弹率分别达到 65． 73%、58． 40%
和 54． 90%。图 2 为山棕纤维在相同弯曲时间
(1 h)、不同负荷(10、30、50 g)下的弯曲回弹率曲
线。瞬时回弹率分别为 38． 10%、37． 66% 和
31． 82%，在回复 1 h 后其回弹率分别达到
65． 73%、64． 81%和 57． 38%。
图 1 不同弯曲时间的弯曲回弹率曲线
图 2 不同负荷的弯曲回弹率曲线
综合图 1 和图 2 可以看出，山棕纤维在不同负
荷、不同弯曲时间的条件下，具有相似的弯曲回弹
率变化规律。具体表现为:随着回复时间的延长，
不同条件下的弯曲回弹率都随之增加，并且在前
5 min内回弹率增加迅速，5 min之后增加的趋势趋
于平缓。回复时间 5 min作为一个回复分界点，在
此之前的回复来源主要是山棕纤维的急弹性变形
回复，之后则是缓弹性变形回复为主。通过回弹率
曲线分析和试验发现，回复时间达到 1 h 后，弯曲
回弹率在很长一段时间仍保持一定速度的增长，这
说明山棕纤维的弯曲缓弹性变形部分需要很长的
时间才可能完全消失。
以负荷 10 g、弯曲时间 1 h 作为参考条件，对
通过改变负荷或弯曲时间而引起的弯曲回弹率变
化进行比较。可以看出，弯曲时间的延长导致回弹
率显著下降，分别下降了 13． 07%和 24． 43%;而负
荷的增加引起的回弹率下降则较小，分别只下降了
1． 15%和 16． 48%。由此可知，弯曲时间对于弯曲
回弹率的影响较之负荷的影响要大。
综合来看，山棕纤维是一种弯曲回弹性较好的
天然纤维。这可能是因为山棕纤维结晶度较低、极
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2012 年第 10 期 产业用纺织品 研究报告
性基团较多［12］，使得纤维大分子间具有适当的结
合点或交联点;同时又由于山棕纤维富含脂蜡质，
大分子链的柔曲性较好，从而结合点间的大分子链
具有较大的局部流动性，所以其回弹性较好。此外
山棕纤维的亚甲基数量较多，减小了大分子链的刚
性，纤维分子抵抗形变的能力降低，同样有利于提
高弯曲回弹性能［13］。
2． 2 定负荷拉伸回弹性
山棕纤维在 5． 5 N定负荷下，拉伸时间分别为
1、1． 5、2、2． 5 和 3 h 的回弹率曲线如图 3 所示，其
回弹率分别能达到 59． 81%、58． 64%、57． 02%、
50． 03%和 44． 46%。图 4 表示的是在相同拉伸时
间 1 h，定负荷分别为 2． 5、3． 5、4． 5、5． 5 和 6． 5 N
的回弹率曲线，其回弹率分别能达到 72． 5%、
69． 58%、65． 00%、59． 81%和 55． 24%。
图 3 不同拉伸时间的拉伸回弹率曲线
图 4 不同定负荷的拉伸回弹率曲线
由图 3 可知，回弹率随着拉伸时间的延长而下
降，趋势由缓变急，在 2 h 这个时间点出现一个明
显的拐点。山棕纤维作为纤维高聚物，其拉伸过程
具有明显的流变学特征中黏弹性行为的表现形式。
在保持应力不变的情况下，随着作用时间的增加，
形变按指数函数规律增大［14］，也就是形变增长表
现为先慢后快。在形变开始的最初阶段，形变的增
长主要来自于急弹变形的贡献，而后主要发生的是
缓弹和塑性变形。由于急弹变形回复较快，而缓弹
变形回复较慢，相对应的回弹率下降也就表现出先
慢后快的趋势。至于 2 h这个拐点如此突出，可能
是因为数据较少导致曲线不够平滑，这个问题通过
选取更多的时间点进行测试应该能得到有效解决。
由图 4 可知，随着定负荷的增加，山棕纤维的
回弹率呈现明显的下降趋势。根据纤维的拉伸机
理，随着外力的加大，纤维伸长的原因由分子键角
键长的变形，发展到非结晶区分子链发生构象变
形、大分子发生错位滑移，最后是结晶区分子产生
破坏。定负荷的增加，实际上就是给予纤维足够的
外力，使其大分子的构象发生变化，导致纤维发生
更多的塑性变形，而这些形变不能回复，所以回弹
率随着负荷增加而下降。
2． 3 定伸长反复拉伸回弹性
相同定伸长，不同次数反复拉伸山棕纤维的回
弹率曲线如图 5 所示，定伸长分别为 5%、10%、
15%、20% 时，一次拉伸回弹率分别为 82． 3%、
66． 15%、52． 59%和 44． 65%，经过反复 10 次拉伸
后仍能达到 68． 52%、50． 71%、38． 71%和 31． 59%。
而且目前的 10 次反复定伸长拉伸测试方法尚没有
足够时间让纤维回复，如给予纤维足够的回复时
间，相信其回弹率能进一步提升。
图 5 不同拉伸次数定伸长回弹率曲线
由图 5 可知，在相同的定伸长值下，拉伸次数
增加，山棕纤维的回弹率都逐渐下降，总体都表现
为先快后慢，最后趋于平缓。通过试验和分析发
现，即使山棕纤维经过 10 次以上的反复定伸长拉
伸，其回弹率虽然会有缓慢下降，但是依然能保持
在一个基本水平，即拉伸次数的增加不再明显影响
其回弹率。这个现象可能是因为随着反复拉伸的
—24—
研究报告 产业用纺织品 总第 265 期
进行，具有较好伸长率的山棕纤维已经适应，达到
了技术平衡状态(即达到这种状态后，变形量的变
化低于某一个不大的规定数值。这一数值不大于
完整变形量的 10% ～ 15%［15］) ;而且虽然拉伸次
数在增加，但是应力却没有太大变化，没有足够的
外力快速引发更多新的大分子发生构象变化、产生
错位滑移，塑性变形只是缓慢叠加，所以回弹率不
会发生太大变化。
图 6 所示为在相同拉伸次数下，山棕纤维不同
定伸长反复拉伸的回弹率曲线。从图中可以看出，
在相同的拉伸次数下，随着定伸长值的逐渐增大，
山棕纤维的回弹率都逐渐下降，同样表现出由快到
慢的趋势。每次拉伸相同次数后，回弹率的下降幅
度几乎相同，因为每一次循环过程中都有回缩和停
顿等待缓弹性变形释放的过程，而且每一次循环过
程时间相同，所以缓弹性回复量也几乎相同。这说
明回复速率不受定伸长值影响，只与回复时间相
关。
图 6 不同定伸长回弹率曲线
3 结语
(1)作用时间和负荷的增加，对于山棕纤维的
三种回弹性能都会产生一定影响，而且这种影响都
是负面的，即降低山棕纤维的回弹性。山棕纤维的
回弹率则随着回复时间的延长而增加。
(2)山棕纤维的弯曲回弹率在回复时间的前
5 min内迅速增加，之后趋于缓慢，回复时间对其弯
曲回弹率影响较大。在回复时间 1 h 后，其弯曲回
弹率都能达到 50%以上，而且弯曲缓弹性变形需
要很长时间才能完全回复。弯曲时间对于弯曲回
弹率的影响要大于负荷的影响。
(3)山棕纤维的定负荷回弹率随负荷增加基
本呈现线性下降，但是最低也有 50%的回弹率;而
随着拉伸时间的延长，回弹率下降趋势由缓变急。
(4)在不同的定伸长值下，经过相同拉伸次数
后的山棕纤维回弹率下降幅度几乎相同，回复速率
不受定伸长值影响。在相同的定伸长值下，拉伸次
数增加，山棕纤维的回弹率逐渐下降，表现出先快
后慢的趋势;随着循环拉伸的继续，拉伸次数不再
明显影响回弹率。
参 考 文 献
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Resilience properties of mountain palm fiber
Li Xiaolong，Zhang Tonghua (College of Textiles ＆ Garments，Southwest University)
Abstract: The resilience properties of mountain palm fiber were tested by the measurement methods including the
bending，the constant load stretching and the specified elongation repeated stretching． The flexural
resilience and tensile resilience of the fiber were also analyzed and studied． Experiment results showed
that increasing time and load would reduce the resilience of mountain palm fiber，and extending the
response time could improve the rebound rate． The flexural rebound rate of mountain palm fiber
increased quickly in the first 5 min，and it increased slowly later． Recovering completely of the flexural
slow elastic deformation needed a long time． The influence of bending time on the flexural rebound rate
was greater than load． The constant load rebound rate showed linear decline with the load increasing，
and the downward trend was from slow to fast with the tensile time extending． Along with the cyclic
stretching，the drop speed of the specified elongation rebound rate turned smaller，finally the influence
of stretching time on resilient rate was not obvious．
Keywords:mountain palm fiber，flexural resilience，
櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊
tensile resilience
《合成纤维工业》2013 年征订启事
《合成纤维工业》是国家科委批准发行的合成纤维领域
的专业性科技期刊，全方位报道国内外科研及生产的科技
成果、实用技术和科技信息。辟有研究与开发、科研快讯、
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《合成纤维工业》是中国期刊方阵双效期刊，中文核心
期刊，中国石化集团公司核心期刊和中国科技论文统计源
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库等。
《合成纤维工业》为大 16 开本，双月刊。国内外公开发
行，国内邮发代号 42-21。订价 10． 00 元，全年 60． 00 元。请
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