棕榈树是最早栽植于我国的古老树种,由于具有耐盐碱、易种植、防风固沙以及能吸附有害气体等优势,近年来在云南、贵州两省大面积种植,继而产生了大量的生物质纤维资源。然而,由于对棕榈纤维结构、性能研究的缺失,使材料只能被加工成绳子、刷子、席子等低附加值的产品,以至于大量棕榈原料在修剪后被当成垃圾随意丢弃,造成环境的污染和资源的浪费。棕榈多尺度纤维材料的制备、结构与性能研究可提升棕榈产品的附加值,对资源的充分利用具有极其重要的意义。本论文以棕榈材料为研究对象,宏观尺度制备不同物质组成的棕榈纤维,并依靠化学联合生物酶处理提取可纺工艺纤维,成功纺制棕榈/棉混纺纱,实现了棕榈原料在纺织领域的应用;细观尺度基于响应面采用碱氧法提取单根纤维,并用乙酰化改性制备疏水纤维绒,制备了兼顾疏水性和吸声性的棕榈纤维绒/聚乙烯醇(PVA)功能材料,形成了棕榈单纤应用的新方法;微观尺度采用酸或碱分级水解,研究纤维的原纤化结构,得到多级原纤结构的纳米纤维素,为棕榈原料的综合开发利用提供了新的思路,也为纺织领域提供了新的天然纤维来源。论文的主要研究方法和结论如下:(1)棕片中直接抽取的棕榈纤维主要由木质素、半纤维素和纤维素组成,呈圆柱状,纵向表面包覆着鳞片状薄壁细胞,大量的多角状硅石线性阵列在纤维表面,横截面为蜂窝状,中空度约47±10%。采用亚氯酸钠多次漂白处理,定向去除纤维中含有的木质素;采用不同浓度的氢氧化钠溶液逐级抽提,定向去除纤维中的半纤维素;探讨不同的物质组成对纤维结构形态和力学性能的影响。结果表明,未处理棕榈纤维材料的断裂伸长最高达到35.78±4.39%。碱处理去除半纤维素后,纤维细胞壁发生溶胀,中腔变小,纤维直径减小,拉伸力学性能显著增加,断裂强度和杨氏模量分别为392.13±101.36 MPa和7799.70 MPa。在土埋降解30天后,断裂强度下降达到50%。漂白处理去除木质素后纤维中腔明显,中空度升高为50±9%,储能模量最低,为4700 MPa,纤维柔软。(2)宏观尺度上采用化学联合生物酶处理的方式制备棕榈工艺纤维,其线密度为4.52±0.82 tex,初始模量为21.73±1.98 cN/dtex。将棕榈工艺纤维与棉按30:70混合,成功纺制了 24公支棕榈/棉纱线,实现了棕榈纤维在纺纱领域的应用,得到的纱线品质优良,具有可织性。细观尺度上采用响应面的方式优化碱氧法制备棕榈纤维绒的工艺条件,模型预测值与实验值之间的相关性高达92.3%。采用在棕榈单纤两端滴加树酯微球的方式实现了长度小于1 mm棕榈单根纤维的拉伸力学性能研究。其拉伸断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率分别为263±127 MPa、0.62±0.40 GPa和25±10%。(3)分别利用乙酰氯和乙酸酐对棕榈单根纤维进行乙酰化改性,用疏水性的乙酰基替代纤维表面亲水性的羟基,改善冻干纤维绒遇水团聚的现象,制备单根分散的疏水纤维绒,静态接触角达150°以上,吸湿性能显著降低。细胞壁表面的氢键被破坏,形成大量介孔。细观尺度的中腔能保有大量的静止空气,使材料具有良好的保暖性能;纳米尺度的介孔网络优化了材料的孔隙结构,增加了声波穿过材料时的路径长度,提高了材料的吸声性能。利用疏水纤维绒与不同浓度的聚乙烯醇(PVA)混合制备乙酰化纤维绒/PVA非织造材料,探讨面密度对吸声性能的影响。当PVA浓度为0.5%,面密度为0.140 g/cm2时,乙酸酐改性纤维绒/PVA非织造材料的平均吸声系数最高达到0.66。Miki数值模型在1000 Hz以上的预测结果与实测结果的误差小于8%,可用于棕榈材料吸声性能的模拟并指导产品开发。(4)分别采用硫酸水解以及碱水解联合超声处理的方式研究棕榈纤维的多级原纤结构。通过控制酸水解的工艺条件,纵向逐级裂解细胞壁,得到巨原纤(3.32±1.35 pm)、原纤(622±165 nm)、微原纤(36±13 nm)和基原纤(9±1 nm)。碱水解使棕榈细胞壁螺旋状裂解成为主要的水解方式,其最终产物为棕榈基原纤(7±1 nm)和微原纤(33±19nm)。微原纤的粘附力最高,易于自组装成膜。(5)综合各级纤维的微观形貌以及形态学参数,建立纤维的微晶结构模型和多级微结构模型。酸和碱水解制备的棕榈纳米纤维素分别由45和40根纤维素分子链组成横截面为7.51 × 3.95 nm和8.25×4.05 nm的矩形。螺旋线型基原纤呈46°紧密堆积成截面为圆形的微原纤,多根微原纤由半纤维素连接组成纺锤体原纤。多根原纤集合体组成巨原纤,7根巨原纤主要由木质素连接形成完整的纤维细胞壁。酸水解主要去除木质素,使细胞壁纵向裂解;碱水解主要去除半纤维素,造成细胞壁的螺旋水解。