Волокно - Fiber

«Волокно» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Волокно (значения).

Связка оптические волокна

Волокно или волокно (от латинского: волокно^[1]) это естественный или рукотворный вещество, которое значительно длиннее, чем ширина.^[2] Волокна часто используются при производстве других материалов. В состав самых прочных инженерных материалов часто входят волокна, например углеродное волокно и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы.

Синтетические волокна часто можно производить очень дешево и в больших количествах по сравнению с натуральными волокнами, но для одежды натуральные волокна могут дать некоторые преимущества, такие как комфорт, по сравнению с их синтетическими аналогами.

Натуральные волокна

Основная статья: Натуральное волокно

Натуральные волокна развиваются или имеют форму волокна, включая волокна, производимые растениями, животными и геологическими процессами.^[2] Их можно классифицировать по происхождению:

• Растительные волокна обычно основаны на договоренностях целлюлоза, часто с лигнин: примеры включают хлопок, конопля, джут, лен, абака, пинья, рами, сизаль, жмых, и банан. Растительные волокна используются при производстве бумага и текстиль (ткань) и пищевые волокна является важным компонентом питания человека.
• Древесное волокно, в отличие от растительной клетчатки, происходит из древесных источников. Формы включают земляная древесина, кружевная кора, термомеханическая целлюлоза (ТМП), беленая или небеленая крафт или сульфитные целлюлозы. Крафт и сульфит относятся к типу процесса варки целлюлозы, используемого для удаления лигнина, связывающего исходную структуру древесины, таким образом освобождая волокна для использования в бумаге и инженерная древесина такие продукты как ДВП.
• Волокна животного происхождения состоят в основном из определенных белков. Экземпляры тутовый шелкопряд шелк, паучий шелк, сухожилие, кетгут, шерсть, морской шелк и волосы, такие как кашемировая шерсть, мохер и ангора, мех, такой как овчина, кролик, норка, лиса, бобр и т. д.
• Минеральные волокна включить асбест группа. Асбест - единственный природный долго минеральная волокно. Шесть минералов были классифицированы как «асбест», включая хризотил из змеевик класса и принадлежащих к амфибол класс: амозит, крокидолит, тремолит, антофиллит и актинолит. Короткие, похожие на волокна минералы включают: волластонит и палыгорскит.
• Биологические волокна, также известные как волокнистые белки или белковые нити состоят в основном из биологически значимых и очень важных с биологической точки зрения белков, мутации или другие генетические дефекты могут привести к тяжелые болезни. Экземпляры коллаген^[3] семейство белков, сухожилие, мышечные белки любить актин, клеточные белки, такие как микротрубочки и многие другие, паучий шелк, сухожилие и волосы и т.п.

Искусственные волокна

Искусственные или химические волокна - это волокна, химический состав, структура и свойства которых значительно изменяются в процессе производства.^[4] Искусственные волокна состоят из регенерированных волокон и синтетических волокон.

Смотрите также: модификация волокна

Полусинтетические волокна

Полусинтетические волокна производятся из сырья с естественной длинноцепочечной полимерной структурой и только модифицируются и частично разлагаются химическими процессами, в отличие от полностью синтетических волокон, таких как нейлон (полиамид) или дакрон (полиэфир), который химик синтезирует из низкомолекулярных соединений путем реакций полимеризации (построения цепи). Самым ранним полусинтетическим волокном является регенерированное целлюлозное волокно, район.^[5] Большинство полусинтетических волокон представляют собой регенерированные волокна целлюлозы.

Регенерированные волокна целлюлозы

Целлюлозные волокна представляют собой подмножество искусственных волокон, восстановленных из натуральных целлюлоза. Целлюлоза поступает из различных источников: вискоза из древесного волокна дерева, бамбуковое волокно из бамбука, Seacell от водоросли и т. д. При производстве этих волокон целлюлоза восстанавливается до довольно чистой формы в виде вязкой массы и превращается в волокна путем экструзии через фильеры. Таким образом, производственный процесс оставляет несколько отличительных от природного исходного материала характеристик готовой продукции.

Вот некоторые примеры этого типа волокна:

• район
• бамбуковое волокно
• Лиоцелл, бренд вискозы
• Модальный
• диацетатное волокно
• триацетатное волокно.

Исторически диацетат и -триацетат целлюлозы классифицировались под термином «вискоза», но теперь считаются отдельными материалами.

Синтетические волокна

Основная статья: Синтетическое волокно

Синтетический полностью из синтетических материалов, таких как нефтехимия, в отличие от тех искусственных волокон, полученных из таких природных веществ, как целлюлоза или белок.^[6]

Классификация волокон в армированных пластиках делится на два класса: (i) короткие волокна, также известные как прерывистые волокна, с общим соотношением сторон (определяемым как отношение длины волокна к диаметру) от 20 до 60, и (ii) длинные волокна, также известные как непрерывные волокна, общее соотношение сторон составляет от 200 до 500.^[7]

Металлические волокна

Основная статья: Металлическое волокно

Металлические волокна могут быть вытянуты из пластичных металлов, таких как медь, золото или серебро, и экструдированы или нанесены из более хрупких металлов, таких как никель, алюминий или железо. Волокна из нержавеющей стали.

Углеродное волокно

Углеродные волокна часто основаны на окисленных и переходных пиролиз карбонизированные полимеры, такие как СКОВОРОДА, но конечный продукт - почти чистый углерод.

Волокно из карбида кремния

Карбид кремния волокна, где основные полимеры не углеводороды но полимеры, в которых около 50% атомов углерода заменены атомами кремния, так называемые поли-карбо-силаны. Пиролиз дает аморфный карбид кремния, включающий в основном другие элементы, такие как кислород, титан или алюминий, но с механическими свойствами, очень похожими на свойства углеродных волокон.

Стекловолокно

Смотрите также: Стекло § Стекловолокно

Стекловолокно, изготовленные из особого стекла, и оптоволокно, изготовлен из очищенного натурального кварц, также являются искусственными волокнами, получаемыми из натурального сырья, кремнеземное волокно, сделано из силикат натрия (жидкое стекло) и базальтовое волокно из плавленого базальта.

Минеральные волокна

Минеральные волокна могут быть особенно прочными, потому что они сформированы с небольшим количеством поверхностных дефектов, асбест является обычным.^[8]

Полимерные волокна

• Полимерные волокна представляют собой разновидность искусственных волокон на основе синтетических химикатов (часто из нефтехимический источников), а не возникновение из природных материалов в результате чисто физического процесса. Эти волокна состоят из:
  • полиамид нейлон
  • ПЭТ или ПБТ полиэстер
  • фенолформальдегид (ФФ)
  • поливинилхлоридное волокно (ПВХ) виньон
  • полиолефины (ПП и ПЭ) олефиновое волокно
  • акрил полиэфиры чистые полиэстер Волокна PAN используются для изготовления углеродное волокно запекая их в среде с низким содержанием кислорода. Традиционное акриловое волокно чаще используется как синтетическая замена шерсти. Углеродные волокна и волокна PF отмечены как два волокна на основе смолы, которые не являются термопластичными, большинство других можно расплавить.
  • ароматические полиамиды (арамиды), такие как Twaron, Кевлар и Номекс термически разлагаются при высоких температурах и не плавятся. Эти волокна имеют прочную связь между полимерными цепями.
  • полиэтилен (PE), в конечном итоге с очень длинными цепями / HMPE (например, Dyneema или Spectra).
  • Эластомеры можно даже использовать, например спандекс хотя уретановые волокна начинают заменять спандекс.
  • полиуретан волокно
  • Эластолефин
• Соэкструдированные волокна состоят из двух различных полимеров, образующих волокно, обычно в виде сердцевины и оболочки или бок о бок. Существуют волокна с покрытием, например, с никелевым покрытием для устранения статического электричества, с серебряным покрытием для обеспечения антибактериальных свойств и с алюминиевым покрытием для обеспечения радиочастотного отклонения для радар. Радиолокационная мякина на самом деле представляет собой катушку сплошного стекловолокна, покрытого алюминием. Установленный на самолете высокоскоростной резак измельчает его, когда он извергается из движущегося самолета, чтобы сбить с толку сигналы радаров.

Микроволокна

Микроволокна в текстиль относятся к волокну субденье (например, полиэстер нарисовано до 0,5 денье). Денье и Dtex представляют собой два измерения выхода волокна в зависимости от веса и длины. Если плотность волокна известна, у вас также есть диаметр волокна, в противном случае проще измерить диаметр в микрометрах. Микроволокна в технических волокнах относятся к ультратонким волокнам (стеклянным или выдувным из расплава). термопласты ) часто используется при фильтрации. Новые конструкции волокна включают экструзионное волокно, которое разделяется на несколько более тонких волокон. Большинство синтетических волокон имеют круглое поперечное сечение, но особые конструкции могут быть полыми, овальными, звездообразными или трехлепестковыми. Последняя конструкция обеспечивает более высокие оптические отражающие свойства. Синтетические текстильные волокна часто гофрированы для придания объема тканой, нетканой или трикотажной структуре. Поверхности из волокна также могут быть матовыми или яркими. Тусклые поверхности отражают больше света, а светлые - пропускают свет и делают волокно более прозрачным.

Очень короткие и / или неправильные волокна называются фибриллами. Натуральный целлюлоза, такие как хлопок или отбеленный крафт, показывают более мелкие фибриллы, выступающие в сторону от основной структуры волокна.^[9]

Типичные свойства выбранных волокон

Волокна можно разделить на натуральные и искусственные (синтетические) вещества, их свойства могут влиять на их работу во многих областях применения. В настоящее время материалы из искусственного волокна заменяют другие традиционные материалы, такие как стекло и дерево, в ряде областей применения.^[10] Это связано с тем, что искусственные волокна можно создавать химически, физически и механически в соответствии с конкретными техническими требованиями.^[11] Выбирая тип волокна, производитель должен уравновесить их свойства с техническими требованиями приложений. Для изготовления доступны различные волокна. Вот типичные свойства образцов натуральных волокон по сравнению со свойствами искусственных волокон.

Таблица 1. Типичные свойства избранных натуральных волокон^[12][13]

Тип волокна	Диаметр волокна (в)	Удельный вес	Предел прочности (Кси)	Модуль упругости (Кси)	Относительное удлинение при разрыве (%)	Впитывание воды (%)
Древесное волокно (Крафт-целлюлоза)	0.001-0.003	1.5	51-290	1500-5800	Нет данных	50-75
Мусамба	Нет данных	Нет данных	12	130	9.7	Нет данных
Кокос	0.004-0.016	1.12-1.15	17.4-29	2750-3770	10-25	130-180
Сизаль	0.008-0.016[14]	1.45[14]	40-82.4	1880-3770	3-5	60-70
Сахарный тростник Багасса	0.008-0.016	1.2-1.3	26.7-42	2175-2750	1.1[15]	70-75
Бамбук	0.002-0.016	1.5	50.8-72.5	4780-5800	Нет данных	40-45
Джут	0.004-0.008	1.02-1.04	36.3-50.8	3770-4640	1.5-1.9	28.64[16]
Слоновая трава	0.003-0.016[17]	0.818[17]	25.8	710	3.6	N / Ab
a Адаптировано из ACI 544. IR-96 P58, ссылка [12] P240 и [13] b N / A означает, что недвижимость недоступна или неприменима.

Таблица 2. Свойства избранных искусственных волокон.

Тип волокна	Диаметр волокна (0,001 дюйма)	Удельный вес	Прочность на растяжение (Ksi)	Модуль упругости (Кси)	Относительное удлинение при разрыве (%)	Впитывание воды (%)	Температура плавления (℃)	Максимальная рабочая Температура (℃)
Сталь	4-40	7.8	70-380	30,000	0.5-3.5	ноль	1370[18]	760[18]
Стекло	0.3-0.8	2.5	220-580	10,400-11,600	2-4	Нет данных	1300	1000
Углерод	0.3-0.35	0.90	260-380	33,400-55,100	0.5-1.5	ноль	3652-3697[19]	Нет данных
Нейлон	0.9	1.14	140	750	20-30	2.8-5.0	220-265	199
Акрил	0.2-0.7	1.14-1.18	39-145	2,500-2,800	20-40	1.0-2.5	Разложить	180
Арамид	0.4-0.5	1.38-1.45	300-450	9,000-17,000	2-12	1.2-4.3	Разложить	450
Полиэстер	0.4-3.0	1.38	40-170	2,500	8-30	0.4	260	170
Полипропилен	0.8-8.0	0.9	65-100	500-750	10-20	ноль	165	100
Полиэтилен Низкий Высоко	1.0-40.0	0.92 0.95	11-17 50-71	725	25-50 20-30	ноль ноль	110 135	55 65
a Адаптировано из ACI 544. IR-96 P40, ссылка [12] P240, [11] P209 и [13] b N / A означает, что недвижимость недоступна или неприменима.

В приведенных выше таблицах показаны только типичные свойства волокон, на самом деле есть другие свойства, которые можно обозначить следующим образом (от a до z):^[13]

Сопротивление дуги, Биоразлагаемый, Коэффициент линейного Тепловое расширение, Температура непрерывной эксплуатации, Плотность пластмасс, Пластичный / Хрупкий Температура перехода, удлинение при разрыве, удлинение при текучести, огнестойкость, гибкость, устойчивость к гамма-излучению, блеск, Температура стеклования, Твердость, Температура отклонения тепла, Усадка, Жесткость, Предел прочности на растяжение, Теплоизоляция, Стойкость, Прозрачность, Устойчивость к ультрафиолетовому излучению, Объем Удельное сопротивление, Впитывание воды, Модуль для младших

Смотрите также

• Композит с керамической матрицей
• Пищевые волокна
• Волокна урожая
• Моделирование волокна
• Волокна в дифференциальной геометрии
• Формованное волокно
• Нервное волокно
• Оптоволокно

использованная литература

1. Харпер, Дуглас. «волокно». Интернет-словарь этимологии.
2. Кадольф, Сара (2002). Текстиль. Prentice Hall. ISBN  978-0-13-025443-6.
3. Саад, Мохамед (октябрь 1994 г.). Исследования структуры и упаковки кристаллических доменов коллагена в сухожилиях с низким разрешением с использованием рентгеновских лучей синхротронного излучения, определение структурных факторов, оценка методов изоморфного замещения и другое моделирование. Докторская диссертация, Университет Жозефа Фурье, Гренобль I. С. 1–221. Дои:10.13140/2.1.4776.7844.
4. «искусственное волокно». Британская энциклопедия. Encyclopdia Britannica, Inc. 2013.
5. Кауфман, Джордж Б. (1993). «Вискоза: первый продукт из полусинтетических волокон». Журнал химического образования. 70 (11): 887. Bibcode:1993JChEd..70..887K. Дои:10.1021 / ed070p887.
6. «синтетическое волокно». Британская энциклопедия. Энциклопедия Britannica, Inc., 2013.
7. Сероп Калпакджян, Стивен Р. Шмид. «Технологии производства и технологии». Международное издание. 4-е изд. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN  0-13-017440-8.
8. Джеймс Эдвард Гордон; Филип Болл (2006). Новая наука о прочных материалах, или почему ты не проваливаешься сквозь пол. Princeton University Press. ISBN  978-0-691-12548-0. Получено 28 октября 2011.
9. Ганс-Дж. Козловский. «Словарь искусственных волокон». Второе издание. Deutscher Fachverlag. 2009 г. ISBN  3-86641-163-4
10. Шеной, Арун (1999). Реология наполненных полимерных систем. Kluwer Academic Publishers. ISBN  978-0-412-83100-3.
11. Холлавей, К. (1990). Полимеры и полимерные композиты в строительстве. Великобритания: Bulter and Tanner Ltd., стр. 209. ISBN  978-0-7277-1521-0.
12. Проектирование и контроль бетонных смесей ». Шестнадцатое издание. Соединенные Штаты Америки: Портлендская цементная ассоциация. 2018. С. 237–247. ISBN  978-0-89312-277-5.
13. «Свойства полимера - Omexus от Special Chem».
14. «Сизалевое волокно - Мир сизаля».
15. Багасса. ISBN  9781782421221.
16. Нараянан, Венкатешваран (2012). «Механические и водопоглощающие свойства тканых гибридных композитов джут / банан». Волокна и полимеры. 13 (7, 907–914).
17. К. Мурали Мохан, Рао (2007). «Свойства при растяжении полимерных композитов, армированных волокнами слоновой травы». Журнал материаловедения. 42 (9, 3266–3272).
18. «Металлические материалы - ТЕАДИТ» (PDF).
19. «Углеродное волокно - элементы американцев».