Волокно или волокно ( британский английский ; от латинского: fibra [1] ) — натуральное или искусственное вещество, длина которого значительно превышает ширину. [2] Волокна часто используются при производстве других материалов. Самые прочные конструкционные материалы часто включают 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 при производстве одежды натуральные волокна могут дать некоторые преимущества, такие как комфорт, по сравнению с их синтетическими аналогами.
Натуральные волокна образуются или встречаются в форме волокон и включают те, которые производятся растениями, животными и геологическими процессами. [2] Их можно классифицировать по происхождению:
Искусственные или химические волокна – это волокна, химический состав, структура и свойства которых существенно изменяются в процессе производства. В моде волокно — это длинная и тонкая прядь или нить материала, которую можно связать или вплести в ткань. [4] Искусственные волокна состоят из регенерированных волокон и синтетических волокон.
Полусинтетические волокна производятся из сырья с природной длинноцепочечной полимерной структурой и лишь модифицируются и частично разлагаются в результате химических процессов, в отличие от полностью синтетических волокон, таких как нейлон (полиамид) или лавсан (полиэстер), которые химики синтезируют из низкомолекулярные соединения путем реакций полимеризации (образования цепи). Самым ранним полусинтетическим волокном является волокно, регенерированное целлюлозой, вискоза . [5] Большинство полусинтетических волокон представляют собой волокна, регенерированные из целлюлозы.
Целлюлозные волокна представляют собой разновидность искусственных волокон, регенерированных из натуральной целлюлозы . Целлюлоза поступает из различных источников: вискоза из древесного волокна, бамбуковое волокно из бамбука, морские клетки из морских водорослей и т. д. При производстве этих волокон целлюлоза восстанавливается до достаточно чистой формы в виде вязкой массы и формуется в волокна путем экструзии. через фильеры. Таким образом, производственный процесс оставляет в готовой продукции мало характеристик, отличающих натуральный исходный материал.
Некоторые примеры этого типа волокна:
Исторически диацетат и триацетат целлюлозы относились к термину «искусственный шелк», но теперь считаются отдельными материалами.
Синтетические волокна производятся полностью из синтетических материалов, таких как продукты нефтехимии , в отличие от искусственных волокон, полученных из таких натуральных 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 известное как непрерывные волокна, общее соотношение сторон составляет от 200 до 500. [7]
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.
Углеродные волокна часто основаны на окисленных и карбонизированных посредством пиролиза полимерах, таких как ПАН , но конечным продуктом является почти чистый углерод.
Карбидокремниевые волокна, в которых основными полимерами являются не углеводороды , а полимеры, в которых около 50% атомов углерода заменены атомами кремния, так называемые поликарбосиланы . В результате пиролиза получается 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 , изготовленное из специального стекла, и оптическое волокно , изготовленное из очищенного природного кварца , также представляют собой искусственные волокна, получаемые из природного сырья, кварцевое волокно , изготовленное из силиката натрия (жидкого стекла) и базальтовое волокно , изготовленное из расплавленного базальта.
Минеральные волокна могут быть особенно прочными, поскольку они имеют небольшое количество поверхностных дефектов; асбест является обычным явлением. [8]
Микроволокна, изобретенные в Японии в начале 1980-х годов, также известны как волокна микроденье. Акрил, нейлон, полиэстер, лиоцелл и вискоза могут производиться в виде микроволокон. В 1986 году немецкая компания Hoechst AG начала производство микрофибры в Европе. Это волокно появилось в Соединенных Штатах в 1990 году компанией DuPont. [9]
Микроволокна в текстиле относятся к волокну меньшего денье (например, полиэстеру , вытянутому до 0,5 денье). Денье и Дтекс — это два показателя выхода волокна, основанные на весе и длине. Если известна плотность волокна, у вас есть и диаметр волокна, в противном случае проще измерить диаметры в микрометрах. Микроволокна в технических волокнах относятся к ультратонким волокнам (стекло или выдутые из расплава термопласты ), часто используемым при фильтрации. Новые конструкции волокон включают экструдирование волокна, которое разделяется на несколько более тонких волокон. Большинство синтетических волокон имеют круглое поперечное сечение, но специальные конструкции могут быть полыми, овальными, звездообразными или трехдольными . Последняя конструкция обеспечивает более оптически отражающие свойства. Синтетические текстильные волокна часто извиты для придания объема тканой, нетканой или трикотажной структуре. Поверхности волокон также могут быть тусклыми или блестящими. Тусклые поверхности отражают больше света, а яркие – пропускают свет и делают волокно более прозрачным.
Очень короткие и/или нерегулярные волокна называются фибриллами. Натуральная целлюлоза , такая как хлопок или отбеленная крафт-бумага , имеет более мелкие волокна, выступающие из основной структуры волокна. [10]
Волокна можно разделить на натуральные и искусственные (синтетические), их свойства могут влиять на их эффективность во многих сферах применения. Синтетические волокнистые материалы все чаще заменяют другие традиционные материалы, такие как стекло и дерево, в ряде областей применения. [11] Это связано с тем, что искусственные волокна можно создавать химически, физически и механически в соответствии с конкретными техническими требованиями. [12] При выборе типа волокна производитель должен сбалансировать его свойства с техническими требованиями применения. Для производства доступны различные волокна. Вот типичные свойства образцов натуральных волокон по сравнению со свойствами искусственных волокон.
В приведенных выше таблицах показаны только типичные свойства волокон, на самом деле есть еще свойства, которые можно обозначить следующим образом (от a до z): [14]
Дугостойкость, Биоразлагаемость , Коэффициент линейного теплового расширения , Температура непрерывной эксплуатации, Плотность пластмассы , Температура пластичного / хрупкого перехода, Удлинение при разрыве, Удлинение при текучести, Огнестойкость, Гибкость, Стойкость к гамма-излучению, Глянец, Температура стеклования , Твердость , Температура теплового отклонения , Усадка, Жесткость , Предел прочности на разрыв , Теплоизоляция , Прочность , Прозрачность , Устойчивость к ультрафиолетовому излучению, Объемное сопротивление , Водопоглощение, Модуль Юнга
