Волокно или фибра ( британский английский ; от лат. fibra [1] ) — это натуральное или искусственное вещество, длина которого значительно больше ширины. [2] Волокна часто используются при производстве других материалов. Самые прочные конструкционные материалы часто включают волокна, например, углеродное волокно и сверхвысокомолекулярный полиэтилен .
Синтетические волокна часто можно производить гораздо дешевле и в больших количествах по сравнению с натуральными волокнами, но при производстве одежды натуральные волокна имеют некоторые преимущества по сравнению с синтетическими аналогами, например, в плане комфорта.
Натуральные волокна развиваются или встречаются в форме волокон и включают те, которые производятся растениями, животными и геологическими процессами. [2] Их можно классифицировать по их происхождению:
Искусственные или химические волокна — это волокна, химический состав, структура и свойства которых значительно изменяются в процессе производства. В моде волокно — это длинная и тонкая прядь или нить материала, которую можно вязать или ткать в ткань. [4] Искусственные волокна состоят из регенерированных волокон и синтетических волокон.
Полусинтетические волокна производятся из сырья с естественной длинноцепочечной полимерной структурой и только модифицируются и частично разрушаются химическими процессами, в отличие от полностью синтетических волокон, таких как нейлон (полиамид) или дакрон (полиэстер), которые химик синтезирует из низкомолекулярных соединений путем реакций полимеризации (построения цепи). Самым ранним полусинтетическим волокном является целлюлозное регенерированное волокно, вискоза . [5] Большинство полусинтетических волокон являются целлюлозными регенерированными волокнами.
Целлюлозные волокна являются подвидом искусственных волокон, регенерированных из натуральной целлюлозы . Целлюлоза поступает из различных источников: вискоза из древесного волокна, бамбуковое волокно из бамбука, сиселл из морских водорослей и т. д. При производстве этих волокон целлюлоза восстанавливается до довольно чистой формы в виде вязкой массы и формуется в волокна путем экструзии через фильеры. Таким образом, процесс производства оставляет мало характеристик, отличающих натуральный исходный материал в готовой продукции.
Вот некоторые примеры этого типа волокон:
Исторически диацетат и триацетат целлюлозы классифицировались под термином «вискоза», но теперь считаются разными материалами.
Синтетические волокна производятся исключительно из синтетических материалов, таких как нефтехимические продукты , в отличие от 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 могут быть получены из пластичных металлов, таких как медь, золото или серебро, и экструдированы или осаждены из более хрупких металлов, таких как никель, алюминий или железо.
Углеродные волокна часто изготавливаются на основе окисленных и карбонизированных путем пиролиза полимеров, таких как ПАН , но конечный продукт представляет собой практически чистый углерод.
Волокна карбида кремния , где основными полимерами являются не углеводороды , а полимеры, где около 50% атомов углерода заменены атомами кремния, так называемые поликарбосиланы . 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 , изготовленное из специального стекла, и оптическое волокно , изготовленное из очищенного природного кварца , также являются искусственными волокнами, которые производятся из природного сырья, кремниевое волокно , изготовленное из силиката натрия (жидкого стекла), и базальтовое волокно, изготовленное из расплавленного базальта.
Минеральные волокна могут быть особенно прочными, поскольку они сформированы с небольшим количеством поверхностных дефектов; асбест является распространенным типом. [8]
Изобретенные в Японии в начале 1980-х годов, микроволокна также известны как микроденье-волокна. Акрил, нейлон, полиэстер, лиоцелл и вискоза могут быть произведены как микроволокна. В 1986 году немецкая компания Hoechst AG начала производить микроволокна в Европе. Это волокно попало в Соединенные Штаты в 1990 году компанией DuPont. [9]
Микроволокна в текстиле относятся к волокну субденье (например, полиэстер, вытянутый до 0,5 денье). Денье и Dtex — это две меры выхода волокна на основе веса и длины. Если плотность волокна известна, у вас также есть диаметр волокна, в противном случае проще измерять диаметры в микрометрах. Микроволокна в технических волокнах относятся к сверхтонким волокнам (стеклянным или выдуваемым из расплава термопластикам ), часто используемым для фильтрации. Более новые конструкции волокон включают экструдированное волокно, 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 обеспечения объема в тканой, нетканой или трикотажной структуре. Поверхности волокон также могут быть матовыми или яркими. Матовые поверхности отражают больше света, в то время как яркие имеют тенденцию пропускать свет и делать волокно более прозрачным.
Очень короткие и/или нерегулярные волокна были названы фибриллами. Натуральная целлюлоза , такая как хлопок или отбеленная крафт-бумага , показывает более мелкие фибриллы, выступающие и отходящие от основной структуры волокна. [10]
Волокна можно разделить на натуральные и искусственные (синтетические), их свойства могут влиять на их производительность во многих приложениях. Синтетические волокнистые материалы все чаще заменяют другие традиционные материалы, такие как стекло и дерево, в ряде приложений. [11] Это связано с тем, что искусственные волокна могут быть спроектированы химически, физически и механически для соответствия конкретной технической инженерии. [12] При выборе типа волокна производитель должен сбалансировать их свойства с техническими требованиями приложений. Для производства доступны различные волокна. Вот типичные свойства образцов натуральных волокон в сравнении со свойствами искусственных волокон.
В таблицах выше показаны лишь типичные свойства волокон, на самом деле существует больше свойств, которые можно описать следующим образом (от а до я): [14]
Дугостойкость, Биоразлагаемость , Коэффициент линейного теплового расширения , Температура непрерывной эксплуатации, Плотность пластика , Температура перехода из пластичного состояния в хрупкое , Удлинение при разрыве, Удлинение при пределе текучести, Огнестойкость, Гибкость, Стойкость к гамма-излучению, Блеск, Температура стеклования , Твердость , Температура тепловой деформации , Усадка, Жесткость , Предел прочности на разрыв , Теплоизоляция , Прочность , Прозрачность , Стойкость к УФ-излучению, Объемное удельное сопротивление , Водопоглощение, Модуль Юнга
