Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пучок оптических волокон

Волокно или волокно (от латинского: fibra [1] ) - это натуральное или искусственное вещество, длина которого значительно превышает ширину. [2] Волокна часто используются при производстве других материалов. Самые прочные инженерные материалы часто включают волокна, например углеродное волокно и сверхвысокомолекулярный полиэтилен .

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 [ править ]

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

  • Растительные волокна обычно состоят из целлюлозы , часто с лигнином : например, хлопок , конопля , джут , лен , абака , пинья , рами , сизаль , жмых и банан . Растительные волокна используются в производстве бумаги и текстиля (ткани), а пищевые волокна являются важным компонентом питания человека.
  • Древесное волокно , в отличие от растительного, происходит из древесных источников. Формы включают измельченную , lacebark , термомеханической древесной массы (ТММ), а также беленой или небеленой крафт или сульфит 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 конструкционных изделиях из дерева, таких как ДВП .
  • Волокна животного происхождения состоят в основном из определенных белков. Примеры: шелк тутового шелкопряда , паучий шелк , жилы , 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 относятся к группе асбеста . Асбест - единственное длинное минеральное волокно естественного происхождения . Шесть полезных ископаемых были классифицированы как «асбест» , включая хризотил из змеиного класса и те , кто принадлежит к амфиболу класса: амозит , крокидолит , тремолит , антофиллит и актинолитовому . Короткие волокнистые минералы включают волластонит и палигорскит .
  • Биологические волокна, также известные как волокнистые белки или белковые нити , состоят в основном из биологически значимых и очень важных с биологической точки зрения белков, в которых мутации или другие генетические дефекты могут приводить к тяжелым заболеваниям . Экземпляры включают коллаген [3] семейство белков, сухожилий , мышечные белки , такие как актин , клеточные белки , такие как микротрубочки и многих другие, шелк паука , сухожилия и волосы и т.д.

Искусственные волокна[ редактировать ]

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.

Полусинтетические волокна [ править ]

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 (полиэстер), из которых химик синтезирует низкомолекулярные соединения реакциями полимеризации (построения цепи). Самым ранним полусинтетическим волокном является регенерированное целлюлозное волокно, вискоза . [5] Большинство полусинтетических волокон представляют собой регенерированные целлюлозные волокна.

Волокна из регенерированной целлюлозы[ редактировать ]

Волокна целлюлозы - это разновидность искусственных волокон, регенерированных из натуральной целлюлозы . Целлюлоза поступает из различных источников: вискоза из древесного волокна, бамбуковое волокно из бамбука, морепродукты из морских водорослей 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
  • Lyocell , бренд вискозы
  • Модальный
  • диацетатное волокно
  • триацетатное волокно .

Исторически диацетат и -триацетат целлюлозы классифицировались как вискоза, но теперь считаются отдельными материалами.

Синтетические волокна [ править ]

Синтетические материалы полностью производятся из синтетических материалов, таких как нефтехимия , в отличие от тех искусственных волокон, которые получают из таких природных веществ, как целлюлоза или белок. [6]

Классификация волокон в армированных пластмассах подразделяется на два класса: (i) короткие волокна, также известные как прерывистые волокна, с общим аспектным отношением (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 [ править ]

Металлические волокна можно вытягивать из пластичных металлов, таких как медь, золото или серебро, и прессовать или осаждать из более хрупких, таких как никель, алюминий или железо. См. Также Волокна из нержавеющей стали .

Углеродное волокно [ править ]

Углеродные волокна часто основаны на окисленных и подвергшихся пиролизу карбонизированных полимерах, таких как PAN , но конечный продукт представляет собой почти чистый углерод.

Волокно из карбида кремния [ править ]

Карбид кремний волокно, где основные полимеры не являются углеводородами , но полимеры, где около 50% атомов углерода замещены атомами кремния, так называемых поли-карбо- силанов . 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 [ править ]

Стекловолокно , изготовленное из особого стекла, и оптическое волокно , изготовленное из очищенного природного кварца , также представляют собой искусственные волокна, полученные из природного сырья, кремнеземное волокно из силиката натрия (жидкое стекло) и базальтовое волокно из расплавленного базальта.

Минеральные волокна [ править ]

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

Полимерные волокна [ править ]

  • Полимерные волокна представляют собой разновидность искусственных волокон, которые основаны на синтетических химикатах (часто из нефтехимических источников), а не возникают из натуральных материалов в результате чисто физического процесса. Эти волокна состоят из:
    • полиамид нейлон
    • Полиэстер ПЭТ или ПБТ
    • фенолформальдегид (ФФ)
    • поливинилхлоридное волокно (ПВХ) винион
    • полиолефины (ПП и ПЭ) олефиновые волокна
    • акриловые полиэфиры, чистые полиэфирные волокна PAN используются для производства углеродного волокна путем их обжига 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 , Kevlar и Nomex, 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).
    • Можно даже использовать эластомеры , например спандекс, хотя уретановые волокна начинают заменять технологию спандекса.
    • полиуретановое волокно
    • Эластолефин
  • Соэкструдированные волокна состоят из двух различных полимеров, образующих волокно, обычно в виде сердцевины-оболочки или бок о бок. Существуют волокна с покрытием, например, с никелевым покрытием для устранения статического электричества, с покрытием из серебра для обеспечения антибактериальных свойств и с алюминиевым покрытием для обеспечения радиочастотного отклонения для радиолокационной мякины . 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 [ править ]

Микроволокна в текстиле относятся к волокнам суб-денье (например, полиэфирное волокно, вытянутое до 0,5 денье). Денье и Дтекс - это два измерения выхода волокна в зависимости от веса и длины. Если плотность волокна известна, у вас также есть диаметр волокна, иначе проще измерить диаметр в микрометрах. Микроволокна в технических волокнах относятся к ультратонким волокнам (стекло или термопласты, полученные выдуванием из расплава.) часто используется при фильтрации. Новые конструкции волокон включают экструзионное волокно, которое расщепляется 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 гофрируют для придания объема тканой, нетканой или трикотажной структуре. Поверхности из волокна также могут быть матовыми или яркими. Тусклые поверхности отражают больше света, а яркие - пропускают свет и делают волокно более прозрачным.

Очень короткие и / или неправильные волокна называются фибриллами. В натуральной целлюлозе , такой как хлопок или отбеленная крафт-бумага , видны более мелкие волокна, выступающие из основной структуры волокна. [9]

Типичные свойства выбранных волокон [ править ]

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 могут быть спроектированы химически, физически и механически в соответствии с конкретными техническими требованиями. [11] При выборе типа 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.


Таблицы выше просто показывают типичные свойства волокон, на самом деле есть другие свойства, которые можно обозначить следующим образом (от a до z): [13]

Сопротивление дуги, биоразлагаемые , коэффициент линейного теплового расширения , рабочая температура, плотность пластмасс , ковкий / Хрупкое Температура перехода, относительное удлинение при разрыве, относительное удлинение при пределе текучести, огнестойкость, гибкость, гамма - радиационной стойкости, Gloss, температура стеклования , твердость , Тепло Отклонение температура , усадка, Жесткость , Предел прочность на разрыв , Теплоизоляция , Ударная вязкость , прозрачность , ультрафиолетовый свет сопротивление, Объем резистивность, Водопоглощение, Модуль Юнга

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Харпер, Дуглас. «волокно» . Интернет-словарь этимологии .
  2. ^ a b Кадольф, Сара (2002). Текстиль . Прентис Холл . 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 . Кандидатская диссертация, Университет Жозефа Фурье, Гренобль I. С. 1–221. DOI : 10.13140 / 2.1.4776.7844 .
  4. ^ «искусственное волокно» . Британская энциклопедия . Британская энциклопедия, Inc., 2013.
  5. ^ Кауфман, Джордж Б. (1993). «Вискоза: первый продукт из полусинтетических волокон». Журнал химического образования . 70 (11): 887. Bibcode : 1993JChEd..70..887K . DOI : 10.1021 / ed070p887 .
  6. ^ «синтетическое волокно» . Британская энциклопедия . Британская энциклопедия, Inc., 2013.
  7. ^ Сероп Kalpakjian, Стивен Р. Шмид. «Технологии и технологии производства». 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 . Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-12548-0. Проверено 28 октября 2011 года .
  9. ^ Ханс-Дж. Козловский. «Словарь искусственных волокон». Второе издание. Deutscher Fachverlag. 2009 ISBN 3-86641-163-4 
  10. ^ Шеной, Арун (1999). Реология наполненных полимерных систем . Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3.
  11. ^ Hollaway, С. (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: Portland Cement Association. 2018. pp. 237–247. ISBN 978-0-89312-277-5.
  13. ^ a b «Свойства полимера - Omexus от Special Chem» .
  14. ^ a b "Сизальовое волокно - мир сизаля" .
  15. Перейти ↑ Sain, M. (2014). «Использование волокон жома сахарного тростника в качестве армирующих материалов в композитах». В Фаруке, Омар; Саин, Мохини (ред.). Армирующие материалы из биоволокна в композитных материалах . Elsevier Science & Technology. ISBN 9781782421221.
  16. ^ Нарайанан, Venkateshwaran (2012). «Механические и водопоглощающие свойства тканых гибридных композитов джут / банан». Волокна и полимеры . 13 (7, 907–914).
  17. ^ а б К. Мурали Мохан, Рао (2007). «Свойства растяжения полимерных композитов, армированных волокнами слоновой травы». Журнал материаловедения . 42 (9, 3266–3272).
  18. ^ a b "Металлические материалы –TEADIT" (PDF) .
  19. ^ «Углеродное волокно - элементы американцев» .