Błonnik

„Fibre” przekierowuje tutaj. W przypadku innych zastosowań zobacz Fibre (ujednoznacznienie) .

Aby uzyskać informacje na temat błonnika w diecie, zobacz Błonnik pokarmowy .

Wiązka światłowodów

Włókno lub włókno (z łac. fibra ) to naturalna lub sztuczna substancja, która jest znacznie dłuższa niż szersza. Włókna są często wykorzystywane do produkcji innych materiałów. Najmocniejsze materiały inżynierskie często zawierają włókna, na przykład włókno węglowe i polietylen o bardzo dużej masie cząsteczkowej .

Włókna syntetyczne często można wytwarzać bardzo tanio iw dużych ilościach w porównaniu z włóknami naturalnymi, ale w przypadku odzieży włókna naturalne mogą zapewniać pewne korzyści, takie jak komfort, w porównaniu z ich syntetycznymi odpowiednikami.

Włókna naturalne

Główny artykuł: Włókno naturalne

Włókna naturalne rozwijają się lub występują w kształcie włókien i obejmują włókna wytwarzane przez rośliny, zwierzęta i procesy geologiczne. Można je podzielić ze względu na pochodzenie:

• Włókna roślinne są generalnie oparte na układach celulozy , często z ligniną : przykłady obejmują bawełnę , konopie , jutę , len , mangę , pina , ramię , sizal , wytłoczyny z trzciny cukrowej i banany . Włókna roślinne są wykorzystywane do produkcji papieru i tekstyliów (tkaniny), a błonnik pokarmowy jest ważnym składnikiem żywienia człowieka.
• Włókno drzewne , w odróżnieniu od włókna roślinnego, pochodzi z drzew. Formy obejmują ścier drzewny, korę koronkową , masę celulozową termomechaniczną (TMP) oraz bieloną lub niebieloną masę celulozową siarczanową lub siarczynową. Kraft i siarczyn odnoszą się do rodzaju procesu roztwarzania stosowanego do usuwania ligniny wiążącej pierwotną strukturę drewna, uwalniając w ten sposób włókna do wykorzystania w papierze i z drewna inżynieryjnego , takich jak płyta pilśniowa .
• Włókna zwierzęce składają się głównie z określonych białek. Przykładami są jedwab jedwabnika , jedwab pająka , ścięgna , katgut , wełna , jedwab morski i włosy, takie jak wełna kaszmirowa , moher i angora , futro, takie jak owcza skóra, królik, norka, lis, bobr itp.
• Włókna mineralne obejmują grupę azbestową . Azbest jest jedynym naturalnie występującym długim włóknem mineralnym . Sześć minerałów zostało sklasyfikowanych jako „azbest”, w tym chryzotyl z klasy serpentyn i te należące do klasy amfiboli : amozyt , krokidolit , tremolit , antofilit i aktynolit . Krótkie, włókniste minerały obejmują wollastonit i palygorskit .
• Włókna biologiczne, znane również jako białka włókniste lub włókna białkowe , składają się głównie z biologicznie istotnych i biologicznie bardzo ważnych białek, w których mutacje lub inne defekty genetyczne mogą prowadzić do poważnych chorób . Przykłady obejmują rodzinę białek kolagenowych , ścięgna , białka mięśniowe , takie jak aktyna , białka komórkowe, takie jak mikrotubule i wiele innych, takich jak jedwab pajęczy , ścięgna i włosy .

Włókna sztuczne

Włókna sztuczne lub chemiczne to włókna, których skład chemiczny, struktura i właściwości ulegają znacznym modyfikacjom w trakcie procesu produkcyjnego. W modzie włókno to długa i cienka nić lub nić materiału, która może być dziana lub wpleciona w tkaninę. Włókna sztuczne składają się z włókien regenerowanych i włókien syntetycznych.

Zobacz też: modyfikacja włókien

Włókna półsyntetyczne

Włókna półsyntetyczne powstają z surowców o naturalnie długołańcuchowej strukturze polimerowej i są tylko modyfikowane i częściowo degradowane w procesach chemicznych, w przeciwieństwie do włókien całkowicie syntetycznych, takich jak nylon (poliamid) czy dakron (poliester), które chemik syntetyzuje z związki o niskiej masie cząsteczkowej w reakcjach polimeryzacji (budowania łańcucha). Najwcześniejszym włóknem półsyntetycznym jest włókno z regenerowanej celulozy, sztuczny jedwab . Większość włókien półsyntetycznych to włókna z regenerowanej celulozy.

Włókna z regenerowanej celulozy

Włókna celulozowe są podzbiorem włókien sztucznych, regenerowanych z naturalnej celulozy . Celuloza pochodzi z różnych źródeł: sztuczny jedwab z włókna drzewnego, włókno bambusowe z bambusa, seacell z wodorostów itp. W produkcji tych włókien celuloza jest redukowana do dość czystej postaci jako lepka masa i formowana we włókna przez wytłaczanie przez dysze przędzalnicze. Dlatego proces produkcyjny pozostawia niewiele cech wyróżniających naturalny materiał źródłowy w gotowych produktach.

Niektóre przykłady tego typu włókien to:

• sztuczny jedwab
• Lyocell , marka sztucznego jedwabiu
• Modalny
• włókno dioctanowe
• włókno trójoctanowe .

Historycznie, dioctan i trioctan celulozy były klasyfikowane pod nazwą sztucznego jedwabiu, ale obecnie są uważane za odrębne materiały.

Syntetyczne włókna

Główny artykuł: włókno syntetyczne

Syntetyki pochodzą w całości z materiałów syntetycznych, takich jak petrochemia , w przeciwieństwie do włókien sztucznych pochodzących z takich naturalnych substancji, jak celuloza czy białko.

Klasyfikacja włókien we wzmocnionych tworzywach sztucznych dzieli się na dwie klasy: (i) włókna krótkie, znane również jako włókna nieciągłe, o ogólnym współczynniku kształtu (określanym jako stosunek długości włókna do średnicy) między 20 a 60 oraz (ii) włókna długie, znane również jako włókna ciągłe, ogólny współczynnik kształtu wynosi od 200 do 500.

Włókna metaliczne

Główny artykuł: włókno metaliczne

Włókna metaliczne można wyciągać z metali ciągliwych, takich jak miedź, złoto lub srebro, oraz wytłaczać lub osadzać z bardziej kruchych metali, takich jak nikiel, aluminium lub żelazo.

Włókno węglowe

Włókna węglowe są często oparte na utlenionych i karbonizowanych przez pirolizę polimerach, takich jak PAN , ale produktem końcowym jest prawie czysty węgiel.

Włókno z węglika krzemu

z węglika krzemu , w których podstawowymi polimerami nie są węglowodory , lecz polimery, w których około 50% atomów węgla zastąpiono atomami krzemu, tzw. polikarbosilany . Piroliza daje amorficzny węglik krzemu, zawierający głównie inne pierwiastki, takie jak tlen, tytan czy aluminium, ale o właściwościach mechanicznych bardzo zbliżonych do włókien węglowych.

Włókno szklane

Zobacz także: Szkło § Włókno szklane

Włókno szklane , wykonane ze specjalnego szkła i światłowód , wykonane z oczyszczonego naturalnego kwarcu , to także włókna sztuczne, które pochodzą z surowców naturalnych, włókno krzemionkowe , wykonane z krzemianu sodu (szkło wodne) i włókno bazaltowe wykonane z topionego bazaltu.

Włókna mineralne

Włókna mineralne mogą być szczególnie wytrzymałe, ponieważ są uformowane z małą liczbą defektów powierzchniowych, azbest jest powszechny.

Włókna polimerowe

• Włókna polimerowe są podzbiorem włókien sztucznych, które są oparte na syntetycznych chemikaliach (często ze źródeł petrochemicznych ), a nie na naturalnych materiałach w procesie czysto fizycznym. Włókna te są wykonane z:
  • nylon poliamidowy
  • Poliester PET lub PBT
  • fenolowo-formaldehydowy (PF)
  • włókno polichlorku winylu (PVC) vinyon
  • poliolefiny (PP i PE) włókno olefinowe
  • akrylowe , czyste włókna poliestrowe PAN są używane do produkcji włókien węglowych poprzez prażenie ich w środowisku o niskiej zawartości tlenu. Tradycyjne włókno akrylowe jest częściej stosowane jako syntetyczny zamiennik wełny. Włókna węglowe i włókna PF są znane jako dwa włókna na bazie żywicy, które nie są termoplastyczne , większość innych można stopić.
  • aromatyczne poliamidy (aramidy), takie jak Twaron , Kevlar i Nomex , rozkładają się termicznie w wysokich temperaturach i nie topią się. Włókna te mają silne wiązanie między łańcuchami polimerowymi
  • polietylen (PE), ewentualnie o ekstremalnie długich łańcuchach / HMPE (np. Dyneema lub Spectra).
  • Można nawet stosować elastomery , np. spandex , chociaż włókna uretanowe zaczynają zastępować technologię spandex.
  • włókno poliuretanowe
  • elastoolefina
• Włókna współwytłaczane mają dwa różne polimery tworzące włókno, zwykle jako rdzeń-osłona lub obok siebie. Istnieją włókna powlekane, takie jak powlekane niklem, aby zapewnić eliminację ładunków elektrostatycznych, powlekane srebrem, aby zapewnić właściwości antybakteryjne, oraz powlekane aluminium, aby zapewnić odchylenie RF dla plew radarowych . Plewy radarowe to w rzeczywistości szpula ciągłego szklanego kabla, który został pokryty aluminium. Zamontowany w samolocie szybki nóż rozdrabnia go, gdy wypluwa z poruszającego się samolotu, aby zmylić sygnały radarowe.

Mikrowłókna

Wynalezione w Japonii na początku lat 80. mikrowłókna są również znane jako włókna mikrodenierowe. Akryl, nylon, poliester, lyocell i sztuczny jedwab mogą być produkowane jako mikrowłókna. W 1986 roku firma Hoechst AG z Niemiec wyprodukowała mikrofibrę w Europie. Włókno to trafiło do Stanów Zjednoczonych w 1990 roku przez firmę DuPont.

Mikrowłókna w tekstyliach odnoszą się do włókien sub-denier (takich jak poliester ciągniony do 0,5 deniera). Denier i Dtex to dwa pomiary wydajności włókna na podstawie masy i długości. Jeśli gęstość włókien jest znana, masz również średnicę włókna, w przeciwnym razie łatwiej jest zmierzyć średnice w mikrometrach. Mikrowłókna we włóknach technicznych odnoszą się do ultracienkich włókien (szkło lub tworzywa termoplastyczne meltblown ) często stosowanych w filtracji. Nowsze konstrukcje włókien obejmują włókno wytłaczane, które dzieli się na wiele drobniejszych włókien. Większość włókien syntetycznych ma przekrój okrągły, ale specjalne konstrukcje mogą być puste, owalne, w kształcie gwiazdy lub trójpłatkowe . Ta ostatnia konstrukcja zapewnia bardziej optycznie odblaskowe właściwości. Syntetyczne włókna tekstylne są często karbikowane w celu nadania objętości tkanej, włókninowej lub dzianej strukturze. Powierzchnie włókien mogą być również matowe lub jasne. Matowe powierzchnie odbijają więcej światła, podczas gdy jasne mają tendencję do przepuszczania światła i sprawiają, że włókno jest bardziej przezroczyste.

Bardzo krótkie i/lub nieregularne włókna zostały nazwane fibrylami. Naturalna celuloza , taka jak bawełna lub bielony kraft , ma mniejsze włókienka wystające i oddalone od głównej struktury włókien.

Typowe właściwości wybranych włókien

Włókna można podzielić na substancje naturalne i sztuczne (syntetyczne), ich właściwości mogą wpływać na ich działanie w wielu zastosowaniach. W wielu zastosowaniach materiały z włókien syntetycznych coraz częściej zastępują inne konwencjonalne materiały, takie jak szkło i drewno. Dzieje się tak, ponieważ sztuczne włókna można modyfikować chemicznie, fizycznie i mechanicznie, aby pasowały do ​​​​konkretnej inżynierii technicznej. Wybierając rodzaj włókien, producent równoważy ich właściwości z wymaganiami technicznymi aplikacji. Do produkcji dostępne są różne włókna. Oto typowe właściwości przykładowych włókien naturalnych w porównaniu z właściwościami włókien sztucznych.

Tabela 1. Typowe właściwości wybranych włókien naturalnych

Rodzaj włókna	Średnica włókna (W)	Środek ciężkości	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Moduł sprężystości (ksi)	Wydłużenie przy zerwaniu (%)	Absorpcja wody (%)
Włókno drzewne (Miazga Kraftowa)	0,001-0,003	1.5	51-290	1500-5800	Nie dotyczy	50-75
Musamba	Nie dotyczy	Nie dotyczy	12	130	9.7	Nie dotyczy
Orzech kokosowy	0,004-0,016	1.12-1.15	17.4-29	2750-3770	10-25	130-180
Sizal	0,008-0,016	1,45	40-82,4	1880-3770	3-5	60-70
Bagassa z trzciny cukrowej	0,008-0,016	1,2-1,3	26,7-42	2175-2750	1.1	70-75
Bambus	0,002-0,016	1.5	50,8-72,5	4780-5800	Nie dotyczy	40-45
Juta	0,004-0,008	1.02-1.04	36,3-50,8	3770-4640	1,5-1,9	28.64
Trawa słonia	0,003-0,016	0,818	25,8	710	3.6	Złapać
a Zaadaptowano z ACI 544. IR-96 P58, odnośnik [12] P240 i [13] b N/D oznacza właściwości, które nie są łatwo dostępne lub nie mają zastosowania

Tabela 2. Właściwości wybranych włókien sztucznych

Rodzaj włókna	Średnica włókna (0,001 cala)	Środek ciężkości	Wytrzymałość na rozciąganie (Ksi)	Moduł sprężystości (ksi)	Wydłużenie przy zerwaniu (%)	Absorpcja wody (%)	Temperatura topnienia (℃)	Maksymalna praca Temperatura (℃)
Stal	4-40	7.8	70-380	30 000	0,5-3,5	zero	1370	760
Szkło	0,3-0,8	2.5	220-580	10 400-11 600	2-4	Nie dotyczy	1300	1000
Węgiel	0,3-0,35	0,90	260-380	33 400-55 100	0,5-1,5	zero	3652-3697	Nie dotyczy
Nylon	0,9	1.14	140	750	20-30	2,8-5,0	220-265	199
Akryl	0,2-0,7	1.14-1.18	39-145	2500-2800	20-40	1,0-2,5	Rozkład	180
aramidowe	0,4-0,5	1,38-1,45	300-450	9 000-17 000	2-12	1,2-4,3	Rozkład	450
Poliester	0,4-3,0	1.38	40-170	2500	8-30	0,4	260	170
Polipropylen	0,8-8,0	0,9	65-100	500-750	10-20	zero	165	100
Polietylen Niski Wysoki	1,0-40,0	0,92 0,95	11-17 50-71	725	25-50 20-30	zero zero	110 135	55 65
a Zaadaptowano z ACI 544. IR-96 P40, odnośnik [12] P240, [11] P209 i [13] b N/D oznacza właściwości, które nie są łatwo dostępne lub nie mają zastosowania

Powyższe tabele pokazują tylko typowe właściwości włókien, w rzeczywistości jest więcej właściwości, które można określić następująco (od a do z):

Odporność na łuk, biodegradowalność , Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej , Temperatura pracy ciągłej , Gęstość tworzyw sztucznych , Temperatura przemiany ciągliwej / kruche , Wydłużenie przy zerwaniu , Wydłużenie przy granicy plastyczności , Odporność ogniowa , Elastyczność , Odporność na promieniowanie gamma , Połysk , Temperatura zeszklenia , Twardość , Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła , skurcz, sztywność , wytrzymałość na rozciąganie , izolacja termiczna , ciągliwość , przezroczystość , odporność na promieniowanie UV, opór objętościowy , absorpcja wody, moduł Younga

Zobacz też

• Kompozyt na osnowie ceramicznej
• Błonnik pokarmowy
• Uprawa włókien
• Symulacja światłowodu
• Włókna w geometrii różniczkowej
• Włókno formowane
• Włókno nerwowe
• Światłowód