Fibra

Sustancia natural o sintética hecha de filamentos largos y delgados

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Fibra
Fibras naturales
Animal Alpaca Angora Byssus Pelo de camello Cachemira Cuerda de tripa Chiengora Guanaco Llama Mohair Pashmina Qiviut Conejo Seda Tendón seda de araña Lana Vicuña Yak
Planta Abacá Bagazo Bambú Coco Algodón Lino ( lino ) Cáñamo Yute Capoc Kenaf Piña Pino Rafia Ramina Sisal Madera
Mineral Amianto
Fibras sintéticas
Fibras regeneradas Seda de arte
Fibras semisintéticas Acetato Diacetato Lyocell Modal Seda artificial Triacetato
Fibras sintéticas Mineral Vidrio Carbono ( Tenax ) Basalto Metálico Polímero Acrílico Aramida ( Twaron , Kevlar , Technora , Nomex ) Microfibra Modacrílico Nylon Olefina Poliéster Polietileno ( Dyneema , Spectra ) Spandex Vinylon Vinyon Zylon
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Un haz de fibras ópticas

Fibra o fibra (del latín fibra ^[1] ) es una sustancia natural o artificial que es significativamente más larga que ancha. ^[2] Las fibras se utilizan a menudo en la fabricación de otros materiales. Los materiales de ingeniería más resistentes a menudo incorporan fibras, por ejemplo, fibra de carbono y polietileno de peso molecular ultra alto .

Las fibras sintéticas a menudo se pueden producir de forma muy económica y en grandes cantidades en comparación con las fibras naturales, pero para la ropa, las fibras naturales pueden proporcionar algunos beneficios, como la comodidad, sobre sus contrapartes sintéticas.

Fibras naturales

Artículo principal: Fibra natural

Las fibras naturales se desarrollan o se presentan en forma de fibra, e incluyen las producidas por plantas, animales y procesos geológicos. ^[2] Se pueden clasificar según su origen:

• Las fibras vegetales se basan generalmente en arreglos de celulosa , a menudo con lignina : los ejemplos incluyen algodón , cáñamo , yute , lino , abacá , piña , ramio , sisal , bagazo y plátano . Las fibras vegetales se emplean en la fabricación de papel y textiles (telas), y la fibra dietética es un componente importante de la nutrición humana.
• La fibra de madera , que se distingue de la fibra vegetal, proviene de árboles. Las formas incluyen madera molida , corteza de encaje , pulpa termomecánica (TMP) y pulpas kraft o al sulfito blanqueadas o sin blanquear . El kraft y el sulfito se refieren al tipo de proceso de fabricación de pasta que se utiliza para eliminar la lignina que une la estructura de madera original, liberando así las fibras para su uso en papel y productos de madera de ingeniería como el tablero de fibra .
• Las fibras animales consisten principalmente en proteínas particulares. Los ejemplos son seda de gusano de seda , seda de araña , tendón , tripa de gato , lana , seda de mar y cabello como lana de cachemira , mohair y angora , pieles como piel de oveja, conejo, visón, zorro, castor, etc.
• Las fibras minerales incluyen el grupo del amianto . El asbesto es la única fibra mineral larga de origen natural . Se han clasificado seis minerales como "amianto", incluido el crisotilo de la clase serpentina y los que pertenecen a la clase de los anfíboles : amosita , crocidolita , tremolita , antofilita y actinolita . Los minerales cortos, parecidos a fibras, incluyen wollastonita y paligorskita .
• Las fibras biológicas, también conocidas como proteínas fibrosas o filamentos de proteínas , consisten en gran parte en proteínas biológicamente relevantes y biológicamente muy importantes, en las que las mutaciones u otros defectos genéticos pueden provocar enfermedades graves . Los ejemplos incluyen la familia de proteínas del colágeno ^[3] , tendones , proteínas musculares como la actina , proteínas celulares como los microtúbulos y muchas otras, seda de araña , tendones y cabello, etc.

Fibras sintéticas

Las fibras sintéticas o químicas son fibras cuya composición química, estructura y propiedades se modifican significativamente durante el proceso de fabricación. ^[4] Las fibras sintéticas se componen de fibras regeneradas y fibras sintéticas.

Ver también: modificación de la fibra

Fibras semisintéticas

Las fibras semisintéticas se fabrican a partir de materias primas con estructura polimérica de cadena larga natural y solo se modifican y degradan parcialmente mediante procesos químicos, a diferencia de las fibras completamente sintéticas como el nailon (poliamida) o el dacrón (poliéster), que el químico sintetiza a partir de compuestos de bajo peso molecular mediante reacciones de polimerización (formación de cadenas). La primera fibra semisintética es la fibra regenerada de celulosa, el rayón . ^[5] La mayoría de las fibras semisintéticas son fibras regeneradas con celulosa.

Fibras regeneradas de celulosa

Las fibras de celulosa son un subconjunto de fibras sintéticas, regeneradas a partir de celulosa natural . La celulosa proviene de varias fuentes: rayón de fibra de madera de árbol, fibra de bambú de bambú, seacell de algas , etc. En la producción de estas fibras, la celulosa se reduce a una forma bastante pura como una masa viscosa y se forma en fibras por extrusión. a través de hileras. Por lo tanto, el proceso de fabricación deja pocas características distintivas del material de origen natural en los productos terminados.

Algunos ejemplos de este tipo de fibra son:

• seda artificial
• fibra de bambu
• Lyocell , una marca de rayón
• Modal
• fibra de diacetato
• fibra de triacetato .

Históricamente, el diacetato y triacetato de celulosa se clasificaron bajo el término rayón, pero ahora se consideran materiales distintos.

Fibras sintéticas

Artículo principal: fibra sintética

Los sintéticos provienen completamente de materiales sintéticos como los petroquímicos , a diferencia de las fibras artificiales derivadas de sustancias naturales como la celulosa o las proteínas. ^[6]

La clasificación de la fibra en plásticos reforzados se divide en dos clases: (i) fibras cortas, también conocidas como fibras discontinuas, con una relación de aspecto general (definida como la relación entre la longitud de la fibra y el diámetro) entre 20 y 60, y (ii) fibras largas, también conocidas como fibras continuas, la relación de aspecto general está entre 200 y 500. ^[7]

Fibras metálicas

Artículo principal: Fibra metálica

Las fibras metálicas pueden extraerse de metales dúctiles como el cobre, el oro o la plata y extruirse o depositarse a partir de otros más frágiles, como el níquel, el aluminio o el hierro. Ver también fibras de acero inoxidable .

Fibra de carbono

Las fibras de carbono a menudo se basan en polímeros carbonizados oxidados y mediante pirólisis como el PAN , pero el producto final es carbono casi puro.

Fibra de carburo de silicio

Carburo de silicio fibras, donde los polímeros básicos no son hidrocarburos , pero polímeros, donde aproximadamente el 50% de los átomos de carbono están reemplazados por átomos de silicio, los llamados poli-carbo- silanos . La pirólisis produce un carburo de silicio amorfo, que incluye principalmente otros elementos como oxígeno, titanio o aluminio, pero con propiedades mecánicas muy similares a las de las fibras de carbono.

Fibra de vidrio

Ver también: Vidrio § Fibra de vidrio

La fibra de vidrio , hecha de vidrio específico, y la fibra óptica , hecha de cuarzo natural purificado , también son fibras artificiales que provienen de materias primas naturales, fibra de sílice , hecha de silicato de sodio (vidrio soluble) y fibra de basalto hecha de basalto fundido.

Fibras minerales

Las fibras minerales pueden ser particularmente fuertes porque están formadas con un número bajo de defectos superficiales, el amianto es uno de los más comunes. ^[8]

Fibras poliméricas

• Las fibras poliméricas son un subconjunto de fibras artificiales, que se basan en productos químicos sintéticos (a menudo de fuentes petroquímicas ) en lugar de surgir de materiales naturales mediante un proceso puramente físico. Estas fibras están hechas de:
  • nailon de poliamida
  • Poliéster PET o PBT
  • fenol-formaldehído (PF)
  • fibra de cloruro de polivinilo (PVC) vinyon
  • poliolefinas (PP y PE) fibra de olefina
  • poliésteres acrílicos , fibras de PAN de poliéster puro se utilizan para fabricar fibra de carbono al tostarlas en un ambiente con poco oxígeno. La fibra acrílica tradicional se usa con más frecuencia como reemplazo sintético de la lana. Las fibras de carbono y las fibras de PF se consideran dos fibras a base de resina que no son termoplásticas, la mayoría de las demás se pueden fundir.
  • las poliamidas aromáticas (aramidas) como Twaron , Kevlar y Nomex se degradan térmicamente a altas temperaturas y no se funden. Estas fibras tienen una fuerte unión entre las cadenas de polímero.
  • polietileno (PE), eventualmente con cadenas extremadamente largas / HMPE (por ejemplo, Dyneema o Spectra).
  • Incluso se pueden usar elastómeros , por ejemplo, spandex, aunque las fibras de uretano están comenzando a reemplazar la tecnología del spandex.
  • fibra de poliuretano
  • Elastolefina
• Las fibras coextruidas tienen dos polímeros distintos que forman la fibra, generalmente como núcleo-funda o lado a lado. Existen fibras recubiertas, como las recubiertas de níquel para proporcionar eliminación de estática, las recubiertas de plata para proporcionar propiedades antibacterianas y las recubiertas de aluminio para proporcionar deflexión de RF para las partículas de radar . La paja de radar es en realidad un carrete de estopa de vidrio continuo que ha sido recubierto de aluminio. Un cortador de alta velocidad montado en un avión lo corta cuando sale de un avión en movimiento para confundir las señales de radar.

Microfibras

Las microfibras en los textiles se refieren a fibras sub-denier (como el poliéster estirado a 0,5 denier). Denier y Dtex son dos medidas de rendimiento de fibra basadas en peso y longitud. Si se conoce la densidad de la fibra, también tiene un diámetro de fibra; de lo contrario, es más sencillo medir los diámetros en micrómetros. Las microfibras en fibras técnicas se refieren a fibras ultrafinas (vidrio o termoplásticos fundidos por soplado) de uso frecuente en filtración. Los diseños de fibra más nuevos incluyen la extrusión de fibra que se divide en varias fibras más finas. La mayoría de las fibras sintéticas tienen una sección transversal redonda, pero los diseños especiales pueden ser huecos, ovalados, en forma de estrella o trilobulares. El último diseño proporciona propiedades ópticamente reflectantes. Las fibras textiles sintéticas a menudo se rizan para proporcionar volumen en una estructura tejida, no tejida o de punto. Las superficies de fibra también pueden ser opacas o brillantes. Las superficies opacas reflejan más luz, mientras que las brillantes tienden a transmitir luz y hacen que la fibra sea más transparente.

Las fibras muy cortas y / o irregulares se han denominado fibrillas. La celulosa natural , como el algodón o el kraft blanqueado , muestra fibrillas más pequeñas que sobresalen y se alejan de la estructura principal de la fibra. ^[9]

Propiedades típicas de fibras seleccionadas

Las fibras se pueden dividir en sustancias naturales y artificiales (sintéticas), sus propiedades pueden afectar su desempeño en muchas aplicaciones. Hoy en día, los materiales de fibra sintética están reemplazando a otros materiales convencionales como el vidrio y la madera en una serie de aplicaciones. ^[10] Esto se debe a que las fibras artificiales se pueden diseñar química, física y mecánicamente para adaptarse a la ingeniería técnica particular. ^[11] Al elegir un tipo de fibra, un fabricante equilibraría sus propiedades con los requisitos técnicos de las aplicaciones. Hay varias fibras disponibles para seleccionar para la fabricación. A continuación se muestran las propiedades típicas de las fibras naturales de muestra en comparación con las propiedades de las fibras sintéticas.

Tabla 1. Propiedades típicas de determinadas fibras naturales ^{[12] [13]}

Tipo de fibra	Diámetro de la fibra (en)	Gravedad específica	Resistencia a la tracción (Ksi)	Modulos elasticos (Ksi)	Alargamiento a la rotura (%)	Absorción de agua (%)
Fibra de madera (Pulpa Kraft)	0,001-0,003	1,5	51-290	1500-5800	N / A	50-75
Musamba	N / A	N / A	12	130	9,7	N / A
Coco	0,004-0,016	1.12-1.15	17.4-29	2750-3770	10-25	130-180
Sisal	0,008-0,016 [14]	1,45 [14]	40-82,4	1880-3770	3-5	60-70
Bagazo de caña de azúcar	0,008-0,016	1.2-1.3	26,7-42	2175-2750	1.1 [15]	70-75
Bambú	0,002-0,016	1,5	50,8-72,5	4780-5800	N / A	40-45
Yute	0,004-0,008	1.02-1.04	36,3-50,8	3770-4640	1,5-1,9	28,64 [16]
Hierba elefante	0,003-0,016 [17]	0,818 [17]	25,8	710	3.6	Coger
a Adaptado de ACI 544. IR-96 P58, referencia [12] P240 y [13] b N / A significa propiedades que no están disponibles o no son aplicables

Tabla 2. Propiedades de fibras sintéticas seleccionadas

Tipo de fibra	Diámetro de la fibra (0,001 pulgadas)	Gravedad específica	Resistencia a la tracción (Ksi)	Módulo de elasticidad   (Ksi)	Alargamiento a la rotura (%)	Absorción de agua (%)	Punto de fusion (℃)	Trabajo máximo Temp (℃)
Acero	4-40	7.8	70-380	30.000	0,5-3,5	nulo	1370 [18]	760 [18]
Vidrio	0,3-0,8	2.5	220-580	10,400-11,600	2-4	N / A	1300	1000
Carbón	0,3-0,35	0,90	260-380	33,400-55,100	0,5-1,5	nulo	3652-3697 [19]	N / A
Nylon	0,9	1,14	140	750	20-30	2.8-5.0	220-265	199
Acrílicos	0,2-0,7	1.14-1.18	39-145	2.500-2.800	20-40	1.0-2.5	Descomponer	180
Aramida	0,4-0,5	1,38-1,45	300-450	9.000-17.000	2-12	1.2-4.3	Descomponer	450
Poliéster	0,4-3,0	1,38	40-170	2500	8-30	0.4	260	170
Polipropileno	0.8-8.0	0,9	65-100	500-750	10-20	nulo	165	100
Polietileno    Bajo    Alto	1.0-40.0	0,92 0,95	11-17 50-71	725	25-50 20-30	nulo nulo	110 135	55 sesenta y cinco
a Adaptado de ACI 544. IR-96 P40, referencia [12] P240, [11] P209 y [13] b N / A significa propiedades que no están disponibles o no son aplicables

Las tablas anteriores solo muestran las propiedades típicas de las fibras, de hecho, hay más propiedades que se podrían referir de la siguiente manera (de la a a la z): ^[13]

Resistencia al Arco, Biodegradable , Coeficiente de Expansión Térmica Lineal , Temperatura de Servicio Continuo, Densidad de Plásticos , Temperatura de Transición Dúctil / Quebradiza , Elongación en la Rotura, Elongación en el Rendimiento, Resistencia al Fuego, Flexibilidad, Resistencia a la Radiación Gamma, Brillo, Temperatura de Transición del Vidrio , Dureza , Temperatura de deflexión térmica , contracción, rigidez , máxima resistencia a la tracción , aislamiento térmico , dureza , transparencia , resistencia a la luz ultravioleta, resistividad de volumen, Absorción de agua, Módulo de Young

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las fibras .

• Compuesto de matriz cerámica
• Fibra dietética
• Cultivo de fibra
• Simulación de fibra
• Fibras en geometría diferencial
• Fibra moldeada
• Fibra nerviosa
• Fibra óptica

Referencias

1. Harper, Douglas. "fibra" . Diccionario de etimología en línea .
2. Kadolph, Sara (2002). Textiles . Prentice Hall . ISBN 978-0-13-025443-6.
3. Saad, Mohamed (octubre de 1994). Investigaciones de estructura y empaquetamiento de baja resolución de dominios cristalinos de colágeno en tendón usando rayos X de radiación de sincrotrón, determinación de factores de estructura, evaluación de métodos de reemplazo isomorfo y otros modelos . Tesis doctoral, Université Joseph Fourier Grenoble I. págs. 1–221. doi : 10.13140 / 2.1.4776.7844 .
4. "fibra sintética" . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.
5. Kauffman, George B. (1993). "Rayón: el primer producto de fibra semisintética". Revista de educación química . 70 (11): 887. Código bibliográfico : 1993JChEd..70..887K . doi : 10.1021 / ed070p887 .
6. "fibra sintética" . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.
7. Serope Kalpakjian, Steven R Schmid. "Ingeniería y Tecnología de Fabricación". Edición internacional. 4ª Ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8 . 
8. James Edward Gordon; Philip Ball (2006). La nueva ciencia de los materiales fuertes, o por qué no te caes al suelo . Prensa de la Universidad de Princeton . ISBN 978-0-691-12548-0. Consultado el 28 de octubre de 2011 .
9. Hans-J. Koslowski. "Diccionario de fibras artificiales". Segunda edicion. Deutscher Fachverlag. 2009 ISBN 3-86641-163-4 
10. Shenoy, Aroon (1999). Reología de sistemas de polímeros rellenos . Editores académicos de Kluwer. ISBN 978-0-412-83100-3.
11. Hollaway, C. (1990). Polímeros y compuestos poliméricos en la construcción . Gran Bretaña: Bulter y Tanner Ltd. p. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0.
12. Diseño y control de mezclas de hormigón ". Decimosexta edición . Estados Unidos de América: Portland Cement Association. 2018. pp. 237–247. ISBN 978-0-89312-277-5.
13. "Propiedades del polímero - Omexus de Special Chem" .
14. "Fibra de sisal - Mundo de Sisal" .
15. Sain, M. (2014). "El uso de fibras de bagazo de caña de azúcar como refuerzos en composites". En Faruk, Omar; Sain, Mohini (eds.). Refuerzos de Biofibras en Materiales Compuestos . Ciencia y tecnología de Elsevier. ISBN 9781782421221.
16. Narayanan, Venkateshwaran (2012). "Propiedades mecánicas y de absorción de agua de los compuestos híbridos tejidos de yute / plátano". Fibras y Polímeros . 13 (7, 907–914).
17. K. Murali Mohan, Rao (2007). "Propiedades de tracción de los compuestos de polímero reforzado con fibra de pasto elefante". Revista de ciencia de materiales . 42 (9, 3266–3272).
18. "Materiales metálicos –TEADIT" (PDF) .
19. "Fibra de carbono - elementos estadounidenses" .