Fibra

La fibra (escrita fiber en inglés británico ; 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 suelen incorporar fibras, por ejemplo, la fibra de carbono y el polietileno de ultra alto peso molecular .

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 tienen algunas ventajas, como la comodidad, sobre sus homólogas sintéticas.

fibras naturales

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

Las fibras vegetales se basan generalmente en la disposición de la celulosa , a menudo con lignina ; algunos ejemplos son el algodón , el cáñamo , el yute , el lino , el abacá , la piña , el ramio , el sisal , el bagazo y el plátano . Las fibras vegetales se utilizan en la fabricación de papel y textiles (telas), y la fibra dietética es un componente importante de la nutrición humana.
La fibra de madera , a diferencia de la fibra vegetal, proviene de árboles. Entre sus formas se incluyen la pasta mecánica, la corteza de encaje , la pulpa termomecánica (PTM) y las pulpas kraft o sulfita, blanqueadas o sin blanquear. Los términos kraft y sulfita se refieren al tipo de proceso de pulpado utilizado para eliminar la lignina que une la estructura original de la madera, liberando así las fibras para su uso en papel y productos de madera de ingeniería, como los tableros de fibra .
Las fibras animales se componen principalmente de proteínas específicas. Algunos ejemplos son la seda del gusano de seda , la seda de araña , los tendones , el catgut , la lana , la seda marina y el pelo, como la lana de cachemira , el mohair y la angora , así como la piel de oveja, conejo, visón, zorro, castor, etc.
Las fibras minerales incluyen el grupo del asbesto . El asbesto es la única fibra mineral larga que se encuentra en la naturaleza . Seis minerales se han clasificado como "asbesto", entre ellos el crisotilo de la clase serpentina y los pertenecientes a la clase anfíbol : amosita , crocidolita , tremolita , antofilita y actinolita . Entre los minerales cortos, similares a fibras, se encuentran la wollastonita y la paligorskita .
Las fibras biológicas, también conocidas como proteínas fibrosas o filamentos proteicos , consisten principalmente en proteínas biológicamente relevantes y muy importantes, en las que las mutaciones u otros defectos genéticos pueden provocar enfermedades graves . Algunos ejemplos incluyen la familia de proteínas del colágeno , ^{[ 3 ]} los tendones , las proteínas musculares como la actina y muchas otras, como la seda de araña , los tendones y el cabello .

fibras artificiales

Las fibras artificiales o químicas son fibras cuya composición química, estructura y propiedades se modifican significativamente durante el proceso de fabricación. En moda, una fibra es un hilo o hebra larga y delgada de material que se puede tejer o entrelazar para formar una tela. ^{[ 4 ]} Las fibras artificiales se componen de fibras regeneradas y fibras sintéticas.

Fibras semisintéticas

Las fibras semisintéticas se elaboran a partir de materias primas con una estructura polimérica de cadena larga natural y solo se modifican y degradan parcialmente mediante procesos químicos, a diferencia de las fibras totalmente 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 fibra semisintética más antigua es la fibra regenerada de celulosa, el rayón . ^{[ 5 ]} La mayoría de las fibras semisintéticas son fibras regeneradas de celulosa.

Fibras regeneradas de celulosa

Las fibras de celulosa son un subconjunto de fibras artificiales, regeneradas a partir de celulosa natural . La celulosa proviene de diversas fuentes: rayón (fibra de madera), bambú (fibra de bambú), algas marinas , etc. En la producción de estas fibras, la celulosa se reduce a una forma bastante pura, como una masa viscosa, y se transforma en fibras mediante 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:

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

fibras sintéticas

Las fibras sintéticas provienen enteramente 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 las fibras en los 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 y el diámetro de la fibra) entre 20 y 60, y (ii) fibras largas, también conocidas como fibras continuas, cuya relación de aspecto general se encuentra entre 200 y 500. ^{[ 7 ]}

fibras metálicas

Las fibras metálicas pueden obtenerse a partir de metales dúctiles como el cobre, el oro o la plata, o bien extruirse o depositarse a partir de metales más frágiles, como el níquel, el aluminio o el hierro.

fibra de carbono

Las fibras de carbono suelen estar basadas en polímeros oxidados y carbonizados mediante pirólisis , como el PAN , pero el producto final es prácticamente carbono puro.

fibra de carburo de silicio

Fibras de carburo de silicio , cuyos polímeros básicos no son hidrocarburos , sino polímeros en los que aproximadamente el 50 % de los átomos de carbono se sustituyen por átomos de silicio, denominados policarbosilanos . 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

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; la fibra de sílice , hecha de silicato de sodio (vidrio soluble) y la fibra de basalto, hecha de basalto fundido.

fibras minerales

Las fibras minerales pueden ser particularmente resistentes porque se forman con un bajo número de defectos superficiales; el amianto es un ejemplo común. ^{[ 8 ]}

Fibras poliméricas

Las fibras poliméricas son un subconjunto de las fibras artificiales, que se basan en productos químicos sintéticos (a menudo procedentes 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) vinilo
- fibra de olefina de poliolefinas (PP y PE)
- Los poliésteres acrílicos y las fibras de poliéster puro (PAN) se utilizan para fabricar fibra de carbono mediante un proceso de tostado en un ambiente con bajo contenido de oxígeno. La fibra acrílica tradicional se usa con mayor frecuencia como sustituto sintético de la lana. Las fibras de carbono y las fibras PF se distinguen por ser 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 presentan una fuerte unión entre las cadenas poliméricas.
- polietileno (PE), eventualmente con cadenas extremadamente largas / HMPE (por ejemplo, Dyneema o Spectra).
- Incluso se pueden utilizar elastómeros , como el spandex, aunque las fibras de uretano están empezando a sustituir la tecnología del spandex.
- fibra de poliuretano
- Elastolefin
Las fibras coextruidas constan de dos polímeros distintos que las componen, generalmente con una estructura de núcleo-envoltura o dispuestas en paralelo. Existen fibras recubiertas, como las de níquel para eliminar la estática, las de plata para proporcionar propiedades antibacterianas y las de aluminio para desviar las señales de radiofrecuencia (RF) en el caso de las contramedidas de radar . Estas contramedidas consisten en una bobina de fibra de vidrio continua recubierta de aluminio. Un dispositivo de corte de alta velocidad instalado en la aeronave la fragmenta al ser expulsada por el avión en movimiento para confundir las señales de radar.

Microfibras

Inventadas en Japón a principios de la década de 1980, las microfibras también se conocen como fibras de microdenier. El acrílico, el nailon, el poliéster, el lyocell y el rayón pueden producirse como microfibras. En 1986, Hoechst AG de Alemania comenzó a producir microfibras en Europa. Esta fibra llegó a Estados Unidos en 1990 de la mano de DuPont. ^{[ 9 ]}

En textiles, las microfibras se refieren a fibras subdenier (como el poliéster estirado a 0,5 denier). Denier y Dtex son dos medidas del rendimiento de la fibra basadas en el peso y la longitud. Si se conoce la densidad de la fibra, también se dispone del diámetro; de lo contrario, es más sencillo medir los diámetros en micrómetros. En fibras técnicas, las microfibras se refieren a fibras ultrafinas (vidrio o termoplásticos fundidos por soplado ) que se utilizan a menudo en filtración. Los diseños de fibra más recientes incluyen la extrusión de fibra que se divide en múltiples fibras más finas. La mayoría de las fibras sintéticas tienen una sección transversal redonda, pero existen diseños especiales que pueden ser huecos, ovalados, estrellados o trilobulados . Este último diseño proporciona propiedades más reflectantes ópticamente. Las fibras textiles sintéticas suelen ondularse para aportar volumen a las estructuras tejidas, no tejidas o de punto. Las superficies de las fibras también pueden ser opacas o brillantes. Las superficies opacas reflejan más luz, mientras que las brillantes tienden a transmitirla 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. ^{[ 10 ]}

Propiedades típicas de las fibras seleccionadas

Las fibras se pueden dividir en sustancias naturales y artificiales (sintéticas), y sus propiedades pueden afectar su rendimiento en muchas aplicaciones. Los materiales de fibra sintética están reemplazando cada vez más a otros materiales convencionales como el vidrio y la madera en diversas aplicaciones. ^{[ 11 ]} Esto se debe a que las fibras artificiales se pueden diseñar química, física y mecánicamente para adaptarse a requisitos técnicos específicos. ^{[ 12 ]} Al elegir un tipo de fibra, un fabricante debe equilibrar sus propiedades con los requisitos técnicos de las aplicaciones. Existen diversas fibras disponibles para la fabricación. A continuación, se muestran las propiedades típicas de las fibras naturales de muestra en comparación con las propiedades de las fibras artificiales.

Las tablas anteriores solo muestran propiedades típicas de las fibras; de hecho, hay más propiedades que podrían mencionarse de la siguiente manera (de la a a la z): ^{[ 14 ]}

Resistencia al arco eléctrico, Biodegradable , Coeficiente de dilatación térmica lineal , Temperatura de servicio continuo, Densidad de los plásticos , Temperatura de transición dúctil / frágil , Alargamiento a la rotura, Alargamiento al límite elástico, Resistencia al fuego, Flexibilidad, Resistencia a la radiación gamma, Brillo, Temperatura de transición vítrea , Dureza , Temperatura de deflexión térmica , Contracción, Rigidez , Resistencia a la tracción máxima , Aislamiento térmico , Tenacidad , Transparencia , Resistencia a la luz ultravioleta, Resistividad volumétrica , Absorción de agua, Módulo de Young

Véase también

Referencias

↑ Harper, Douglas. "fibra" . Diccionario etimológico en línea .
1 2 Kadolph, Sara (2002). Textiles . Prentice Hall . ISBN 978-0-13-025443-6.
↑ Saad, Mohamed (octubre de 1994). Investigaciones de la estructura y el empaquetamiento de baja resolución de los dominios cristalinos del colágeno en el tendón mediante rayos X de radiación sincrotrón, determinación de factores estructurales, evaluación de métodos de reemplazo isomorfo y otros modelos (tesis doctoral). Université Joseph Fourier Grenoble I. pp. 1– 221. doi : 10.13140/2.1.4776.7844 .
↑ "fibra artificial" . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.
↑ Kauffman, George B. (1993). "Rayón: el primer producto de fibra semisintética". Journal of Chemical Education . 70 (11): 887. Bibcode : 1993JChEd..70..887K . doi : 10.1021/ed070p887 .
↑ "fibra sintética" . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.
↑ Serope Kalpakjian, Steven R Schmid. «Ingeniería y tecnología de la fabricación». Edición internacional. 4.ª ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8.
↑ Gordon, James Edward; Ball, Philip (2006). La nueva ciencia de los materiales resistentes, o por qué no te caes al suelo . Princeton University Press . ISBN 978-0-691-12548-0Consultado el 28 de octubre de 2011 .
↑ Cohen, Allen (11 de noviembre de 2011). JJ Pizzuto's Fabric Science (10.ª ed.). Fairchild Books. pág. 51. ISBN 978-1-60901-380-6.
^ Koslowski, Hans-J. (2009). Diccionario de fibras sintéticas (Segunda ed.). Deutscher Fachverlag. ISBN 978-3-86641-163-0.
↑ Shenoy, Aroon (1999). Reología de sistemas poliméricos rellenos . Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3.
↑ Hollaway, C. (1990). Polímeros y compuestos poliméricos en la construcción . Gran Bretaña: Butler and Tanner. pág. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0.
↑ Diseño y control de mezclas de concreto. Decimosexta edición . Estados Unidos de América: Portland Cement Association. 2018. págs. 237–247 . ISBN 978-0-89312-277-5.
1 2 "Propiedades de los polímeros – Omexus de Special Chem" .
1 2 "Fibra de sisal – El mundo del sisal" .
↑ Sain, M. (2014). "El uso de fibras de bagazo de caña de azúcar como refuerzos en materiales compuestos". En Faruk, Omar; Sain, Mohini (eds.). Refuerzos de biofibras en materiales compuestos . Elsevier Science & Technology. ISBN 9781782421221.
↑ Narayanan, Venkateshwaran (2012). "Propiedades mecánicas y de absorción de agua de compuestos híbridos de yute/plátano tejidos". Fibras y polímeros . 13 (7, 907– 914): 907– 914. doi : 10.1007/s12221-012-0907-0 .
1 2 K. Murali Mohan, Rao (2007). "Propiedades de tracción de compuestos poliméricos reforzados con fibra de hierba elefante". Journal of Materials Science . 42 (9, 3266– 3272): 3266– 3272. Bibcode : 2007JMatS..42.3266R . doi : 10.1007/s10853-006-0657-8 .
1 2 "Materiales metálicos – TEADIT" (PDF) .
↑ "Fibra de carbono – Elementos estadounidenses" .

[1] Harper, Douglas. "fibra" . Diccionario etimológico en línea .

[Kadolph_2002-2] 1 2 Kadolph, Sara (2002). Textiles . Prentice Hall . ISBN 978-0-13-025443-6.

[Saad_1994-3] Saad, Mohamed (octubre de 1994). Investigaciones de la estructura y el empaquetamiento de baja resolución de los dominios cristalinos del colágeno en el tendón mediante rayos X de radiación sincrotrón, determinación de factores estructurales, evaluación de métodos de reemplazo isomorfo y otros modelos (tesis doctoral). Université Joseph Fourier Grenoble I. pp. 1– 221. doi : 10.13140/2.1.4776.7844 .

[4] "fibra artificial" . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.

[5] Kauffman, George B. (1993). "Rayón: el primer producto de fibra semisintética". Journal of Chemical Education . 70 (11): 887. Bibcode : 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 la fabricación». Edición internacional. 4.ª ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8.

[8] Gordon, James Edward; Ball, Philip (2006). La nueva ciencia de los materiales resistentes, o por qué no te caes al suelo . Princeton University Press . ISBN 978-0-691-12548-0Consultado el 28 de octubre de 2011 .

[Cohen-9] Cohen, Allen (11 de noviembre de 2011). JJ Pizzuto's Fabric Science (10.ª ed.). Fairchild Books. pág. 51. ISBN 978-1-60901-380-6.

[10] Koslowski, Hans-J. (2009). Diccionario de fibras sintéticas (Segunda ed.). Deutscher Fachverlag. ISBN 978-3-86641-163-0.

[11] Shenoy, Aroon (1999). Reología de sistemas poliméricos rellenos . Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3.

[12] Hollaway, C. (1990). Polímeros y compuestos poliméricos en la construcción . Gran Bretaña: Butler and Tanner. pág. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0.

[13] Diseño y control de mezclas de concreto. Decimosexta edición . Estados Unidos de América: Portland Cement Association. 2018. págs. 237–247 . ISBN 978-0-89312-277-5.

[:1-14] 1 2 "Propiedades de los polímeros – Omexus de Special Chem" .

[:2-15] 1 2 "Fibra de sisal – El mundo del sisal" .

[16] Sain, M. (2014). "El uso de fibras de bagazo de caña de azúcar como refuerzos en materiales compuestos". En Faruk, Omar; Sain, Mohini (eds.). Refuerzos de biofibras en materiales compuestos . Elsevier Science & Technology. ISBN 9781782421221.

[17] Narayanan, Venkateshwaran (2012). "Propiedades mecánicas y de absorción de agua de compuestos híbridos de yute/plátano tejidos". Fibras y polímeros . 13 (7, 907– 914): 907– 914. doi : 10.1007/s12221-012-0907-0 .

[:3-18] 1 2 K. Murali Mohan, Rao (2007). "Propiedades de tracción de compuestos poliméricos reforzados con fibra de hierba elefante". Journal of Materials Science . 42 (9, 3266– 3272): 3266– 3272. Bibcode : 2007JMatS..42.3266R . doi : 10.1007/s10853-006-0657-8 .

[:4-19] 1 2 "Materiales metálicos – TEADIT" (PDF) .

[20] "Fibra de carbono – Elementos estadounidenses" .

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