Fibras naturais e artificiais

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Fibra de abaca da granxa de abellas de Bohol.

Fibra (do latín: fibra)[1] é unha substancia natural ou artificial que é significativamente máis longa que ampla.[2] As fibras úsanse a miúdo na fabricación doutros materiais. Os materiais de enxeñaría máis resistentes adoitan incorporar fibras, por exemplo fibra de carbono e polietileno de peso molecular ultra alto.

Fibras naturais[editar | editar a fonte]

Fibras de palma de coco comprimidas en bólas e secadas en Abomey, no Benín.
En 2005 prohibiuse todo tipo de fibrocemento con fibras de amianto.[3]

As fibras naturais son filamentos que constitúen o compoñente dos tecidos animais e vexetais e que se presenta xeralmente agrupado en feixes.[4] Inclúen as producidas por plantas, animais e procesos xeolóxicos.[5] Pódense clasificar segundo a súa orixe.

Fibras de coláxeno vistas ao microscopio electrónico de transmisión.

Fibras artificiais[editar | editar a fonte]

As fibras sintéticas adoitan producirse de forma moi barata e en grandes cantidades en comparación coas fibras naturais, pero para a roupa as fibras naturais poden achegar algúns beneficios, como a comodidade, sobre as súas contrapartes sintéticas. As fibras artificiais ou químicas son fibras cuxa composición química, estrutura e propiedades se modifican significativamente durante o proceso de fabricación. Na moda, unha fibra é un fío de material longo e fino que se pode tecer facendo un tecido.[7] As fibras artificiais consisten en fibras rexeneradas e fibras sintéticas.

Fibras semisintéticas[editar | editar a fonte]

Síntese do rayon ou raión. Cando a viscosa entra en contacto co ácido sulfúrico, a celulosa da solución comeza a polimerizar. O ácido sulfúrico reacciona co composto complexo de cobre e disólveo. Fórmanse finas fibras azuis de raión. Despois de certo tempo, o ácido sulfúrico reacciona co composto complexo e elimina os sales de cobre das fibras. As fibras tórnanse incoloras.

As fibras semisintéticas están feitas de materias primas cunha estrutura de polímero de cadea longa naturalmente e só se modifican e degradan parcialmente por procesos químicos, en contraste coas fibras completamente sintéticas como o nailon (poliamida) ou o dacron (poliéster), que o químico sintetiza a partir de compostos de baixo peso molecular por reaccións de polimerización (construción de cadea). A fibra semisintética máis antiga é a fibra rexenerada de celulosa, o rayon ou raión.[8] A maioría das fibras semisintéticas son fibras rexeneradas con celulosa.

Fibras rexeneradas de celulosa[editar | editar a fonte]

As fibras de celulosa son un subconxunto de fibras artificiais semisintéticas, rexeneradas a partir de celulosa natural. A celulosa provén de varias fontes: raión da fibra de madeira da árbore, fibra de bambú do bambú, célula das algas mariñas, etc. Na produción destas fibras, a celulosa redúcese a unha forma bastante pura como unha masa viscosa e confórmase en fibras por extrusión. a través de fileiras. Polo tanto, o proceso de fabricación deixa poucas características distintivas do material de orixe natural nos produtos acabados.

Algúns exemplos deste tipo de fibra son o raión ou as fibras de diacetato e de triacetato.[9]

Planta de fibra sintética en Volzhsky, Volgogrado, Rusia.

Fibras sintéticas[editar | editar a fonte]

As fibras sintéticas proceden integramente de materiais sintéticos como os petroquímicos, a diferenza das fibras artificiais derivadas de substancias tan naturais como a celulosa ou as proteínas.[10]

A clasificación das fibras nos plásticos reforzados divídese en dúas clases: (i) fibras curtas, tamén coñecidas como fibras discontínuas, cunha relación de aspecto xeral (definida como a relación entre a lonxitude da fibra e o diámetro) entre 20 e 60, e (ii) fibras longas, tamén coñecidas como fibras continuas, a relación de aspecto xeral está entre 200 e 500.[11]

Fibras metálicas[editar | editar a fonte]

Pareo 'Songket', de fibra metálica sobre seda Singaraja, da década de 1920.
Fibra de carbono á vista de lupa.

As fibras metálicas pódense extraer de metais dúctiles como o cobre, o ouro ou a prata e extruir ou depositar a partir doutros máis fráxiles, como o níquel, o aluminio ou o ferro.

Fibra de carbono[editar | editar a fonte]

As fibras de carbono adoitan estar baseadas en polímeros oxidados e carbonizados por pirólise como o PAN (poliacrilonitrilo), pero o produto final é carbono case puro.

Fibra de carburo de silicio[editar | editar a fonte]

Fibras de carburo de silicio, onde os polímeros básicos non son hidrocarburos senón polímeros, onde preto do 50% dos átomos de carbono son substituídos por átomos de silicio, os chamados policarbosilanos. A pirólise produce un carburo de silicio amorfo, incluíndo na súa maioría outros elementos como osíxeno, titanio ou aluminio, pero cunhas propiedades mecánicas moi similares ás das fibras de carbono.

Fibra de vidro[editar | editar a fonte]

A fibra de vidro, feita a partir de vidro específico, e a fibra óptica, feita a partir de cuarzo natural purificado, tamén son fibras artificiais que proveñen de materias primas naturais, fibra de sílice, feita a partir de silicato de sodio ('vidro de auga') e fibra de basalto feita de basalto fundido.

Fibras minerais[editar | editar a fonte]

As fibras minerais poden ser particularmente fortes porque están formadas cun baixo número de defectos na superficie; o amianto é común.[12]

Fibras poliméricas[editar | editar a fonte]

  • Fibra óptica.
    Fibra de vidro.
    As fibras poliméricas son un subconxunto de fibras artificiais, que se basean en produtos químicos sintéticos (a miúdo de fontes petroquímicas ) en lugar de proceder de materiais naturais por un proceso puramente físico. Estas fibras están feitas de:
    • nailon de poliamida
    • Poliéster PET ou PBT
    • fenol-formaldehido (PF)
    • Vinión de fibra de cloruro de polivinilo (PVC).
    • fibra de olefina de poliolefinas (PP e PE).
    • os poliésteres acrílicos, as fibras PAN de poliéster puro utilízanse para fabricar fibra de carbono torrándoas nun ambiente con pouco osíxeno. A fibra acrílica tradicional úsase con máis frecuencia como substituto sintético da lan. As fibras de carbono e as fibras PF son dúas fibras a base de resina que non son termoplásticas, a maioría das outras poden fundirse.
      Fibras de poliuretano (microfotografía).
    • as poliamidas aromáticas (aramidas) como Twaron, Kevlar e Nomex degrádanse termicamente a altas temperaturas e non se funden. Estas fibras teñen un forte enlace entre as cadeas de polímero
    • polietileno (PE), eventualmente con cadeas extremadamente longas/ HMPE (por exemplo, Dyneema ou Spectra).
    • Incluso pódense usar elastómeros, por exemplo o spandex, aínda que as fibras de uretano están empezando a substituír a tecnoloxía spandex.
    • fibra de poliuretano
    • Elastolefina
  • As fibras coextrudidas teñen dous polímeros distintos que forman a fibra, xeralmente como 'núcleo-vaina' ou 'lado a lado'. Existen fibras revestidas como as revestidas con níquel para proporcionar eliminación estática, revestidas con prata para proporcionar propiedades antibacterianas e revestidas con aluminio para proporcionar desvío de RF para dispersión para radares (radar chaff). A dispersión para radares, ou engano de radares, é realmente un carrete de continuo fío de vidro que foi revestido con aluminio. Un dispositivo de corte de alta velocidade montado no avión córtao mentres sae dun avión en movemento para confundir os sinais de radar.
Microfibra comparada cun cabelo humano.

Microfibras[editar | editar a fonte]

Inventadas no Xapón a principios dos anos 80, as microfibras tamén se coñecen como fibras de microdenier. Pódense producir acrílico, nailon, poliéster, lyocell e raion como microfibras. En 1986, Hoechst AG de Alemaña produciu microfibra en Europa. Esta fibra chegou aos Estados Unidos en 1990 por DuPont.[13]

As microfibras nos téxtiles refírense a fibras sub-denier (como o poliéster estirado a 0,5 denier). Denier e Dtex son dúas medidas do rendemento da fibra baseadas no peso e a lonxitude. Se se coñece a densidade da fibra, tamén tes un diámetro de fibra, se non, é máis sinxelo medir diámetros en micrómetros. As microfibras en fibras técnicas refírese a fibras ultrafinas (vidro ou termoplásticos fundidos) que se usan a miúdo na filtración. Os deseños de fibra máis novos inclúen fibra de extrusión que se divide en varias fibras máis finas. A maioría das fibras sintéticas son de sección transversal redonda, pero os deseños especiais poden ser ocos, ovalados, en forma de estrela ou trilobulados. Este último deseño proporciona propiedades máis reflectantes opticamente. As fibras téxtiles sintéticas acostuman engarzarse para proporcionar volume nunha estrutura tecida, non tecida ou de punto. As superficies das fibras tamén poden ser mates ou brillantes. As superficies mates dispersan a luz, mentres que as brillantes reflicten a luz de maneira máis directa, dando-lles un aspecto máis luminoso.

As fibras moi curtas e/ou irregulares foron chamadas fibrilas. A celulosa natural, como o algodón ou o kraft branqueado, mostra fibrilas máis pequenas que sobresaen e afastan da estrutura principal da fibra.[14]

Propiedades típicas das fibras seleccionadas[editar | editar a fonte]

As fibras pódense dividir en substancias naturais e artificiais (sintéticas), as súas propiedades poden afectar o seu rendemento en moitas aplicacións. Os materiais de fibra sintética están a substituír cada vez máis outros materiais convencionais como o vidro e a madeira en varias aplicacións.[15] Isto débese a que as fibras artificiais poden ser deseñadas química, física e mecanicamente para adaptarse a unha enxeñaría técnica particular.[16] Ao elixir un tipo de fibra, un fabricante equilibraría as súas propiedades cos requisitos técnicos das aplicacións. Hai varias fibras dispoñíbeis para seleccionar para a súa fabricación. Aquí están as propiedades típicas das fibras naturais da mostra en comparación coas propiedades das fibras artificiais.

Táboa 1. Propiedades típicas das fibras naturais seleccionadas [17] [18]
Tipo de fibra Diámetro da fibra

(en)

Gravidade específica Resistencia á tensión

(Ksi)

Módulo elástico

(Ksi)

Alongamento á rotura

(%)

Absorción de auga

(%)

Fibra de madeira

(Papa 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 [19] 1,45 [19] 40-82.4 1880-3770 3-5 60-70
Bagazo de cana de azucre 0,008-0,016 1.2-1.3 26,7-42 2175-2750 1.1 [20] 70-75
Bambú 0,002-0,016 1.5 50,8-72,5 4780-5800 N / A 40-45
Juta/Xuta 0,004-0,008 1.02-1.04 36,3-50,8 3770-4640 1,5-1,9 28,64 [21]
Herba de elefante ( Saccharum ravennae e outras) 0,003-0,016 [22] 0,818 [22] 25.8 710 3.6 N/Ab
a Adaptado de ACI 544. IR-96 P58, referencia [12] P240 e [13]

b N/A significa propiedades non dispoñíbeis ou non aplicábeis

Táboa 2. Propiedades das fibras artificiais seleccionadas
Tipo de fibra Diámetro da fibra

(0,001 en)

Gravidade específica Resistencia á tracción (Ksi) Módulo de elasticidade

(Ksi)

Alongamento á rotura

(%)

Absorción de auga

(%)

Punto de fusión

(°C)

Máximo traballo

Temperatura (°C)

Aceiro 4-40 7.8 70-380 30.000 0,5-3,5 nulo [23]1370 760 [23]
Vidro 0,3-0,8 2.5 220-580 10.400-11.600 2-4 N / A 1300 1000
Carbono 0,3-0,35 0,90 260-380 33.400-55.100 0,5-1,5 nulo 3652-3697 [24] 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 Descomp 180
Aramida 0,4-0,5 1.38-1.45 300-450 9.000-17.000 2-12 1.2-4.3 Descomp 450
Poliéster 0,4-3,0 1.38 40-170 2.500 8-30 0,4 260 170
Polipropileno 0,8-8,0 0,9 65-100 500-750 10-20 nulo 165 100
Polietileno

Baixo

Alto

1,0-40,0 0,92

0,95

11-17

50-71

725 25-50

20-30

nulo

nulo

110

135

55

65

a Adaptado de ACI 544. IR-96 P40, referencia [12] P240, [11] P209 e [13]

b N/A significa propiedades non dispoñíbeis ou non aplicábeis

As táboas anteriores só mostran as propiedades típicas das fibras, de feito hai máis propiedades que se poden referir do seguinte xeito:[25]

Resistencia ao arco, Biodegradabilidade, Coeficiente de expansión térmica lineal, Temperatura de servizo continuo, Densidade dos plásticos, Temperatura de transición dúctil / fráxil, Alongamento á rotura, Alongamento ao rendemento, Resistencia ao lume, Flexibilidade, Resistencia á radiación gamma, Brillo, Temperatura de transición vítrea, Dureza, Temperatura de deflexión térmica, Encollemento, Rixidez, Resistencia máxima á tracción, illamento térmico, Tenacidade, Transparencia, Resistencia á luz UV, Resistividade do volume, Absorción de auga, Módulo de Young

Notas

  1. Harper, Douglas. "fiber". Online Etymology Dictionary. 
  2. "bUSCatermos; fibra". aplicacions.usc.es. Consultado o 2023-12-09. 
  3. "La Comisión amplía la prohibición en la UE de la mayoría de productos con contenido en amianto". CORDIS; European Commission (en castelán). Consultado o 2023-12-10. 
  4. "fibra". Dicionario da Real Academia Galega. Consultado o 2023-12-09. 
  5. Kadolph, Sara (2002). Textiles. Prentice Hall. ISBN 978-0-13-025443-6. 
  6. Saad, Mohamed (1994). "Low resolution structure and packing investigations of collagen crystalline domains in tendon using Synchrotron Radiation X-rays, Structure factors determination, evaluation of Isomorphous Replacement methods and other modeling. Thesis 300dpi" (en inglés). doi:10.13140/2.1.4776.7844. 
  7. "Man-made fibre ; Types, Properties, & Uses". www.Britannica.com (en inglés). Consultado o 2023-12-09. 
  8. Kauffman, George B. (1993-11). "Rayon: The first semi-synthetic fiber product". Journal of Chemical Education (en inglés) 70 (11): 887. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed070p887. 
  9. Historicamente, o diacetato de celulosa e o triacetato de celulosa clasificáronse baixo o termo rayon, pero agora considéranse materiais distintos.
  10. synthetic fibre. Encyclopædia Britannica, Inc. 2013. 
  11. Serope Kalpakjian, Steven R Schmid. "Manufacturing Engineering and Technology". International edition. 4th Ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8.
  12. Gordon, J. E. (2006-02-19). The New Science of Strong Materials: Or Why You Don't Fall Through the Floor (en inglés). Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12548-0. 
  13. "Fabric Science". Scribd (en inglés). Consultado o 2023-12-10. 
  14. Hans-J. Koslowski. "Man-Made Fibers Dictionary". Second edition. Deutscher Fachverlag. 2009 ISBN 3-86641-163-4
  15. Shenoy,, Aroon (1999). Rheology of Filled Polymer Systems. Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3. 
  16. Hollaway, C (1990). Polymers and Polymer Composites in Construction. Bulter and Tanner Ltd. p. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0. 
  17. Amartey, B. H. S.; Kumator, T. J.; Amartey, Y. D.; Ali, A. (2023-01-01). "The Use of Oil Palm Fibre as an Additive in Concrete". Materials Today: Proceedings. 1st International Conference on Advances in Cement and Concrete 86: 111–115. ISSN 2214-7853. doi:10.1016/j.matpr.2023.03.820. 
  18. "Polymer Properties & Chemical Resistance of Plastics". omnexus.specialchem.com (en inglés). Consultado o 2023-12-10. 
  19. 19,0 19,1 "Sisal.ws". www.sisal.ws. Consultado o 2023-12-10. 
  20. "Biofiber Reinforcements in Composite Materials". ScienceDirect (en inglés). Consultado o 2023-12-10. 
  21. Venkateshwaran, N.; ElayaPerumal, A. (2012-09-01). "Mechanical and water absorption properties of woven jute/banana hybrid composites". Fibers and Polymers (en inglés) 13 (7): 907–914. ISSN 1875-0052. doi:10.1007/s12221-012-0907-0. 
  22. 22,0 22,1 Rao, K. Murali Mohan; Prasad, A. V. Ratna; Babu, M. N. V. Ranga; Rao, K. Mohan; Gupta, A. V. S. S. K. S. (2007-05-01). "Tensile properties of elephant grass fiber reinforced polyester composites". Journal of Materials Science (en inglés) 42 (9): 3266–3272. ISSN 1573-4803. doi:10.1007/s10853-006-0657-8. 
  23. 23,0 23,1 "Tipical Metal Properties" (PDF). .allsealsinc.com. 
  24. Elements, American. "Carbon Fiber". American Elements (en inglés). Consultado o 2023-12-10. 
  25. "Polymer Properties & Chemical Resistance of Plastics". omnexus.specialchem.com (en inglés). Consultado o 2023-12-10. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]