Fibra

Sustancia natural o sintética que es significativamente más larga que ancha.

La fibra o fibra ( 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, fibra de carbono y polietileno de peso molecular ultraalto .

Las fibras sintéticas a menudo se pueden producir de forma muy barata y en grandes cantidades en comparación con las fibras naturales, pero para la ropa las fibras naturales tienen algunos beneficios, como la comodidad, sobre sus contrapartes 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 combinaciones de 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 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 , a diferencia de la fibra vegetal, proviene de árboles. Entre sus formas de producción se encuentran la pulpa de madera molida, la pulpa de corteza de encaje , la pulpa termomecánica (TMP) y las pulpas kraft o al sulfito blanqueadas o sin blanquear. Los términos kraft y sulfito se refieren al tipo de proceso de despulpado que se utiliza 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 industrializados , como el tablero de fibra .
Las fibras animales se componen en gran parte de proteínas específicas. Algunos ejemplos son la seda de gusanos 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 , y las pieles como la de oveja, conejo, visón, zorro, castor, etc.
Las fibras minerales incluyen el grupo del amianto . El amianto es la única fibra mineral larga que se encuentra en la naturaleza . Se han clasificado como "amianto" seis minerales, entre ellos el crisotilo de la clase de las serpentinas y los que pertenecen a la clase de los anfíboles : 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 , están formadas en gran parte por proteínas biológicamente relevantes y biológicamente muy importantes, en las que las mutaciones u otros defectos genéticos pueden provocar enfermedades graves . Entre ellos se incluyen la familia de proteínas del colágeno ^[3] , los tendones , las proteínas musculares como la actina , las proteínas celulares como los microtúbulos ^{[ cita requerida ]} 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 el ámbito de la moda, una fibra es una hebra o hilo largo y fino de material que se puede tejer o tejer para formar una tela. ^[4] Las fibras artificiales están compuestas por fibras regeneradas y fibras sintéticas.

Fibras semisintéticas

Las fibras semisintéticas se fabrican 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 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 de celulosa.

Fibras regeneradas de celulosa

Las fibras de celulosa son un subconjunto de las fibras artificiales, regeneradas a partir de celulosa natural . La celulosa proviene de diversas fuentes: rayón de fibra de madera de árbol, fibra de bambú de bambú, seacell de algas marinas , 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:

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

Fibras sintéticas

Los sintéticos 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 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, cuya relación de aspecto general está entre 200 y 500. ^[7]

Fibras metálicas

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

Fibra de carbono

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

Fibra de carburo de silicio

Fibras de carburo de silicio , en las que los polímeros básicos no son hidrocarburos sino polímeros, en los que aproximadamente el 50% de los átomos de carbono están sustituidos 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

También son fibras artificiales que proceden de materias primas naturales la fibra de vidrio , fabricada a partir de un vidrio específico, y la fibra óptica , fabricada a partir de cuarzo natural purificado , la fibra de sílice , fabricada a partir de silicato de sodio (vidrio de agua) y la fibra de basalto, fabricada a partir de basalto fundido.

Fibras minerales

Las fibras minerales pueden ser particularmente fuertes porque se forman con un bajo número de defectos superficiales; el asbesto es uno común. ^[8]

Fibras poliméricas

Las fibras poliméricas son un subconjunto de las fibras artificiales, que se basan en sustancias químicas sintéticas (a menudo de fuentes petroquímicas ) en lugar de surgir de materiales naturales mediante un proceso puramente físico. Estas fibras están hechas de:
- nailon poliamida
- Poliéster PET o PBT
- fenol- formaldehído (PF)
- Fibra de cloruro de polivinilo (PVC) vinyon
- Fibras de olefinas de poliolefina (PP y PE)
- Los poliésteres acrílicos y las fibras de poliéster puro PAN se utilizan para fabricar fibra de carbono tostándolas en un entorno con poco oxígeno. La fibra acrílica tradicional se utiliza con más frecuencia como sustituto sintético de la lana. Las fibras de carbono y las fibras 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 polímeros.
- polietileno (PE), eventualmente con cadenas extremadamente largas / HMPE (por ejemplo, Dyneema o Spectra).
- Incluso se pueden utilizar elastómeros , como por ejemplo spandex , aunque las fibras de uretano están empezando a sustituir a la tecnología spandex.
- fibra de poliuretano
- Elastolefina
Las fibras coextruidas tienen dos polímeros distintos que forman la fibra, generalmente como una cubierta de núcleo o una al lado de la otra. Existen fibras recubiertas, como las recubiertas de níquel para proporcionar eliminación de estática, recubiertas de plata para proporcionar propiedades antibacterianas y recubiertas de aluminio para proporcionar desviación de RF para el chaff del radar . El chaff del radar es en realidad un carrete de estopa de vidrio continua que ha sido recubierta de aluminio. Un cortador de alta velocidad montado en la aeronave lo corta a medida que sale disparado de una aeronave en movimiento para confundir las señales del radar.

Microfibras

Las microfibras, inventadas en Japón a principios de los años 80, también se conocen como fibras de microdenier. Se pueden producir microfibras de acrílico, nailon, poliéster, lyocell y rayón. En 1986, Hoechst AG de Alemania produjo microfibras en Europa. Esta fibra llegó a los Estados Unidos en 1990 de la mano de DuPont. ^[9]

Las microfibras en los textiles se refieren a fibras de 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 tiene un diámetro de fibra; de lo contrario, es más sencillo medir los diámetros en micrómetros. Las microfibras en las fibras técnicas se refieren a fibras ultrafinas (vidrio o termoplásticos fundidos por soplado ) que se utilizan a menudo en la filtración. Los diseños de fibra más nuevos incluyen fibra extruida que se divide en múltiples fibras más finas. La mayoría de las fibras sintéticas son redondas en sección transversal, pero los diseños especiales pueden ser huecos, ovalados, en forma de estrella o trilobulados . El último diseño proporciona más 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 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 denominan fibrillas. La celulosa natural , como el algodón o el papel kraft blanqueado , presenta fibrillas más pequeñas que sobresalen y se alejan de la estructura principal de la fibra. ^[10]

Propiedades típicas de fibras seleccionadas

Las fibras se pueden dividir en sustancias naturales y artificiales (sintéticas), 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 una serie de aplicaciones. ^[11] Esto se debe a que las fibras artificiales se pueden diseñar química, física y mecánicamente para adaptarse a una ingeniería técnica particular. ^[12] 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. Aquí se muestran las propiedades típicas de las fibras naturales de muestra en comparación con las propiedades de las fibras artificiales.

Tabla 1. Propiedades típicas de fibras naturales seleccionadas ^[13]^[14]
Tipo de fibra	Diámetro de la fibra (en)	Peso específico	Resistencia a la tracción (Ksi)	Módulo elástico (Ksi)	Alargamiento de 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 ^[15]	1.45 ^[15]	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 ^[16]	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 ^[17]
Hierba elefante	0,003-0,016 ^[18]	0,818 ^[18]	25.8	710	3.6	Coger
a Adaptado de ACI 544. IR-96 P58, referencia [12] P240 y [13] b N/A significa propiedades no disponibles o no aplicables

Tabla 2. Propiedades de fibras artificiales seleccionadas
Tipo de fibra	Diámetro de la fibra (0,001 pulgadas)	Peso específico	Resistencia a la tracción (Ksi)	Módulo de elasticidad (Ksi)	Alargamiento de rotura (%)	Absorción de agua (%)	Punto de fusión (°C)	Trabajo máximo Temperatura (°C)
Acero	4-40	7.8	70-380	30.000	0,5-3,5	nulo	1370 ^[19]	760 ^[19]
Vaso	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 ^[20]	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	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 Bajo 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 y [13] b N/A significa propiedades no disponibles o no aplicables

Las tablas anteriores sólo 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, Biodegradable , Coeficiente de expansión térmica lineal , Temperatura de servicio continuo, Densidad de plásticos , Temperatura de transición dúctil / frágil , Alargamiento en el punto de rotura, Alargamiento en el punto de fluencia, Resistencia al fuego, Flexibilidad, Resistencia a la radiación gamma, Brillo, Temperatura de transición vítrea , Dureza , Temperatura de deflexión térmica , Contracción, Rigidez , Resistencia máxima a la tracción , 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 Online .
^ de Kadolph, Sara (2002). Textiles . Prentice Hall . ISBN 978-0-13-025443-6.
^ Saad, Mohamed (octubre de 1994). Investigaciones de baja resolución sobre la estructura y el empaquetamiento de dominios cristalinos de colágeno en tendones utilizando rayos X de radiación de sincrotrón, determinación de factores estructurales, 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.
^ "fibra sintética". Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. 2013.
^ Kauffman, George B. (1993). "Rayón: el primer producto de fibra semisintética". Revista de Educación Química . 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 fabricación". Edición internacional. 4.ª ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8 .
^ James Edward Gordon; Philip Ball (2006). La nueva ciencia de los materiales resistentes, o por qué no te caes a través del suelo. Princeton University Press . ISBN 978-0-691-12548-0. Recuperado 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.
^ Hans-J. Koslowski. "Diccionario de fibras sintéticas". Segunda edición. Deutscher Fachverlag. 2009 ISBN 3-86641-163-4
^ Shenoy, Aroon (1999). Reología de sistemas de polímeros rellenos . Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3.
^ Hollaway, C. (1990). Polímeros y compuestos poliméricos en la construcción . Gran Bretaña: Bulter and Tanner Ltd. pág. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0.
^ Diseño y control de mezclas de hormigón". Decimosexta edición . Estados Unidos de América: Portland Cement Association. 2018. págs. 237–247. ISBN 978-0-89312-277-5.
^ ab "Propiedades de los polímeros – Omexus de Special Chem".
^ ab "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 y plátano tejidos". Fibras y polímeros . 13 (7, 907–914). doi :10.1007/s12221-012-0907-0.
^ ab K. Murali Mohan, Rao (2007). "Propiedades de tracción de compuestos poliméricos reforzados con fibra de pasto de elefante". Revista de ciencia de materiales . 42 (9, 3266–3272). doi :10.1007/s10853-006-0657-8.
^ ab "Materiales Metálicos – TEADIT" (PDF) .
^ "Fibra de carbono – Elementos estadounidenses".

[1] Harper, Douglas. "fibra". Diccionario Etimológico Online .

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

[Saad_1994-3] Saad, Mohamed (octubre de 1994). Investigaciones de baja resolución sobre la estructura y el empaquetamiento de dominios cristalinos de colágeno en tendones utilizando rayos X de radiación de sincrotrón, determinación de factores estructurales, 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. 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 fabricación". Edición internacional. 4.ª ed. Prentice Hall, Inc. 2001. ISBN 0-13-017440-8 .

[8] James Edward Gordon; Philip Ball (2006). La nueva ciencia de los materiales resistentes, o por qué no te caes a través del suelo. Princeton University Press . ISBN 978-0-691-12548-0. Recuperado 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.

[b1-10] Hans-J. Koslowski. "Diccionario de fibras sintéticas". Segunda edición. Deutscher Fachverlag. 2009 ISBN 3-86641-163-4

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

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

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

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

[:2-15] "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 y plátano tejidos". Fibras y polímeros . 13 (7, 907–914). doi :10.1007/s12221-012-0907-0.

[:3-18] K. Murali Mohan, Rao (2007). "Propiedades de tracción de compuestos poliméricos reforzados con fibra de pasto de elefante". Revista de ciencia de materiales . 42 (9, 3266–3272). doi :10.1007/s10853-006-0657-8.

[:4-19] "Materiales Metálicos – TEADIT" (PDF) .

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