الفيبر
الألياف (تُكتب fiber في الإنجليزية البريطانية ؛ من اللاتينية: fibra ) [ 1 ] هي مادة طبيعية أو اصطناعية أطول بكثير من عرضها. [ 2 ] تُستخدم الألياف بكثرة في صناعة مواد أخرى. غالبًا ما تتضمن أقوى المواد الهندسية أليافًا، مثل ألياف الكربون والبولي إيثيلين ذي الوزن الجزيئي العالي جدًا .
يمكن إنتاج الألياف الاصطناعية في كثير من الأحيان بتكلفة زهيدة وبكميات كبيرة مقارنة بالألياف الطبيعية، ولكن بالنسبة للملابس، تتمتع الألياف الطبيعية ببعض المزايا، مثل الراحة، مقارنة بنظيراتها الاصطناعية.
الألياف الطبيعية
تتطور الألياف الطبيعية أو توجد بشكلها الليفي، وتشمل تلك التي تنتجها النباتات والحيوانات والعمليات الجيولوجية. [ 2 ] ويمكن تصنيفها وفقًا لأصلها:
- تتكون الألياف النباتية عمومًا من مركبات السليلوز ، وغالبًا ما تحتوي على اللجنين : ومن أمثلتها القطن ، والقنب ، والجوت ، والكتان ، والأباكا ، والأناناس ، والرامي ، والسيزال ، وبقايا قصب السكر ، والموز . تُستخدم الألياف النباتية في صناعة الورق والمنسوجات ( الأقمشة )، وتُعد الألياف الغذائية عنصرًا هامًا في تغذية الإنسان.
- تُستخرج ألياف الخشب ، التي تختلف عن الألياف النباتية، من مصادر شجرية. وتشمل أنواعها الخشب المطحون، ولحاء الأشجار ، واللب الحراري الميكانيكي، ولب الكرافت أو الكبريتيت المبيض أو غير المبيض. ويشير مصطلحا الكرافت والكبريتيت إلى نوع عملية تصنيع اللب المستخدمة لإزالة مادة اللجنين التي تربط بنية الخشب الأصلية، مما يُحرر الألياف لاستخدامها في صناعة الورق ومنتجات الخشب المُهندسة مثل الألواح الليفية .
- تتكون الألياف الحيوانية في الغالب من بروتينات معينة. ومن الأمثلة على ذلك حرير دودة القز ، وحرير العنكبوت ، والأوتار ، وأمعاء القطط ، والصوف ، وحرير البحر ، والشعر مثل صوف الكشمير ، والموهير، والأنجورا ، والفراء مثل جلد الغنم، والأرنب، والمنك، والثعلب، والقندس، وما إلى ذلك.
- تشمل الألياف المعدنية مجموعة الأسبستوس . الأسبستوس هو الليف المعدني الطويل الوحيد الموجود في الطبيعة . تم تصنيف ستة معادن على أنها "أسبستوس"، بما في ذلك الكريسوتيل من فئة السربنتين ، والمعادن التي تنتمي إلى فئة الأمفيبول : الأموسيت ، والكروسيدوليت ، والترموليت ، والأنثوفيليت ، والأكتينوليت . أما المعادن القصيرة الشبيهة بالألياف فتشمل الولاستونيت والباليغورسكيت .
- تتكون الألياف البيولوجية، والمعروفة أيضاً بالبروتينات الليفية أو خيوط البروتين ، في الغالب من بروتينات ذات أهمية بيولوجية بالغة، حيث يمكن أن تؤدي الطفرات أو العيوب الوراثية الأخرى فيها إلى أمراض خطيرة . ومن الأمثلة على ذلك عائلة بروتينات الكولاجين ، [ 3 ] والأوتار ، وبروتينات العضلات مثل الأكتين ، وغيرها الكثير، مثل خيوط العنكبوت والأوتار والشعر .
الألياف الاصطناعية
الألياف الاصطناعية أو الكيميائية هي ألياف يتم تعديل تركيبها الكيميائي وبنيتها وخصائصها بشكل كبير أثناء عملية التصنيع. في مجال الأزياء، تُعرف الألياف بأنها خيوط طويلة ورفيعة من مادة يمكن حياكتها أو نسجها لتكوين نسيج. [ 4 ] تتكون الألياف الاصطناعية من ألياف مُعاد تدويرها وألياف صناعية.
الألياف شبه الاصطناعية
تُصنع الألياف شبه الاصطناعية من مواد خام ذات بنية بوليمرية طويلة السلسلة بطبيعتها ، وتخضع لتعديلات وتحلل جزئي فقط عبر عمليات كيميائية، على عكس الألياف الاصطناعية بالكامل مثل النايلون (البولي أميد) أو الداكرون (البوليستر)، والتي يُصنّعها الكيميائيون من مركبات منخفضة الوزن الجزيئي عن طريق تفاعلات البلمرة (بناء السلسلة). يُعدّ الرايون ، وهو ألياف مُعاد تدويرها من السليلوز، أقدم الألياف شبه الاصطناعية . [ 5 ] ومعظم الألياف شبه الاصطناعية هي ألياف مُعاد تدويرها من السليلوز.
ألياف السليلوز المُجددة
ألياف السليلوز هي نوع من الألياف الاصطناعية، تُستخلص من السليلوز الطبيعي . ويُستخرج السليلوز من مصادر متنوعة: كالرايون المُستخرج من ألياف خشب الأشجار، وألياف الخيزران المُستخرجة من الخيزران، والسليلوز البحري المُستخرج من الأعشاب البحرية ، وغيرها. في عملية إنتاج هذه الألياف، يُختزل السليلوز إلى شكل نقي نسبيًا على هيئة كتلة لزجة، ثم يُشكّل إلى ألياف عن طريق البثق عبر المغازل. ولذلك، لا تُخلّف عملية التصنيع سوى القليل من الخصائص المميزة للمادة الخام الطبيعية في المنتجات النهائية.
بعض الأمثلة على هذا النوع من الألياف هي:
- رايون
- ليوسيل ، علامة تجارية من الحرير الصناعي
- نموذج
- ألياف ثنائي الأسيتات
- ألياف ثلاثي الأسيتات .
تاريخياً، تم تصنيف ثنائي أسيتات السليلوز وثلاثي أسيتات السليلوز تحت مصطلح الرايون، ولكنهما يعتبران الآن مادتين متميزتين.
الألياف الاصطناعية
تأتي الألياف الاصطناعية بالكامل من مواد اصطناعية مثل البتروكيماويات ، على عكس الألياف الاصطناعية المشتقة من مواد طبيعية مثل السليلوز أو البروتين. [ 6 ]
ينقسم تصنيف الألياف في البلاستيك المقوى إلى فئتين: (1) الألياف القصيرة، والمعروفة أيضًا بالألياف غير المتصلة، بنسبة أبعاد عامة (معرّفة بأنها نسبة طول الألياف إلى قطرها) تتراوح بين 20 و 60، و (2) الألياف الطويلة، والمعروفة أيضًا بالألياف المتصلة، بنسبة أبعاد عامة تتراوح بين 200 و 500. [ 7 ]
ألياف معدنية
يمكن سحب الألياف المعدنية من المعادن القابلة للسحب مثل النحاس أو الذهب أو الفضة، ويمكن بثقها أو ترسيبها من معادن أكثر هشاشة، مثل النيكل أو الألومنيوم أو الحديد.
ألياف الكربون
غالباً ما تعتمد ألياف الكربون على البوليمرات المؤكسدة والمتحولة إلى كربون عن طريق الانحلال الحراري مثل PAN ، ولكن المنتج النهائي هو كربون نقي تقريباً.
ألياف كربيد السيليكون
ألياف كربيد السيليكون ، حيث لا تكون البوليمرات الأساسية هيدروكربونات بل بوليمرات، حيث يتم استبدال حوالي 50% من ذرات الكربون بذرات السيليكون، ما يسمى ببولي-كاربوسيلانات . ينتج عن التحلل الحراري كربيد سيليكون غير متبلور، يحتوي في الغالب على عناصر أخرى مثل الأكسجين والتيتانيوم والألومنيوم، ولكن بخصائص ميكانيكية مشابهة جدًا لخصائص ألياف الكربون.
الألياف الزجاجية
الألياف الزجاجية ، المصنوعة من زجاج معين، والألياف البصرية ، المصنوعة من الكوارتز الطبيعي النقي ، هي أيضًا ألياف اصطناعية تأتي من مواد خام طبيعية، وألياف السيليكا ، المصنوعة من سيليكات الصوديوم (زجاج الماء) وألياف البازلت المصنوعة من البازلت المنصهر.
الألياف المعدنية
تتميز الألياف المعدنية بقوة خاصة لأنها تتكون مع عدد قليل من العيوب السطحية؛ والأسبستوس أحد الأمثلة الشائعة. [ 8 ]
ألياف البوليمر
- تُعدّ الألياف البوليمرية نوعًا فرعيًا من الألياف الاصطناعية، وهي مصنوعة من مواد كيميائية اصطناعية (غالبًا من مصادر بتروكيماوية ) وليست ناتجة عن مواد طبيعية بعملية فيزيائية بحتة. تتكون هذه الألياف من:
- بولي أميد نايلون
- بوليستر PET أو PBT
- فينول- فورمالديهايد (PF)
- ألياف كلوريد البولي فينيل (PVC) فينيون
- ألياف الأوليفينات (PP و PE)
- تُستخدم ألياف البوليستر الأكريليكية ، وألياف البوليستر النقية (PAN)، في صناعة ألياف الكربون عن طريق تحميصها في بيئة منخفضة الأكسجين. وتُستخدم ألياف الأكريليك التقليدية بشكل شائع كبديل صناعي للصوف. وتُعرف ألياف الكربون وألياف البولي فينيل فورمالدهيد (PF) بأنها نوعان من الألياف الراتنجية غير الحرارية ، بينما يمكن صهر معظم الألياف الأخرى.
- تتحلل البولياميدات العطرية (الأراميدات) مثل توارون وكيفلار ونومكس حرارياً عند درجات حرارة عالية ولا تنصهر. تتميز هذه الألياف بروابط قوية بين سلاسل البوليمر .
- البولي إيثيلين (PE)، وفي النهاية مع سلاسل طويلة للغاية / HMPE (مثل داينيما أو سبكترا).
- بل ويمكن استخدام المواد المطاطية ، مثل الإسباندكس ، على الرغم من أن ألياف اليوريثان بدأت تحل محل تقنية الإسباندكس.
- ألياف البولي يوريثان
- إيلاستوليفين
- تتكون الألياف المُشكّلة بالبثق المشترك من بوليمرين مختلفين، عادةً ما يكونان على شكل غلاف ونواة أو جنبًا إلى جنب. وتوجد ألياف مطلية، مثل تلك المطلية بالنيكل لتوفير خاصية التخلص من الشحنات الساكنة، والمطلية بالفضة لتوفير خصائص مضادة للبكتيريا، والمطلية بالألومنيوم لتوفير خاصية انحراف الترددات الراديوية لتشويش إشارات الرادار . يتكون تشويش الرادار في الواقع من بكرة من خيوط زجاجية متصلة مطلية بالألومنيوم. تقوم قاطعة عالية السرعة مثبتة على طائرة بتقطيعها أثناء قذفها من طائرة متحركة لتشويش إشارات الرادار.
الألياف الدقيقة
اخترعت الألياف الدقيقة في اليابان في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، وتُعرف أيضاً باسم ألياف الميكرودينير. ويمكن إنتاج ألياف دقيقة من الأكريليك والنايلون والبوليستر والليوسيل والرايون. وفي عام ١٩٨٦، أنتجت شركة هوكست الألمانية الألياف الدقيقة في أوروبا. ووصلت هذه الألياف إلى الولايات المتحدة عام ١٩٩٠ بواسطة شركة دوبونت. [ ٩ ]
تشير الألياف الدقيقة في المنسوجات إلى الألياف ذات الكثافة الأقل من دينير (مثل البوليستر المسحوب إلى 0.5 دينير). يُعد الدينير والديتكس مقياسين لإنتاجية الألياف بناءً على الوزن والطول. إذا كانت كثافة الألياف معروفة، يُمكن تحديد قطرها، وإلا فمن الأسهل قياس الأقطار بالميكرومتر. تشير الألياف الدقيقة في الألياف التقنية إلى الألياف فائقة النعومة (الزجاج أو اللدائن الحرارية المصهورة بالنفخ ) والتي تُستخدم غالبًا في الترشيح. تتضمن تصميمات الألياف الحديثة بثق الألياف التي تنقسم إلى ألياف أدق متعددة. معظم الألياف الاصطناعية مستديرة المقطع العرضي، ولكن يمكن أن تكون التصميمات الخاصة مجوفة أو بيضاوية أو نجمية أو ثلاثية الفصوص . يوفر التصميم الأخير خصائص انعكاس ضوئي أفضل. غالبًا ما تُجعد ألياف النسيج الاصطناعية لتوفير حجم في بنية منسوجة أو غير منسوجة أو محبوكة. يمكن أن تكون أسطح الألياف باهتة أو لامعة. تعكس الأسطح الباهتة المزيد من الضوء بينما تميل الأسطح اللامعة إلى نقل الضوء وتجعل الألياف أكثر شفافية.
تُسمى الألياف القصيرة جدًا و/أو غير المنتظمة بالألياف الدقيقة. وتُظهر السليلوز الطبيعي ، مثل القطن أو ورق الكرافت المبيض ، أليافًا دقيقة أصغر تبرز بعيدًا عن بنية الألياف الرئيسية. [ 10 ]
الخصائص النموذجية للألياف المختارة
يمكن تقسيم الألياف إلى مواد طبيعية ومواد اصطناعية، وتؤثر خصائصها على أدائها في العديد من التطبيقات. تحل المواد الليفية الاصطناعية بشكل متزايد محل المواد التقليدية الأخرى كالزجاج والخشب في عدد من التطبيقات. [ 11 ] ويعود ذلك إلى إمكانية هندسة الألياف الاصطناعية كيميائيًا وفيزيائيًا وميكانيكيًا لتناسب متطلبات هندسية تقنية محددة. [ 12 ] عند اختيار نوع الألياف، يوازن المصنّع بين خصائصها والمتطلبات التقنية للتطبيقات. تتوفر أنواع مختلفة من الألياف للاختيار من بينها في التصنيع. فيما يلي خصائص نموذجية لبعض الألياف الطبيعية مقارنةً بخصائص الألياف الاصطناعية.
| نوع الألياف | قطر الألياف (في) | الكثافة النوعية | قوة الشد (كي إس آي) | معامل المرونة (كي إس آي) | الاستطالة عند نقطة الكسر (%) | امتصاص الماء (%) |
| ألياف الخشب (لب الورق كرافت) | 0.001–0.003 | 1.5 | 51–290 | 1500–5800 | غير متوفر | 50–75 |
| موسامبا | غير متوفر | غير متوفر | 12 | 130 | 9.7 | غير متوفر |
| جوزة الهند | 0.004–0.016 | 1.12–1.15 | 17.4–29 | 2750–3770 | 10–25 | 130–180 |
| السيزال | 0.008–0.016 [ 15 ] | 1.45 [ 15 ] | 40–82.4 | 1880–3770 | 3-5 | 60-70 |
| تفل قصب السكر | 0.008–0.016 | 1.2–1.3 | 26.7–42 | 2175–2750 | 1.1 [ 16 ] | 70–75 |
| الخيزران | 0.002–0.016 | 1.5 | 50.8–72.5 | 4780–5800 | غير متوفر | 40–45 |
| الجوت | 0.004–0.008 | 1.02–1.04 | 36.3–50.8 | 3770–4640 | 1.5–1.9 | 28.64 [ 17 ] |
| عشب الفيل | 0.003–0.016 [ 18 ] | 0.818 [ 18 ] | 25.8 | 710 | 3.6 | غير قابل للتحويل |
| مقتبس من ACI 544. IR-96 P58، المرجع [12] P240 و[13] ب/غير متوفر تعني أن الخصائص غير متاحة بسهولة أو غير قابلة للتطبيق | ||||||
| نوع الألياف | قطر الألياف (0.001 بوصة) | الكثافة النوعية | قوة الشد (كيلو باسكال) | معامل المرونة (كي إس آي) | الاستطالة عند نقطة الكسر (%) | امتصاص الماء (%) | نقطة الانصهار (°مئوية) | أقصى قدرة عمل درجة الحرارة (°م) |
| فُولاَذ | 4-40 | 7.8 | 70–380 | 30,000 | 0.5–3.5 | لا شيء | 1370 [ 19 ] | 760 [ 19 ] |
| زجاج | 0.3–0.8 | 2.5 | 220–580 | 10400–11600 | 2-4 | غير متوفر | 1300 | 1000 |
| الكربون | 0.3–0.35 | 0.90 | 260–380 | 33,400–55,100 | 0.5–1.5 | لا شيء | 3652–3697 [ 20 ] | غير متوفر |
| نايلون | 0.9 | 1.14 | 140 | 750 | 20-30 | 2.8–5.0 | 220–265 | 199 |
| الأكريليك | 0.2–0.7 | 1.14–1.18 | 39–145 | 2500–2800 | 20-40 | 1.0–2.5 | التحلل | 180 |
| الأراميد | 0.4–0.5 | 1.38–1.45 | 300–450 | 9000–17000 | 2-12 | 1.2–4.3 | التحلل | 450 |
| بوليستر | 0.4–3.0 | 1.38 | 40–170 | 2500 | 8-30 | 0.4 | 260 | 170 |
| البولي بروبيلين | 0.8–8.0 | 0.9 | 65–100 | 500–750 | 10-20 | لا شيء | 165 | 100 |
| البولي إيثيلين قليل عالي | 1.0-40.0 | 0.92 0.95 | 11-17 50–71 | 725 | 25-50 20-30 | لا شيء لا شيء | 110 135 | 55 65 |
| مقتبس من ACI 544. IR-96 P40، المرجع [12] P240، [11] P209 و[13] ب/غير متوفر تعني أن الخصائص غير متاحة بسهولة أو غير قابلة للتطبيق | ||||||||
الجداول أعلاه توضح فقط الخصائص النموذجية للألياف، في الواقع هناك المزيد من الخصائص التي يمكن الإشارة إليها على النحو التالي (من الألف إلى الياء): [ 14 ]
مقاومة القوس الكهربائي، قابلية التحلل الحيوي ، معامل التمدد الحراري الخطي ، درجة حرارة التشغيل المستمر، كثافة البلاستيك ، درجة حرارة التحول من الليونة إلى الهشاشة، الاستطالة عند الكسر، الاستطالة عند نقطة الخضوع، مقاومة الحريق، المرونة، مقاومة أشعة جاما، اللمعان، درجة حرارة التحول الزجاجي ، الصلابة ، درجة حرارة الانحراف الحراري ، الانكماش، الصلابة ، قوة الشد القصوى ، العزل الحراري ، المتانة ، الشفافية ، مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، المقاومة الحجمية ، امتصاص الماء، معامل يونغ
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ هاربر، دوغلاس. "ألياف" . قاموس أصل الكلمات على الإنترنت .
- 1 2 كادولف، سارة (2002). المنسوجات . برنتيس هول . ISBN 978-0-13-025443-6.
- ↑ سعد، محمد (أكتوبر 1994). دراسات بنية وتعبئة المجالات البلورية للكولاجين في الأوتار باستخدام أشعة سينكروترون، تحديد عوامل البنية، تقييم طرق الاستبدال المتماثل ونماذج أخرى (أطروحة دكتوراه). جامعة جوزيف فورييه غرونوبل الأولى. ص 1-221 . doi : 10.13140/2.1.4776.7844 .
- ↑ "الألياف الاصطناعية" . موسوعة بريتانيكا . موسوعة بريتانيكا، المحدودة. 2013.
- ↑ كوفمان، جورج ب. (1993). "الرايون: أول منتج من الألياف شبه الاصطناعية". مجلة التعليم الكيميائي . 70 (11): 887. Bibcode : 1993JChEd..70..887K . doi : 10.1021/ed070p887 .
- ↑ "الألياف الاصطناعية" . موسوعة بريتانيكا . موسوعة بريتانيكا، المحدودة. 2013.
- ↑ سيروب كالبكجيان، ستيفن ر. شميد. "هندسة وتكنولوجيا التصنيع". الطبعة الدولية. الطبعة الرابعة. برنتيس هول، 2001. ISBN 0-13-017440-8.
- ↑ غوردون، جيمس إدوارد؛ بول، فيليب (2006). العلم الجديد للمواد القوية، أو لماذا لا تسقط عبر الأرضية . مطبعة جامعة برينستون . ISBN 978-0-691-12548-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2011 .
- ↑ كوهين، ألين (11 نوفمبر 2011). علم الأقمشة لجيه جيه بيتزوتو ( الطبعة العاشرة). دار فيرتشايلد للنشر. ص 51. ISBN 978-1-60901-380-6.
- ^ كوسلوفسكي، هانز-ج. (2009). قاموس الألياف الصناعية ( الطبعة الثانية). دويتشر فاخفيرلاج. رقم ISBN 978-3-86641-163-0.
- ↑ شينوي، آرون (1999). علم ريولوجيا أنظمة البوليمرات المملوءة . دار نشر كلوير الأكاديمية. رقم ISBN 978-0-412-83100-3.
- ↑ هولواي، سي. (1990). البوليمرات والمركبات البوليمرية في البناء . بريطانيا العظمى: بالتر وتانر. ص 209. ISBN 978-0-7277-1521-0.
- ↑ تصميم ومراقبة الخلطات الخرسانية. الطبعة السادسة عشرة . الولايات المتحدة الأمريكية: جمعية أسمنت بورتلاند. 2018. الصفحات 237-247 . ISBN 978-0-89312-277-5.
- 1 2 "خصائص البوليمر - أوميكسوس بواسطة سبيشال كيم" .
- 1 2 "ألياف السيزال - عالم السيزال" .
- ↑ ساين، م. (2014). "استخدام ألياف قصب السكر كمعززات في المواد المركبة". في: فاروق، عمر؛ ساين، محيني (محرران). تعزيزات الألياف الحيوية في المواد المركبة . إلسيفير للعلوم والتكنولوجيا. ISBN 9781782421221.
- ↑ نارايانان، فينكاتيشواران (2012). "الخواص الميكانيكية وخواص امتصاص الماء للمركبات الهجينة المنسوجة من الجوت/الموز". الألياف والبوليمرات . 13 (7، 907-914 ): 907-914 . doi : 10.1007/s12221-012-0907-0 .
- 1 2 ك. مورالي موهان، راو (2007). "خواص الشد لمركبات البوليمر المقواة بألياف عشب الفيل". مجلة علوم المواد . 42 (9، 3266-3272 ): 3266-3272 . Bibcode : 2007JMatS..42.3266R . doi : 10.1007/s10853-006-0657-8 .
- 1 2 "المواد المعدنية - TEADIT" (PDF) .
- ↑ "ألياف الكربون - العناصر الأمريكية" .
- الألياف
- مواد
- المنسوجات